專利名稱：同步發(fā)電機(jī)開關(guān)電源勵(lì)磁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種他勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。
勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的重要組成部份，它包括供給發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁電流及其電路的控制設(shè)備和自動(dòng)裝置等。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或其他暫態(tài)過程中，發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)在很大程度上與勵(lì)磁系統(tǒng)有關(guān)。特別是近年來單機(jī)容量和輸電距離不斷增長(zhǎng)，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求更高，勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力運(yùn)行的穩(wěn)定性和發(fā)電機(jī)組本身工作的可靠性的影響就更大。勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)有獨(dú)立的勵(lì)磁電源，不受外部電網(wǎng)影響，具有高度的可靠性，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，勵(lì)磁的頂值電壓要高，上升速度要快，能滿足發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的要求，設(shè)備結(jié)構(gòu)和接線要簡(jiǎn)單，便于布置和操作維護(hù)。
強(qiáng)行勵(lì)磁和電壓上升的速度當(dāng)發(fā)電機(jī)組電壓降低至一定限度時(shí)，啟動(dòng)強(qiáng)勵(lì)磁電路，其作用是，迅速提高發(fā)電機(jī)組的電勢(shì)和加速故障后的電壓恢復(fù)過程，阻止受干擾時(shí)發(fā)電機(jī)組功率角的過份增大，提高電力系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，這是改善電力系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性的一個(gè)極為重要的措施。從提高系統(tǒng)的穩(wěn)定來說，希望強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作后的頂值電壓愈高愈好，勵(lì)磁電壓上升速度愈快愈好，但提高這兩項(xiàng)要受到勵(lì)磁機(jī)結(jié)構(gòu)條件和成本的限制。根據(jù)JB636-65和JB863-66的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，勵(lì)磁頂值電壓為1.8-2.0倍，電壓上升速度為1.3-2.0倍水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)電壓升高的強(qiáng)行減磁當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，流經(jīng)水輪機(jī)的水流并未中斷，因此其轉(zhuǎn)速會(huì)升高很多，發(fā)電機(jī)組的輸出電壓則增加得更多。為保證運(yùn)行安全，水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有防止過電壓的強(qiáng)行減磁功能。當(dāng)電壓升高到一定數(shù)值時(shí)，強(qiáng)行減磁功能起作用，使勵(lì)磁電壓迅速衰減，防止危及絕緣安全。
撤除發(fā)電機(jī)組電壓必須進(jìn)行滅磁，滅磁的要求是1.滅磁的時(shí)間盡可能地短；2.滅磁過程中轉(zhuǎn)子的過電壓不應(yīng)超過容許值；3.滅磁后的剩磁應(yīng)不足以維持短路電弧。
