專利名稱：高起始輸出型電氣制動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)自動控制領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于大型水輪發(fā)電機(jī)電氣制動控制的高起始輸出型電氣制動裝置。
背景技術(shù)：
對于大型水輪發(fā)電機(jī)而言，傳統(tǒng)的機(jī)械制動運(yùn)行可靠，使用方便，通用性強(qiáng)，但存在設(shè)備損耗、粉塵污染和維護(hù)工作較重等問題，而電氣制動無污染，制動力矩大，維護(hù)工作量小。電氣制動是在發(fā)電機(jī)解列、滅磁以后，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的50% 60%時， 將發(fā)電機(jī)定子在機(jī)端出口處三相短路，并由電氣制動裝置為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供制動電流，進(jìn)入電氣制動模式。定子在轉(zhuǎn)子磁場作用下感應(yīng)產(chǎn)生短路電流，由此產(chǎn)生的電磁力矩剛好與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，起到制動作用。電氣制動裝置由控制單元和功率單元兩部分組成。控制單元負(fù)責(zé)控制電氣制動過程的流程和邏輯，功率單元將交流電源整流成直流，提供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組作為制動電流。早期的功率單元采用大功率二極管整流橋，由于二極管整流橋的輸出電流受輸入電源影響，無法調(diào)節(jié)，已逐漸為大功率可控硅整流橋所取代。當(dāng)電氣制動裝置采用可控硅整流橋時，電氣制動起始輸出通常從零開始逐步增力口。受轉(zhuǎn)子大電感負(fù)載的滯后效應(yīng)影響，電流上升速度較慢。如果在可控硅觸發(fā)脈沖的有效周期內(nèi)，電流未達(dá)到維持可控硅導(dǎo)通所必須的擎住電流，當(dāng)脈沖消失后，可控硅將再次關(guān)斷，轉(zhuǎn)子繞組中無法形成連續(xù)的電流，導(dǎo)致電氣制動投入失敗。大型水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組電感較大，可控硅整流橋采用多橋并聯(lián)運(yùn)行，維持導(dǎo)通所需的電流為所有并聯(lián)可控硅的擎住電流之和,此現(xiàn)象尤為突出。為解決此問題，目前常采用減少并聯(lián)整流橋的數(shù)量或在輸出側(cè)并聯(lián)電阻負(fù)載的方法。減少并聯(lián)整流橋的數(shù)量可以減小維持整流橋?qū)ㄋ璧碾娏?，但對于柔性電制動方式，電制動與勵磁整流橋公用，減少電制動的整流橋必須增加專用的控制邏輯和控制回路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。在輸出側(cè)并聯(lián)電阻負(fù)載可以消除轉(zhuǎn)子大電感負(fù)載的滯后效應(yīng)影響，使電流迅速上升達(dá)到可控硅的擎住電流，但同樣必須增加并聯(lián)電阻負(fù)載所需的專用控制邏輯和控制回路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種高起始輸出型電氣制動裝置，將開關(guān)控制功能集成到勵磁調(diào)節(jié)器中，無需設(shè)專用的開關(guān)控制模塊，在不增加系統(tǒng)控制設(shè)備的同時，解決了電氣制動裝置投入可靠性的問題，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種高起始輸出型電氣制動裝置，主要由勵磁調(diào)節(jié)器和大功率可控硅整流橋兩個部分組成，根據(jù)發(fā)電機(jī)電氣制動電流的大小，可控硅整流橋可采用多橋并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述勵磁調(diào)節(jié)器采用勵磁調(diào)節(jié)和開關(guān)控制共用同一 