IGBT开关式自并激励磁系统的应用探讨.pdfVIP

第十届全国石油和化学工业电气技术年会论文集 IGBT开关式自并激励磁系统的应用探讨 李英显 山东齐鲁石化开泰实业股份有限公司 山东省淄博市255000 摘要：本文结合IGBT开关式自并激励磁系统改造的经验，用IGBT开关式自并激励磁的工作原理分析了IGBT开关励磁相对 于可控硅励磁的优点、自并激励磁系统对电网稳定的作用，论述了IGBT自并激励磁系统的优点和不足，最后得出IGBT开关 式自并激励磁系统是中、小发电机组和老机组励磁设备较理想的升级换代产品的结论。 关键词：IGBT；可控硅；开关式励磁；自并激励磁：应用 1引言 山东齐鲁石化开泰实业股份有限公司1#、3。发电机组 6唧 是采用热电联产的城市供热机组，2台 机组在母线上并列运行，励磁方式均为直流励磁机励磁，如图1所示。 FMKl FttK2 16 LI 图1直流励磁机励磁系统原理图 直流励磁机励磁方式存在以下缺陷：不能自动稳定发电机的端电压，限制与保护功能不完善；直流励 磁机L振动大，噪声大，碳刷需经常更换，整流子磨损严重，维护工作量大，影响机组的安全稳定运行。 该励磁系统与目前电网对发电机励磁控制系统的技术要求相去甚远。 下面用IGBT开关式自并激励磁的工作原理分析IGBT开关励磁相对于可控硅励磁的优点、自并激励磁 系统对电网稳定的作用，并介绍IGBT开关式自并激励磁在公司14、3“机组上的成功应用。 2IGBT开关式自并激励磁系统原理 2．1 IGBT的工作原理 功率小且驱动电路简单等特点，又具有饱和压降低，电压、电流容量较大，安全工作区较宽等优点，是目 前较好的功率开关器件。 C 』‘』Ic ，、 ∥ n1＼ US E 图2 a 图2 b 研究设计与应用 Ic ／ ＼ ／’、|、蛾慨I一／ 粤 o ，，仨手‘ O ，／ ／ ＼ ／ 么正向阻断性№ UGEth 图2 c 图2 d 性。 器件从通态转入断态。 压％的函数关系。 动模块的驱动信号延迟 1u 偏压。此外，模块采用高速光耦输入隔离，并有过流检测及过流信号输出，过流慢速关断功能，防止以正 常驱动速度切断过流时，产生过高的集电极电压尖脉冲损坏IGBT。 2．2IGBT在开关励磁中的应用原理 2．2．1IGBT开关励磁的线路原理图如图3所示。 厂矿 、＼．／＼／ F⑧ 图3 2．2．2工作原理 Vin为励磁变压器LB来的三相励磁电源，Ll为发电机转子绕组，设其电感量为L，直流电阻为R。 空比，就可控制L1上电压的平均值ULl，进而控制励磁电流I的大小。 第十届全国石油和化学工业电气技术年会论文集 UcE t 图4 2．2．3励磁电流的计算 当IGBT导通时，vE对绕组L1充电的等效电路如图5一 a 所示，忽略IGBT导通压降V蠡。 L R 图5一 a 图5一 b 设Ll中原电流为I，IGBT导通时间为t。，则有：vE_v。+IR L dI／dt +IR。 当电流变化不是太大时，上面的微分方程用差分方程代替： vE L △I／△t +IR，At t。 ．．． AIt-t。 VE—IR ／L 当IGBT关断时，D7导通，L1的续流回路的等效电路如图5一 b 所示。 此回路的方程为：1胪一IR—L dI／dt ，vD为二极管正向压降。 设IGBT的关断时间为t棚用差分方程代替则有 yD芦一IR—L △I／t。ff ．．． Ai- --t。ff VD+IR ／L 当I△I+I l△I—l时，L1中平均电流增大； 当I△I+l l△I—l时，L1中平均电流减小； 当I△I+I I△I—I时，Ll中平均电流不变，调节器稳定输出电流I。 将△I+、△I一代入上式有 t。 №--IR ／L toff VD+IR ／L ．．．t。 VE—IR toff VD+IR 设IGBT的工作周期为T，则IGBT导通占空比D表示为： D：t。／T t。／ t。+toll I／D 1+toll／t。 [1+ Vz—IR ／ VD+IR ] vD+vE ／ VD+IR ．．．I [D木 vD+VE --VD]／R 由于二极管正向压降vD远小于直流电压Ve，转子电流近似为：I≈D*VE／R 2．3相对于可控硅励磁，IGBT开关励磁具有优良特性 2．3．1IGBT开关励磁驱动简单 在可控硅励磁中，采用三相全控桥整流，需要提供六组驱动电路和相应的脉冲变压器，而IGBT开关 励磁只需要提供一个驱动信号，且由于IGBT是电压控制型器件，驱动功率很小，很容易利用光电耦合器 实现与高电压的隔离。 研究设计与应用 2．3．2IGBT开关励磁同步简单 在可控硅励磁系统中，输出电压和可控硅的控制角a有直接的关系，当同步输入信号严重失真时，为 了保证励磁装置的稳定运行，必须对同步信号进行较高要求