在他勵(lì)旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁電路中，轉(zhuǎn)子的電流和溫度不便測(cè)量，不能加入滅磁裝置，而對(duì)于半導(dǎo)體元件及其保護(hù)元件的要求又過高，控制系統(tǒng)復(fù)雜；在自勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁電路中，當(dāng)發(fā)電機(jī)組三相短路時(shí)，發(fā)電機(jī)組便失去了勵(lì)磁，而在發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，勵(lì)磁電壓又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重崎變，使得勵(lì)磁處于極為不利的條件。這里的半導(dǎo)體元件，實(shí)際上就是可控硅，當(dāng)其作為可控整流的時(shí)候，使電流波形嚴(yán)重畸變，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，并使功率因數(shù)大大降低。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，特別是發(fā)電機(jī)組采用直接冷卻后，單機(jī)容量迅速提高，勵(lì)磁容量急劇增大，20萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁容量為600千瓦，滿載運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流接近2000安，而在強(qiáng)勵(lì)時(shí)則更大。在汽輪機(jī)高速施轉(zhuǎn)下，由于換向整流的限制，制造這樣大的直流勵(lì)磁電機(jī)是非常困難的。即使對(duì)于較低速度的水輪發(fā)電機(jī)組而言，直流勵(lì)磁電機(jī)也很難滿足由于高壓遠(yuǎn)距離輸電而產(chǎn)生的對(duì)勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度的要求。目前，國(guó)內(nèi)外解決這個(gè)問題的唯一辦法是采用半導(dǎo)體整流勵(lì)磁，其方法是用可控硅整流向附勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流，再由附勵(lì)磁機(jī)向交流勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流，交流勵(lì)磁機(jī)最后才向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。


圖1是他勵(lì)靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)，JL和JFL分別是交流勵(lì)磁機(jī)和附勵(lì)磁機(jī)，其勵(lì)磁線圈LJ和LJF由可控硅三相全波整流電路TSCR1、TSCR2和TSCR3提供勵(lì)磁電流，JL通過三相全波整流橋TBR3向大型發(fā)電機(jī)F的勵(lì)磁繞組L01提供勵(lì)磁電流。由于附勵(lì)磁機(jī)帶有可控硅負(fù)載，其輸出波形產(chǎn)生崎變，使發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，無功擺動(dòng)較大。由于整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入功率須由交流電壓提供，當(dāng)無交流電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)就不能啟動(dòng)發(fā)電。
本實(shí)用新型的目的旨在克服上述各種勵(lì)磁電路存在的缺陷，用超大功率直流變換器接成無逆變器不間斷電源的電路形式，產(chǎn)生一種直接進(jìn)入大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組、能隨發(fā)電機(jī)輸出電壓的波動(dòng)作相反變化而又與發(fā)電機(jī)輸出電壓無關(guān)的勵(lì)磁電流，此電流能根據(jù)強(qiáng)行勵(lì)磁，強(qiáng)行減勵(lì)和滅磁的要求，迅速增大，迅速減小和迅速中斷，并能自動(dòng)穩(wěn)定任意遠(yuǎn)地端的電壓幅值。
