晶体管开关式励磁调节器

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1、同步发电机励磁系统第三章晶体管开关式励磁调节器一、开关式励磁调节器的工作原理图3-1表示了开关式励磁调节器的工作原理，它利用电子开关K将励磁机的电枢电压加于励磁机的辅助励磁绕组LLQr上。图3-1开关式励磁调节器的工作原理图显然，K闭合时，电枢电压加于辅助绕组上；而当K断开时，辅助绕组通过系统二极管续流，其两端电压为零。由于开关在工作中不断地接通及断开，辅助绕组上的电压波形如图3-2所示，即为一方波电压，方波的宽度为K闭合的时间tON，而方波之间的间隔时间则决定于K断开的时间toff，辅助绕组上的电压的平均值为：(3-1)式中：——励磁机辅助绕组上的电压平均值；——励磁机

2、电枢电压。图3-2开关式励磁调节器的电压波形图由此可见，若加大开关K的闭合时间tON，缩短K的断开时间toff，辅助绕组上的电压ULL将上升即励磁机励磁电流加大，励磁机电压上升；反之使闭合时间缩短，即断开时间加长，ULL下降，励磁机的电压亦将降低。即利用改变开关K的闭合时间和断开时间之比，能调节励磁机输出电压的高低而达到自动励磁调节的目的。开关K可以是机械的（称振动型励磁调节器）、闸流管的（称闸流管励磁调节器）、晶闸管的（称晶闸管开关式励磁调节器）、或晶体管的（称晶体管开关式励磁调节器），后者是开关式调节器的最新发展。二、晶体管开关的工作原理一个晶体三极管，若无输入基极电

3、流，即Ib=0，其集电极电流亦为零（IC=0），由于负载电阻R上的压降为零，电源电压E全部加于晶体管上，这相当于开关的断开状态（见图3-3）。图3-3晶体管开关的工作原理图当给晶体管提供一个足够大的基极电源Ib，使（其中b为晶体管电流放大倍数）时，晶体管的集电极电流：(3-2)这时，负载电阻两端的电压降近似为E，从而使晶体管c、e极之间的电压接近于零（称处于饱和导通状态），这相当于开关的接通状态。由此可见，通过晶体管基极控制，可使晶体管在两个状态下跳度，这即通常所说的晶体管开关。利用晶体管开关为图3-1中的开关K，就是晶体管开关式励磁调节器的基本构思。武汉洪山电工科技有限

4、公司5同步发电机励磁系统由于晶体管开关式励磁调节器的输出功率要求较大，因此开关晶体管是由一组晶体管组成，它们由光耦合器控制，采用光耦合器可以使励磁主回路和控制电路在电气上隔离，以防止灭磁时可能产生的过电压损伤调节器的控制电路。图3-4表示了所采用的晶体管开关，它实际上是一个四级开关放大器。图3-4晶体管开关的工作原理图在光耦合器GO的发光二极管无信号输入时，光敏三极管不导通，三极管4T，由4R1、4D1获得基极电流而导通，使4T1集电极电位接近于零，4T2因无基极电流而截止，4T3-4T9，则通过4R9，获得基极电流而导通，相当于K闭合，将励磁机的电枢电压加于辅助绕组上。

5、当光耦合器GO的发光二极管中有电流通过时光敏三极管导通，其集电极电位下降使4T1无基极电流而截止，4T2由4R2获得基极电流而导通其集电极电位下降，从而使4T3-4T9因无基极电流而截止，相当于开关K断开，辅助绕组两端此时的电压为零。通过光耦合发光二极管就可控制晶体管开关的闭合及断开。三、调节器的控制电路图3-5表示了调节器控制电路的方框图。图3-5调节器控制电路的方框图控制电路主要由调差电路，测量比较电路，比例、积分、微分校正电路（P.I.D校正电路），可控振荡器电路，断线保护电路及保证它们的正常工作所需的稳压电源组成。调差电路保证发电机有一定的调差，使发电机并联工作时

6、不发生抢无功现象。当电机机为单元式接线时，它能部分补偿升压变压器的压降。测量比较电路将发电机端电压Uf(电压互感器副边电压)经降压整流后变成直流电压，并将它和由1WG1提供的给定电压相比较，所得偏差电压DU送比例，积分、微分电路（PID电路），它的输出电压作为控制电压UK经切换继电器J的接点加于可控振荡器，可控振荡器的输出驱动光耦合器及晶体管开关。若发电机电压升高，所产生的调压作用为：D这使调节器能自动维持发电机端电压恒定。断线保护的作用是在励磁调节器所用的电压互感器断线时，（熔断器熔断）J动作，自动调整回路断开，可控振荡器的控制电压由1W2供给，从而防止了调节器在这时可

7、能发生的误强励。下面分述各电路工作原理。1、调差电路调差环节是在输入电压的B相上加AC相电流差IAC的压降，形成新的三相（A1、B1、C1）输出，如图3-6所示。图3-6调差电路原理图图3-7发电机的相量图由图3-7所示发电机的相量图可见，在发电在带有功负荷时调差电路和输出和输入基本相同，即调差电路不起作用，这意味着发电机的电压基本上不会随它的在功负荷的大小而变化。但当调节器带无功负荷时，调差环节的输出电压大于输入电压，即若发电机电压不变，调节器感受到的电压上升了，使调节器动作降低发电机电压，即发电机电压随其输出无功的加的加大