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1案例4.2同步电动机晶闸管励磁装置一、概述同步电动机通常采用异步启动方式启动。启动时转子励磁绕组先不加直流励磁电流，定子绕组加上三相交流电源，同步电动机如同异步电动机一样启动，当转速到达亚同步速时（即转差率S=0.04~0.05），自动投入直流励磁电源，使同步电动机牵入同步并正常运行。以前同步电动机励磁装置采用直流励磁发电机、硅整流装置。随着科学技术发展，现已广泛采用晶闸管励磁装置。该装置采用晶闸管等电子元器件组成无触点控制系统取代了原励磁发电机及其有触点控制系统，从而使同步电动机励磁系统及其运行可靠性、效率得到了明显提高。二、KGLF11系列晶闸管励磁装置特点及其性能该系列装置具有以下特点及性能：(1)同步电动机转子回路采用三相全控桥整流固接励磁电路，保持了同步电动机的固有启动特性。与三相半控桥整流固接励磁电路相比较能更好利用同步电动的启动转矩。(2)装置与同步电动机定子回路没有直接的电气联系，因此可以根据供电系统情况采用高压3KV、6KV、10KV或低压380V的同步电动机。同步电动机可采用全压或降压启动。(3)全压启动时，同步电动机转速达到亚同步转速（转子转差率S=0.04~0.05）时，顺极性投入励磁，使同步电动机牵入同步运行。(4)降压启动时，同步电动机转速达到同步转速的90%左右，自动切除降压设备投入全压，使同步电动机转速加速至亚同步转速（转子转差率S=0.04~0.05）时，顺极性投入励磁，使同步电动机牵入同步运行。(5)当交流电源电压波动时，装置具有电压负反馈环节，自动保持基本恒定励磁。当电源电压下降至某一规定值时，装置具有突加强励环节，进行突加励磁，强励时间不超过10S。(6)同步电动机启动或停车时自动灭磁，当同步电动机异步运行时（启动或失步时）有灭磁保护以免感应过电压击穿设备。(7)可手动调节励磁电压、电流进行功率因数调整。(8)从同步电动机停车开始5S内不允许断开三相全控桥电路交流电源及触发装置的同步电源，以便同步电动机停车时三相全控桥电路工作在“逆变”状态。三、晶闸管励磁装置系统组成及各主要环节工作原理晶闸管励磁装置系统原理方框图如图2-1所示。其系统原理线路图如附图2-2所示。附图2-2系统电路图2晶闸管励磁装置系统由主电路、灭磁环节、投励环节、电压负反馈与给定环节、触发环节、逆变环节等组成。当同步电动机采用降压启动时，系统还需要增加投全压环节。系统的简要工作原理如下：在同步电动机接入三相交流电源启动过程中，灭磁环节工作。在转子励磁绕组中感应交流电压，其正负半周分别通过Rfd2、VD、Rfd1和Rfd1、VT7、VT8、Rfd2放电。此时主电路VT1~VT6晶闸管无触发脉冲处于阻断状态。当同步电动机启动到亚同步转速时（转子转差S为0.04~0.05），转子绕组中感应的交流电压幅值、频率都已很低，投励环节自动发出投励脉冲、接通给定回路，使移相给定电压加到触发环节。触发环节向主电路VT1~VT6晶闸管输出触发脉冲，使装置向同步电动机转子励磁绕组输出直流电流，同步电动机牵入同步而正常运行。电压负反馈是将装置交流电源侧引入的交流电压反馈信号反极性地与给定信号综合，以保证交流电源电压波动时装置输出励磁电压基本不变。例如，交流电源电压降低时，电压负反馈电压也减小，综合移相控制电压UC增加，触发控制角α减小，从而保证装置输出励磁电压基本不变，实现对电动机的恒定励磁。逆变环节的作用是当同步电动机正常停车时，给触发环节加入一控制信号，使触发脉冲后移至设定的逆变角，一般αmax=135°（即βmin=45°）位置，从而使三相桥式全控电路从整流工作状态立即转入逆变工作状态，以保证同步电动机转子绕组的顺利灭磁。1、励磁装置主电路励磁装置主电路采用三相全控桥式整流电路，如图2-3所示。三相交流电源经整流变压器降压后接至三相全控桥式整流电路。在同步电动机起动过程中，整流电路的可控硅处于阻断状态，同步电动机MS转子励磁绕组上产生的感应交变电压通过灭磁环节上的放电电阻Rfd1、Rfd2成回路，同步机作异步起动。待电机起动至亚同步速时，投励环节自动发出投励脉冲，整流电路的直流电压立即投入励磁，使同步电动机拖入同步运行，同时切除放电电阻。在同步电动机投励和正常运行过程中，三相全控桥式电路工作在整流工作状态，输出直流整流电压。当同步电动机正常停车时，三相全控桥式电路立即由整流工作状态转向逆变工作状态，以保证转子励磁绕组顺利灭磁，待电感放电完毕逆变工作状态结束。32.灭磁环节灭磁环节的作用是，在同步电动机启动过程中，使VT7～VT8晶闸管导通，将同步电动机转子绕组通过放电电阻Rfd1、Rfd2短接，从而使放电电阻Rfd1、Rfd2在正负两个半波都流过电流，取得良好的启动特性。而一旦启动完毕，进入投励状态，就将VT7～VT8关断，放电电阻自行切除。灭磁环节电路的工作波形如图2-4所示。3.触发电路主电路三相全控桥的六只晶闸管由六个脉冲插件供给触发脉冲。每个脉冲插件线路完全一样，仅同步信号不同，分别为+A相、-C相、+B相、-A相、+C相、-B相。下面以其中+A相电路为例进行介绍，触发电路如图2-5所示。44.投励环节投励环节的作用是在同步电动机启动过程中检测转子励磁绕组感应交流电压的频率，起到间接检测转子转速作用。当同步电动机转速达到亚同步速（S=0.04～0.05）时发出投励信号，启动励磁整流回路，投入励磁。投励环节电路如图2-6所示。5.电压负反馈与移相给定环节电压负反馈与移相给定环节电路如图2-7所示。该环节电路包括移相给定和电压负反馈二个部分。电压负反馈电压和移相给定电压反极性综合后输出移相控制电压Uct，从而控制触发电路的控制角α。56.逆变环节逆变环节的作用是当同步机正常停车时，给触发环节加以一个控制信号，使励磁主电路（三相桥式全控电路）从整流工作状态立即变为逆变工作状态，以保证转子励磁绕组的顺利灭磁，并将磁场能量馈送回电网。当切断同步机定子回路电源停车时，励磁回路全控桥整流电路的交流侧仍和电网连接，通过附加插件1中的有关元件和触发环节、移相给定环节相配合将晶闸管VT1～VT6的相位控制角后移至αmax（即βmin），α从原来的小于120°，突然变为大于120°(小于150°)，那么全控桥就从原来的整流状态变为逆变状态。逆变环节的有关电路如图2-8所示。