大型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用超大功率直流變換器(申請(qǐng)?zhí)?1128301.7)HSW1和HSW2接成無逆變器不間斷電源(申請(qǐng)?zhí)?7241194.1)的電路形式，產(chǎn)生不間斷的勵(lì)磁電流。具體方法是HSW2的輸出端接勵(lì)磁繞組，輸入端接蓄電池和整流器TBR2兩路直流輸入，檢測(cè)電路反映了發(fā)電機(jī)輸出電壓或遠(yuǎn)端電壓的變化，HSW2根據(jù)這一變化進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，改變進(jìn)入勵(lì)磁繞組的電流，使發(fā)電機(jī)輸出電壓或電網(wǎng)遠(yuǎn)端電壓趨于穩(wěn)定；當(dāng)檢測(cè)電路感知強(qiáng)行勵(lì)磁信號(hào)時(shí)，HSW2根據(jù)要求向勵(lì)磁繞組輸出具有一定上升速度的頂值電壓，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)電路感知強(qiáng)行減磁信號(hào)時(shí)，HSW2根據(jù)要求向勵(lì)磁繞組輸出具有一定下降速度的負(fù)頂值電壓，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入強(qiáng)行減磁狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)電路感知本地或遠(yuǎn)方滅磁信號(hào)時(shí)，一方面關(guān)斷HSW2，另一方面觸發(fā)SCR03導(dǎo)通，使勵(lì)磁繞組上的感應(yīng)電壓通過R02迅速放電，進(jìn)行超前滅磁。
無逆變器不間電源能向負(fù)載提供穩(wěn)定的、不間斷的直流電壓，采用的是電壓補(bǔ)償法。其方法是將一個(gè)較低且可調(diào)的直流電壓(即補(bǔ)償電壓)，疊加在波動(dòng)的輸入電壓上，形成穩(wěn)定的輸出電壓，補(bǔ)償電壓的功率只占輸出功率的10％以內(nèi)。顯然，無逆變器不間電源輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是(90-100)％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足勵(lì)磁電壓(10-100)％調(diào)節(jié)范圍的要求，因此HSW2的輸出電壓不再與輸入電壓疊加，直接輸出到發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，其調(diào)節(jié)范圍理論上可達(dá)100％。
本實(shí)用新型由于免除了交流勵(lì)磁機(jī)、附勵(lì)磁機(jī)和可控硅整流電路，取而代之的是由超大功率直流變換器組成的無逆變器不間斷電源，又由于開關(guān)電源相對(duì)于可控硅整流電路固有的優(yōu)越性以及不間斷電源的不仃電特性，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)1.強(qiáng)行勵(lì)磁的頂值電壓和電壓的上升速度可以做得非常大，極大地改善電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；2.將發(fā)電機(jī)輸出電壓納入電網(wǎng)閉環(huán)控制，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)輸出電壓波動(dòng)調(diào)節(jié)平穩(wěn)，反應(yīng)迅速，極大地改善電網(wǎng)供電質(zhì)量；3.采用了遠(yuǎn)方檢測(cè)方法，可自動(dòng)調(diào)節(jié)任意電網(wǎng)遠(yuǎn)端的電壓幅值，進(jìn)一步提高供電質(zhì)量。
4.開關(guān)電源穩(wěn)定可靠，遠(yuǎn)方檢測(cè)電路迅速準(zhǔn)確，超前滅磁干脆利落，極大地提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性；5.由于開關(guān)電源可直接輸入直流，使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)與電網(wǎng)電壓、發(fā)電機(jī)的輸出電壓完全無關(guān)；6.由于采用開關(guān)電源取代了大型勵(lì)磁機(jī)、附勵(lì)磁機(jī)和可控硅整流電路，使得本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異，體積小，重量輕，成本低；圖1是他勵(lì)靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)電路圖。
圖2是本實(shí)用新型的原理框圖。