CPU模塊的一體化控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)包括用于實(shí)現(xiàn)電氣制動電流的測量、電氣制動控制信號的輸入輸出、可控硅整流橋的控制，以及在電氣制動投入時根據(jù)可控硅整流橋的可控硅擎住電流設(shè)置起始控制角，在整流橋?qū)ǖ某跏茧A段獲得可克服可控硅擎住電流的高起始輸出電壓控制的高速可編程模塊IP161控制器；用于勵磁電壓、勵磁電流采樣的模擬量采集模塊；用于采集控制室發(fā)出的電氣制動投入、退出命令及電氣制動開關(guān)狀態(tài)信號的開關(guān)量輸入模塊；用于控制電氣制動開關(guān)及電氣制動狀態(tài)過程信號的開關(guān)量輸出模塊。在電氣制動投入時，控制器根據(jù)可控硅整流橋的可控硅擎住電流設(shè)置起始控制 角，在整流橋?qū)ǖ某跏茧A段獲得可克服可控硅擎住電流的高起始輸出電壓。本實(shí)用新型的有益效果和特點(diǎn)是通過對電氣制動裝置采用勵磁調(diào)節(jié)和開關(guān)控制一體化的控制結(jié)構(gòu)，以及高起始輸出電壓的控制方案，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，同時克服了轉(zhuǎn)子大電感負(fù)載和可控硅擎住電流對電氣制動輸出的影響，保證了電氣制動功能的可靠性，為大型水輪發(fā)電機(jī)電氣制動裝置提供了一種低成本、高可靠性的解決方案。

圖I是高起始輸出型電氣制動裝置實(shí)施例之一的原理圖；圖2是電氣制動投入過程控制角隨輸出電流變化曲線圖；圖3是一個電氣制動系統(tǒng)實(shí)施例的典型接線圖。圖中1_勵磁調(diào)節(jié)器，2-可控硅整流橋，3-模擬量采集模塊，4-開關(guān)量輸入模塊，5-開關(guān)量輸出模塊，DL-斷路器，G-發(fā)電機(jī)，T-主變壓器，Vy-陽極電源，PT-電壓傳感器，CT-電流傳感器，ExT-勵磁變壓器，BT-制動變壓器，SC-短路開關(guān)，Kl-隔離刀閘，SlOl-分?jǐn)嚅_關(guān)，S102-分?jǐn)嚅_關(guān)，S104-分?jǐn)嚅_關(guān)，S105-分?jǐn)嚅_關(guān)。
具體實(shí)施方式
圖I所示為本實(shí)用新型的實(shí)施例之一，圖中，本實(shí)用新型的勵磁調(diào)節(jié)器I采用PCC系列的高速可編程模塊IP161作為CPU的控制器，并由控制器IP161，模擬量采集模塊3(AI350)，開關(guān)量輸入模塊4 (DI476)，開關(guān)量輸出模塊5 (D0650)組成勵磁調(diào)節(jié)和開關(guān)控制共用同一 CPU模塊一體化的控制結(jié)構(gòu)。其中控制器IP161的DI帶有時標(biāo)，用于測量整流橋輸入電壓頻率及同步信號，并以事件驅(qū)動功能形成觸發(fā)脈沖，通過DO通道輸出控制可控硅整流橋2 ;模擬量采集模塊3 (AI350)用于勵磁電壓、勵磁電流的采樣；開關(guān)量輸入模塊
4(DI476)用于采集控制室發(fā)出的電氣制動投入、退出命令及電氣制動開關(guān)狀態(tài)等信號；開關(guān)量輸出模塊5 (D0650)用于控制電氣制動開關(guān)及電氣制動狀態(tài)過程信號。在電氣制動投入時，控制器IP161根據(jù)可控硅整流橋2的可控硅擎住電流設(shè)置起始控制角，在整流橋?qū)ǖ某跏茧A段獲得可克服可控硅擎住電流的高起始輸出電壓，從而克服整流橋可控硅的擎住電流，保證電氣制動電流平穩(wěn)上升，電氣制動功能可靠投入，為水輪機(jī)制動提供阻尼。[0022]圖2所示電氣制動投入過程中控制角隨輸出電流變化曲線，在電氣制動投入時，為保證整流橋可控硅能可靠導(dǎo)通且輸出電流平穩(wěn)上升，控制器IP161根據(jù)整流橋可控硅的擎住電流設(shè)置起始控制角α ο，并隨著輸出電流的增大逐漸減小控制角，直至輸出電流達(dá)到制動電流。η個整流橋并聯(lián)時，可控硅的擎住電流之和為Id = ηΧΙΗ(I)此時對應(yīng)整流橋輸出電壓為Ed=IdXR(2)根據(jù)三相全控橋控制原理Ed = I. 35Ucos α 0 ⑶得到起始控制角a ^計算公式如下
