通过多年对在役晶闸管励磁装置安装、检修和调试等工作发现，励磁装置工作的可靠性，直接关系到主机工作的连续性。据不完全统计，由于励磁装置故障造成机组停机的次数占总停机次数的60％～70％。
励磁装置工作不可靠，主要是主电路晶闸管及二极管存在一些设计、安装方面等问题，且无统一的设计标准和计算方法，这给泵站安全运行带来隐患。本文仅以微机晶闸管励磁装置为例，探讨大中型泵站同步电动机励磁装置主电路晶闸管和二极管的计算选择及需注意的事项，以提高励磁装置可靠性。主电路包括主桥电路部分和起动电路部分。典型三相全波整流电路见图1（全控桥只需将三只二极管更换为晶闸管）。
主桥电路2.1主桥晶闸管主桥晶闸管起整流和调节励磁输出电压的作用，选择主要有三方面技术要求，即额定电流、电压和冷却方式。目前泵站用同步电机*大励磁电流小于300A，*大励磁电压小于200V.
按雷电感应浪涌电流选择励磁装置在运行过程中，由于输电线路等受雷电流的作用，在主电路有瞬时浪涌电流通过晶闸管（或二极管），当此电流大于整流器件浪涌电流ITSM时，将会使整流器件温度瞬时升高，当大于整流器件工作结温时，整流器件会因热击穿而损坏。
一般泵站供电通过主变降压，再经站变降压为0.4kV电压，励磁变压器再降压后提供整流主电路工作电源，经过每次降压，电路接有避雷器和高低压电缆，消弱雷电浪涌电流幅值。通过分析主桥电路的电磁耦合雷电流一般不大于8kA，查手册，额定电流500A晶闸管的浪涌电流ITSM下限6.4kA、上限9.4kA.因此选择晶闸管（或二极管）的额定电流不小于500A.
额定电压选择，按电机额定励磁电压选择由于晶闸管（或二极管）工作时不能承受过电压，否则会造成电击穿，选用时增大2～3倍的安全裕量。
按过电压选择励磁装置在运行过程中，由于受电网雷电压、操作和换相等过电压的作用，幅值较高，极易造成主桥整流器件的损坏，参照电磁兼容脉冲群Ⅲ级标准2.5kV试验电压进行选择。整流器件有均压电阻的应用，两只整流器件均分电压：U T（AV）=0.5×2500=1250V综上所述，选用晶闸管（或二极管）的额定电压一般不宜低于1600V.
冷却方式选择影响整流器件散热的条件有：与散热器件接触状况和散热器的大小、冷却方式和冷却介质的流速、环境温度或冷却介质的温度。由于新技术的发展，现已采用热管冷却，它与散热片相比，有散热快、效果好等特点。热管结构形式有整体式和分立式两种，同时又分单片式和两片式，使用后散热效果较好的为分立两片式，同时分立式安装形式也便于检修。无论采用散热片还是热管冷却方式，装置在运行时，整流元件产生的热量，均在柜体内，均需通过冷却风扇将柜体内热量带出，形成循环。不可因安装热管就不需安装风扇，实践证明是不可取的。
但也应注意：根据上述方法选用的整流元件裕量较大，对风量要求不高。励磁装置控制电路一般均使用较多的接插件连接，高转速、大排风的风扇振动大，易造成接插件接触不良。因此需选用低转速、振动小，只需将柜内的热量排出的风机即可。同时，冷却风扇按需要应安装2～4台，提高工作可靠性。
起动电路同步电动机异步起动时，转子励磁绕组切忌开路，否则，在大滑差时旋转磁场会对励磁绕组感应出较高的电势，*大可达上万伏的电压，极易损坏电机转子绝缘；如把励磁绕组直接短路，在励磁绕组内产生较大的起动电流，它与旋转气隙磁场作用将产生较大的附加转矩，可能使电机起动转速达不到“亚同产品与应用2007年第12期52步”，而造成电机起动失败。起动电路主要由起动晶闸管、起动二极管和起动（灭磁）电阻等组成。