圖3是可控硅滅磁原理圖，圖4是無逆變器不間斷電源電路原理圖。
圖5是三相整流電路TBR1和TBR2。
圖6是超大功率直流變換器HSW1和HSW2的電路原理圖；圖7是遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路的檢測(cè)電路。
圖8是遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路的驅(qū)動(dòng)電路。
圖2是本實(shí)用新型的原理框圖，采用超大功率直流變換器HSW1和HSW2接成無逆變器不間斷電源的電路形式，取代主勵(lì)磁機(jī)JL和輔助勵(lì)磁機(jī)JFL，以及可控整流電路TSCR1和TSCR2(請(qǐng)參考圖1)，直接向同步發(fā)電機(jī)F的勵(lì)磁繞組L01提供供電壓變化范圍為(5-100)％的勵(lì)磁電流；用可控硅滅勵(lì)電路取代機(jī)械滅磁，并在遠(yuǎn)端設(shè)立若干檢測(cè)點(diǎn)，遠(yuǎn)端信號(hào)通過自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路。
組成無逆變器不間斷電源的單相全波流電路BR1和BR2由三相全波整流電路TBR1和TBR2取代(請(qǐng)參考圖5)，開關(guān)電源SW1和SW2由超大功率直流變換器HSW1和HSW2取代(請(qǐng)參考圖4)。
圖3的滅磁電路由可控硅SCR02-SCR04，D01，R02，R03和C03組成，D01和R02串聯(lián)后和勵(lì)磁繞組L01并聯(lián)，并聯(lián)后再和SCR02串聯(lián)，然后并接到HSW2的輸出端，R03、SCR04、SCR03串聯(lián)后也并接在HSW2的輸出端，SCR02和SCR03的負(fù)極和HSW2的負(fù)極相連，R03的一端、D01的負(fù)極、L01的一端接HSW2的正極，SCR04的負(fù)極和SCR03的正極以及C03的正極相連，L01的另一端和SCR02的正極以及C03的負(fù)極相連。
各個(gè)遠(yuǎn)端檢測(cè)信號(hào)通過自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以遙測(cè)值的形式發(fā)回，恢復(fù)成模擬量后，進(jìn)入遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路，遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路由檢測(cè)電路和觸發(fā)電路組成，(請(qǐng)參考圖3)。
圖7的檢測(cè)電路由n+2個(gè)檢測(cè)通道組成，第一個(gè)通道由電阻R12和三極管D46串聯(lián)組成，R12接三極管Q3的發(fā)射極，D46的負(fù)極接輸出信號(hào)端VReg2；其余n+1個(gè)通道的結(jié)構(gòu)相同第一個(gè)通道由光電耦合器件OPT8、三極管Q18、定時(shí)電路U7及其周圍元件組成，OPT8發(fā)光管部份的陽(yáng)極通過電阻R114接輸入信號(hào)端電容C007正極，其陰極通過電位器VR17接C00負(fù)極，OPT8三極管部份的集電極接+17V，其發(fā)射極通過電阻R113接地，同時(shí)接Q18的基極；Q18的集電極接+17V，其發(fā)射極通過電阻R112接地，通過電阻R116、R117分別接U7-2和U7-6，電阻R115和二極管D41串聯(lián)，R115接Q18的發(fā)射極，D41的負(fù)極接輸出信號(hào)端VReg2；U7-1接地，U7-5通過電容C80接地，U7-4、U7-8接+5V，U7-2、U7-6分別通過電位器VR19、VR18接地，U7-3輸出接信號(hào)端AutoKill0；第二個(gè)通道的輸入接信號(hào)端Remotel，輸出接信號(hào)端AutoKill1，其余通道以此類推。