H · 11 · Ii/ λ\αη = arccos----W
1.35C/其中，U為整流橋輸入電壓有效值，η為整流橋并聯(lián)可控硅支路數(shù)，Ih為可控硅的擎住電流，R為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻。當(dāng)起始控制角a C1根據(jù)公式設(shè)置時，電氣制動裝置的起始輸出不再從零開始，而是從維持整流橋?qū)ㄋ璧碾娏?即所有并聯(lián)可控硅的擎住電流之和)開始，從而保證了整流橋的導(dǎo)通，使電氣制動能夠可靠投入。圖3示出本實(shí)用新型電氣制動系統(tǒng)實(shí)施例的典型接線，其中的S101、S102、S104、S105、SC等開關(guān)用于進(jìn)入電氣制動模式后進(jìn)行發(fā)電機(jī)機(jī)端短路及切換整流橋陽極電源。當(dāng)發(fā)電機(jī)逆變完成后，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的50% 60%時分?jǐn)郤102，再閉合短路開關(guān)SC，短接定子回路，并閉合S104、S105和SlOl，接入制動電源，開始電氣制動流程。電氣制動完成后分?jǐn)郤104、S105和短路開關(guān)SC，再閉合S102，恢復(fù)陽極電源。
權(quán)利要求1.一種高起始輸出型電氣制動裝置，主要由勵磁調(diào)節(jié)器和大功率可控硅整流橋兩個部分組成，根據(jù)發(fā)電機(jī)電氣制動電流的大小，可控硅整流橋可采用多橋并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述勵磁調(diào)節(jié)器(I)采用勵磁調(diào)節(jié)和開關(guān)控制共用同一 CPU模塊的一體化控制結(jié)構(gòu)，它包括 用于實(shí)現(xiàn)電氣制動電流的測量、電氣制動控制信號的輸入輸出、可控硅整流橋(2)的控制，以及在電氣制動投入時根據(jù)可控硅整流橋(2 )的可控硅擎住電流設(shè)置起始控制角，在整流橋?qū)ǖ某跏茧A段獲得可克服可控硅擎住電流的高起始輸出電壓控制的高速可編程模塊IP161控制器； 用于勵磁電壓、勵磁電流采樣的模擬量采集模塊(3)； 用于采集控制室發(fā)出的電氣制動投入、退出命令及電氣制動開關(guān)狀態(tài)信號的開關(guān)量輸入模塊(4); 用于控制電氣制動開關(guān)及電氣制動狀態(tài)過程信號的開關(guān)量輸出模塊(5)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種高起始輸出型電氣制動裝置，包括勵磁調(diào)節(jié)器和大功率可控硅整流橋兩個部分，其特征是所述勵磁調(diào)節(jié)器的勵磁調(diào)節(jié)和開關(guān)控制采用共用同一CPU模塊一體化的控制結(jié)構(gòu)，由控制器IP161，模擬量采集模塊，開關(guān)量輸入模塊，開關(guān)量輸出模塊組成，在電氣制動投入時，控制器根據(jù)可控硅整流橋的可控硅擎住電流設(shè)置起始控制角，在整流橋?qū)ǖ某跏茧A段獲得可克服可控硅擎住電流的高起始輸出電壓。簡化了系統(tǒng)設(shè)計，同時克服了轉(zhuǎn)子大電感負(fù)載和可控硅擎住電流對電氣制動輸出的影響，保證了電氣制動功能的可靠性，為大型水輪發(fā)電機(jī)電氣制動裝置提供了一種低成本、高可靠性的解決方案。
文檔編號H02P3/22GK202524345SQ20122020062
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者余翔, 周筱珊, 張敬, 胡振華, 趙先元 申請人:長江三峽能事達(dá)電氣股份有限公司