起动晶闸管及二极管（1）额定电流选择起动晶闸管及二极管的电流选择，主要依据电机转子感应电流。因电机转子安匝数远大于定子，所以转子阻抗较高，转子外接电阻的大小对感应电流大小影响不明显。根据电机厂提供的转子起动时励磁绕组感应电流I FS数据，泵站一般为150～300A，考虑安全裕量，额定电流为：I T（AV）=（1.5～2）I FS /1.57≈I FS选择200～300A即可。
（2）额定电压选择1）按主桥电路过电压选择由于主电路存在整流变压器漏抗和晶闸管关断等情况，主桥电路过电压主要有晶闸管关断过电压和换相过电压等。此过电压数值可达工作电压峰值的5～6倍，经阻容吸收电路吸收后，实际数值大大下降，一般按工作电压2～3倍，结合安全裕量，选600V左右即可。
2）按保护主桥整流器件选择由于交流侧和直流侧出现的过电压，主桥整流器件电压虽充分考虑此种情况，但起动晶闸管及二极管选择需结合主桥电路出现异常电压时保护主桥器件。U T（AV）可取主桥晶闸管额定电压的0.5倍。
3）按保护电机转子绝缘选择同步电机转子励磁绕组绝缘裕量比变压器低得多，一般转子绕组按交接试验标准，耐压值1200V.
要求起动晶闸管及二极管能保护转子绝缘。考虑安全裕量综上所述，起动晶闸管及二极管的额定电压一般为600～1000V.
起动晶闸管导通电压在电机起动时，转子感应交流电流。起动电路应保证流经励磁绕组闭合回路的感应电流具有对称的正、负两半波，以免由于感应电流的直流分量引起电机振荡转矩和异步制动转矩。当为正半波时，起动晶闸管需开通使电流流过；当为负半波时，起动二极管自然导通使电流流过。所以起动晶闸管的开通电压的设定非常重要。此开通电压分低开通电压设定和高开通电压设定。
（1）低开通电压值设定电机起动导投入励磁至牵入同步止，此过程起动晶闸管为低开通电压运行。理论上讲，低开通电压值越低越好，但需考虑门极的触发电压和功率不大于起动晶闸管门极正向峰值电流I FGM和门极正向峰值电压U FGM，门极平均功率P G（av）和峰值功率P GM也不应超过规定值。
经以上分析，低开通电压值一般整定20～30V.
（2）高开通电压值设定当同步电机牵入同步后，装置进入正常励磁电压运行，自动转入高开通电压值，起动晶闸管自动关断。当出现异常等情况，高开通电压又作为低开通电压的后备，确保起动电路的可靠性。高开通电压一般设定为起动晶闸管额定电压的0.5～1.5倍。
起动（灭磁）电阻同步电动机一般采用异步感应方式起动，依靠电机定子磁场与转子各绕组感应磁场之间相互作用而产生的异步驱动转矩My，克服其负载阻力矩M F，以实现电机起动或再整步中的再驱动过程。
同步电动机的异步驱动转矩My与励磁回路内是否串接起动电阻R f及电阻值的大小有密切关。泵站同步电动机所带机械负载水泵为平稳负载。负载特性与时间t无关，仅为电机滑差的函数。从而满足了塑壳断路器对瞬动保护的速动性和可靠性的要求。
结论本设计提出了一种基于PIC16F877A为核心的过电流保护系统。在硬件设计中，采用了高可靠性的冗余供电系统和高性能的单片机；在软件方面，采用了长延时，短延时反时限+定时限，瞬动等保护，提出了累计热效应的过载保护算法和三点移动窗口的瞬动算法，达到了可靠性与速动性的统一。本设计在塑壳断路器中进行了现场运行，效果良好，具有较高的使用价值。
(完)
鲁公网安备37030402001756