圖8的觸發(fā)電路由TTL電路U13-U17、結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電路以及開關(guān)電源SW5-SW8組成；拉電阻R163-R170接U13的1-6和11-12腳，U13-1接U15-5，U13-2接AutoKill0，U13-3接AutoKill1，以此類推，U13-8接U16-3，U16-4接輸出信號(hào)SWOff2，SWOff2接U3-7，U13-8同時(shí)接U16-1、U17-5、U17-2；U14-3和U14-4相連，復(fù)位開關(guān)S4和電容C87并聯(lián)，一頭接U14-3，另一頭接地，U14-3、U14-5、U14-11分別通過電阻R160、R161、R156接+5V，U14-11還通過電容C86接U14-10，U14-6接U15-3；U15-1通過電阻R158接+5V，通過電容C39接地，U15-4通過電阻R157接+5V，U15-6接U15-2，電阻R155接U17-1和U17-4，另一頭接+5V；光電耦合器件OPT13發(fā)光管的陽(yáng)極通過電阻R146接輸入信號(hào)端U17-3，其陰極通過電位器VR32接地，OPT13三極管的集電極接SW5的正極，其發(fā)射極通過電阻R145接輸出信號(hào)端G2，同時(shí)接三極管Q23的基極，三極管Q23、Q24的集電極接SW5的正極，它們的發(fā)射極通過電阻R144、R143接輸出信號(hào)G2，SW5的負(fù)極接K2；其余兩路結(jié)構(gòu)相同，第二路的輸入信號(hào)端接U17-6，輸出信號(hào)端接G4，SW6的負(fù)極接K4；第三路的輸入信號(hào)端接U15-2，輸出信號(hào)端接G3，SW7的負(fù)極接K3。
超大功率直流變換器HSW2的輸出端接發(fā)電機(jī)F的勵(lì)磁繞組L01，輸入端接兩路直流輸入，一路是蓄電池E01，一路是整流濾波器TBR2，HSW2的檢測(cè)電路接發(fā)電機(jī)輸出端和遠(yuǎn)方檢測(cè)信號(hào)。檢測(cè)電路反映了發(fā)電機(jī)輸出電壓和遠(yuǎn)方電壓的變化，HSW2根據(jù)這一變化進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，改變進(jìn)入勵(lì)磁繞組L01的電流，使發(fā)電機(jī)輸出電壓或遠(yuǎn)方電壓趨于穩(wěn)定；當(dāng)檢測(cè)電路感知強(qiáng)行勵(lì)磁信號(hào)時(shí)，HSW2根據(jù)要求向勵(lì)磁繞組輸出具有一定上升速度的頂值電壓，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)電路感知強(qiáng)行減磁信號(hào)時(shí)，HSW2根據(jù)要求向勵(lì)磁繞組輸出具有一定下降速度的負(fù)頂值電壓，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入強(qiáng)行減磁狀態(tài)。超大功率直流變換器HSW1的輸出端向蓄電池組E01充電，輸入端接整流濾波器TBR1，其檢測(cè)電路接蓄電池的端電壓，HSW1對(duì)E01進(jìn)行快充和浮充，使其永遠(yuǎn)處于最佳狀態(tài)，保證HSW2無論有無交流電壓都具有足夠的直流輸入功率，即使發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路，或不對(duì)稱短路時(shí)，發(fā)電機(jī)組不會(huì)失去勵(lì)磁，勵(lì)磁電壓也不會(huì)產(chǎn)生崎變。
滅磁電路的工作過程如下當(dāng)啟動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，首先觸發(fā)SCR04和SCR02導(dǎo)通，于是HSW2通過SCR02向L01注入勵(lì)磁電流，同時(shí)，HSW2通過R03和SCR04向電容C03充電，當(dāng)C03兩端電壓充到與L01上的電壓相等時(shí)，充電電流為零，SCR04自動(dòng)關(guān)斷。當(dāng)檢測(cè)電路感知近地或遠(yuǎn)方的滅磁信號(hào)時(shí)，關(guān)斷HSW2，禁止電流進(jìn)入L01，同時(shí)觸發(fā)SCR03導(dǎo)通，使C03上的正極電壓加到SCR02的陰極，于是SCR02關(guān)斷，使勵(lì)磁繞組L01與HSW2斷開。由于電感上的電流不能突變，L01上的電流便通過R02和D01迅速放電，達(dá)到超前滅磁。R02的大小，可根據(jù)滅磁的具體要求進(jìn)行選擇，R02越小，放電越快，滅磁越快。
勵(lì)磁系統(tǒng)的工作過程如下在發(fā)電機(jī)F尚未發(fā)電的時(shí)候，B03無輸出，只有蓄電池E01直流供電。加上直流電壓以后，開關(guān)電源SW5-SW8有直流輸出，加電后，在U14-3產(chǎn)生一個(gè)正跳變電壓，此正跳變電壓對(duì)U14無影響，因?yàn)?4LS121的3、4腳是脈沖的下降沿起作用。此正跳變電壓使U16C輸出一個(gè)負(fù)跳變電壓，使得U15A復(fù)位，U15-5輸出的低平使U13-8輸出高電平，由于U17-1、U17-4都通過R155接+5V，使得U17-3、U17-6輸出高電平，U16-2輸出低電平，結(jié)果是G2、G4的驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通，G3的驅(qū)動(dòng)電路截止，于是，SCR02、SCR04開通，SCR03關(guān)斷，由前述可知，勵(lì)磁繞組L01流過勵(lì)磁電流，F(xiàn)開始發(fā)電。在F發(fā)電期間，HSW2檢測(cè)F的輸出電壓，自動(dòng)控制注入L01中的勵(lì)磁電流，從而使發(fā)電電壓趨于穩(wěn)定。這里的U17A、U17B是冗余門，防止邏輯電路的冒險(xiǎn)和競(jìng)爭(zhēng)，使得各個(gè)可控硅觸發(fā)信號(hào)同時(shí)到達(dá)。
在檢測(cè)電路的檢測(cè)通道中，當(dāng)輸入端電壓升高時(shí)，其VReg2輸出端的電壓也相應(yīng)升高，n+2路輸出信號(hào)在這里進(jìn)行“或”操作，其結(jié)果是，具有較高輸出電壓的那一通道信號(hào)對(duì)注入L01的勵(lì)磁電流起控制作用，調(diào)節(jié)輸入端的電位器，例如第二通道中OPT8發(fā)光二極管的陰極電位器VR17，就可以調(diào)節(jié)輸出到VReg2的電壓。通道1是無逆變器不間斷電源原有的一個(gè)檢測(cè)通道，其檢測(cè)輸入是勵(lì)磁繞組L01的端電壓，通道2的檢測(cè)輸入是發(fā)電機(jī)F的輸出電壓，取自電容C00的兩端，其余n路檢測(cè)輸入信號(hào)是Remitel-Remoten，檢測(cè)n個(gè)遠(yuǎn)地端電網(wǎng)的電壓值。一般將通道2輸出到VReg2的電壓調(diào)得稍高，從而使發(fā)電機(jī)F的輸出電壓用來直接控制注入L01的勵(lì)磁電流。
當(dāng)發(fā)電機(jī)F的輸出電壓升高時(shí)，VReg2變高，使得進(jìn)入HSW2的檢測(cè)電壓變高，由于反饋控制的作用，HSW2輸出電壓降低，使注入L01的勵(lì)磁電流變小，則發(fā)電機(jī)F的輸出電壓降低，從而自動(dòng)穩(wěn)定了F的輸出電壓。
其余n+1路輸出到VReg2的控制信號(hào)雖然調(diào)得較低，但當(dāng)某一遠(yuǎn)地端電壓因意外事件突然過高時(shí)，其電壓足以使這一路輸出到VReg2的電壓比第二路高，則本路通道上升為控制注入L01勵(lì)磁電流的主角，當(dāng)這一路電壓歸于正常時(shí)，其輸出到VReg2的電壓又較第二路為低。這種控制方式可以確保電網(wǎng)n個(gè)遠(yuǎn)地端的電壓不致過高。
N+1個(gè)檢測(cè)通道中的定時(shí)電路NE555，嚴(yán)密監(jiān)視來自三極管發(fā)射極的控制信號(hào)電平，一旦大于設(shè)定的范圍，其輸出信號(hào)AutoKill變高，使得U12-8的輸出電平變低，此時(shí)SWOff2為高，關(guān)斷了HSW2的輸出電壓，同時(shí)使U17-3、U17-6變低，使SCR02、SCR04截止，即切斷了注入L01的勵(lì)磁電流。與此同時(shí)，U16-2變高，使SCR02導(dǎo)通，啟動(dòng)了滅磁程序。調(diào)節(jié)接在NE555第2和第6腳的電位器，可以調(diào)節(jié)啟動(dòng)自動(dòng)滅磁的電壓范圍。開關(guān)S4是緊急情況下的人工手動(dòng)滅磁，當(dāng)按下S4時(shí)，在U14-3產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)，此信號(hào)使得U16-6輸出一個(gè)高電平，此高電平使U15翻轉(zhuǎn)，U15-5的輸出由低變高，U13-8輸出由高低電平，使得U17-3、U17-6輸出低電平，U16-2、U16-4輸出高電平，啟動(dòng)了滅磁程序。在U14-3上產(chǎn)生的負(fù)跳變電壓通過U16C以后，變成正跳變電壓，由于74LS74的復(fù)位端是脈沖負(fù)跳變起作用，因此，復(fù)位開關(guān)S4的動(dòng)作對(duì)U15的狀態(tài)不產(chǎn)生影響。
由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的瞬態(tài)響應(yīng)特性好，強(qiáng)行勵(lì)磁和強(qiáng)行減磁已經(jīng)不再成為問題，只作為正常調(diào)節(jié)即可。
若勵(lì)磁功率按發(fā)電機(jī)組輸出功率的千分之三計(jì)算，則100萬千瓦級(jí)同步發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁功率為3000千瓦，滿載運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流接近10000安。HSW2中的橋式電路，可采用德國(guó)西門子SKM500GA123D或日本富士IMBI600PX-120，額定電壓1200V，額定電流分別是500A和600A，四個(gè)接成橋式電路，可輸出功率200KW，用16個(gè)橋并聯(lián)運(yùn)行，即可輸出3000KW的額定功率。高頻變壓器采用H7C1 5KW磁芯，40個(gè)磁芯分四組，每組裝配成一個(gè)高頻變壓器，每個(gè)變壓器10個(gè)H7C1 5KW磁芯，制成繞組后變比均為1比1，四個(gè)變壓器初級(jí)串聯(lián)，次級(jí)也串聯(lián)。三相全波整流濾波后的電壓為600VDC，輸出電壓為300VDC，占空比0.6左右，輸出功率200KW，正好配接一個(gè)上述橋式電路。16個(gè)橋式電路的并聯(lián)點(diǎn)在圖6中的C-C點(diǎn)，共用PWM控制芯片，各自具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)、倒相電路，總輸出功率可達(dá)3000KW以上。HSW1用作向蓄電池E01充電之用，若按輸出10000A計(jì)算，則充電電流為2000A。由于充電電壓是整流濾波電壓和HSW1輸出電壓的疊加，其輸出功率為P＝3000*0.2*0.1＝60KW，因此，HSW1只需要一個(gè)上述橋式電路足夠(詳見超大功率直流變換器01128301.7)。。
同步發(fā)電機(jī)開關(guān)電源勵(lì)磁系統(tǒng)除應(yīng)用于100萬KW級(jí)的發(fā)電機(jī)外，同樣可應(yīng)用于中、小功率的同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
權(quán)利要求1.一種同步發(fā)電機(jī)他勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征是采用超大功率直流變換器HSW1和HSW2接成無逆變器不間斷電源的電路形式，直接向同步發(fā)電機(jī)F的勵(lì)磁繞組L01提供電壓變化范圍為(5-100)％的勵(lì)磁電流；用可控硅滅勵(lì)電路取代機(jī)械滅磁，并在電網(wǎng)遠(yuǎn)端設(shè)立若干檢測(cè)點(diǎn)，遠(yuǎn)端信號(hào)通過自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征是組成無逆變器不間斷電源的單相全波流電路BR1和BR2由三相全波流電路TBR1和TBR2取代，開關(guān)電源SW1和SW2由超大功率直流變換器HSW1和HSW2取代。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征是可控硅滅磁電路由可控硅SCR02-SCR04，D01，R02，R03和C03組成，D01和R02串聯(lián)后和勵(lì)磁繞組L01并聯(lián)，并聯(lián)后再和SCR02串聯(lián)，然后并接到HSW2的輸出端，R03、SCR04、SCR03串聯(lián)后也并接在HSW2的輸出端，SCR02和SCR03的負(fù)極和HSW2的負(fù)極相連，R03的一端、D01的負(fù)極、L01的一端接HSW2的正極，SCR04的負(fù)極和SCR03的正極以及C03的正極相連，L01的另一端和SCR02的正極以及C03的負(fù)極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征是各個(gè)遠(yuǎn)端檢測(cè)信號(hào)通過自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)以遙測(cè)值的形式發(fā)回，恢復(fù)成模擬量后，進(jìn)入遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路，遠(yuǎn)端信號(hào)控制電路由檢測(cè)電路和觸發(fā)電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征是檢測(cè)電路由n+2個(gè)檢測(cè)通道組成，第一個(gè)通道由電阻R12和三極管D46串聯(lián)組成，R12接三極管Q3的發(fā)射極，D46的負(fù)極接輸出信號(hào)端VReg2；其余n+1個(gè)通道的結(jié)構(gòu)相同第一個(gè)通道由光電耦合器件OPT8、三極管Q18、定時(shí)電路U7及其周圍元件組成，OPT8發(fā)光管部份的陽(yáng)極通過電阻R114接輸入信號(hào)端電容C007正極，其陰極通過電位器VR17接C00負(fù)極，OPT8三極管部份的集電極接+17V，其發(fā)射極通過電阻R113接地，同時(shí)接Q18的基極；Q18的集電極接+17V，其發(fā)射極通過電阻R112接地，通過電阻R116、R117分別接U7-2和U7-6，電阻R115和二極管D41串聯(lián)，R115接Q18的發(fā)射極，D41的負(fù)極接輸出信號(hào)端VReg2；U7-1接地，U7-5通過電容C80接地，U7-4、U7-8接+5V，U7-2、U7-6分別通過電位器VR19、VR18接地，U7-3輸出接信號(hào)端AutoKill0；第二個(gè)通道的輸入接信號(hào)端Remotel，輸出接信號(hào)端AutoKill1，其余通道以此類推。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征是觸發(fā)電路由TTL電路U13-U17、結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電路以及開關(guān)電源SW5-SW8組成；拉電阻R163-R170接U13的1-6和11-12腳，U13-1接U15-5，U13-2接AutoKill0，U13-3接AutoKill1，以此類推，U13-8接U16-3，U16-4接輸出信號(hào)SWOff2，SWOff2接U3-7，U13-8同時(shí)接U16-1、U17-5、U17-2；U14-3和U14-4相連，復(fù)位開關(guān)S4和電容C87并聯(lián)，一頭接U14-3，另一頭接地，U14-3、U14-5、U14-11分別通過電阻R160、R161、R156接+5V，U14-11還通過電容C86接U14-10，U14-6接U15-3；U15-1通過電阻R158接+5V，通過電容C39接地，U15-4通過電阻R157接+5V，U15-6接U15-2，電阻R155接U17-1和U17-4，另一頭接+5V；光電耦合器件OPT13發(fā)光管的陽(yáng)極通過電阻R146接輸入信號(hào)端U17-3，其陰極通過電位器VR32接地，OPT13三極管的集電極接SW5的正極，其發(fā)射極通過電阻R145接輸出信號(hào)端G2，同時(shí)接三極管Q23的基極，三極管Q23、Q24的集電極接SW5的正極，它們的發(fā)射極通過電阻R144、R143接輸出信號(hào)G2，SW5的負(fù)極接K2；其余兩路結(jié)構(gòu)相同，第二路的輸入信號(hào)端接U17-6，輸出信號(hào)端接G4，SW6的負(fù)極接K4；第三路的輸入信號(hào)端接U15-2，輸出信號(hào)端接G3，SW7的負(fù)極接K3。
專利摘要本實(shí)用新型采用超大功率開關(guān)電源取代交流勵(lì)磁機(jī)、附勵(lì)磁機(jī)和可控硅整流電路,使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流與電網(wǎng)電壓、發(fā)電機(jī)的輸出電壓完全無關(guān),因此,發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,對(duì)輸出電壓的波動(dòng)調(diào)節(jié)平穩(wěn),反應(yīng)迅速;采用遠(yuǎn)方檢測(cè)方法,可自動(dòng)穩(wěn)定電網(wǎng)任意遠(yuǎn)地端的電壓幅值;采用半導(dǎo)體器件取代機(jī)械開關(guān),構(gòu)成自動(dòng)滅磁電路。整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能優(yōu)異,體積小,重量輕,成本低,既適合中、小功率,也適合百萬千瓦級(jí)大型同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁要求。
文檔編號(hào)H02P9/10GK2488225SQ01250268
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2001年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月6日
發(fā)明者郁百超 申請(qǐng)人:郁百超