发电机组自动调压系统设计 第6页
图3.2 励磁绕组电压波形图
由图可知励磁电压的平均值为：（3.2）
式中： ——交流电源线电压；
D——IGBT的导通占空比。
由此可见，根据发电机端电压，转子电流或无功负荷等因数的变化改变占空比D，亦即改变IGBT驱动方波的占空比，即可改变励磁绕组两端的电压，从而达到调节发电机输出电压、无功的目的。
3.1.2主回路电压、电流的计算及励磁变压器的选择
设计主回路整流桥，计算时根据直流侧所要求的电流、电压值，计算交流侧的电流、电压值，从而确定电源的容量。
一、励磁变压器的选择
同步发电机输出交流电流中的一小部分，经励磁变压器降压和不可控整流桥整流后再通过IGBT开关器件的关断进行励磁调节。同步发电机的励磁电压比发电机端电压低得多，所以自并励系统中一般都设置了励磁变压器进行降压。
励磁变压器的主要作用是：
(1)使电力电子器件工作时的脉宽大小适当，控制较为稳定；
(2)可以降低整流元件的电压等级；
(3)使整流回路、控制回路和励磁绕组三者都与发电机机端相隔离，降低了回路对地的电位和对绝缘的要求，有利于安全运行并减少日常文护工作。
励磁变压器根据户内、户外的要求选择干式变压器或者油浸变压器，同时要满足高压绕组和低压绕组之间应有静电屏蔽：充分考虑高次谐波所产生的热量；满足汽轮发电机空载试验时130%的额定机端电压的要求。自并激励磁是励磁变压器与发电机出口母线直接相连，而励磁变压器的磁阻相对较小，3次谐波的磁通较大，由3次谐波引起的3次谐波电势也很高，其幅值达到基波的45%-60%，造成电压波形严重畸变，使电压波形严重畸变危急到发电机和变压器的绝缘，同时使发电机励磁电压波形的谐波分量加大，接线组别一般都选择Y，d11接线方式，其原因当励磁变压器的原边接成星形接线时，一次绕组的相电压仅为线电压的1/3，降低了一次绕组的耐压水平，二次绕组三角形连接，可为三次谐波短路提供一支路，用以抵消3次谐波磁通，改善了相电压的波形，利用三角形绕组中的3次谐波电流来抵消3次谐波磁通，消除3次谐波造成的危害。采用Y，d11接线方式时，二次相电压在相位上滞后一次相电压 ，在选择同步变压器接线上应考虑这一因素。
1.励磁系统的参数和特性
发电机额定励磁电压：
发电机额定励磁电流：
强励倍数：
式中 ——强励顶值电压，即励磁系统在强励中可能提供的最高输出电压的支流分量；
（3.3）
式中： ——额定励磁电压。
2.交流电源功率
交流侧额定线电压
交流侧线电流 （3.6）
变压器的原边电压由发电机额定电压决定，综合考虑交流侧电源功率、额定线电压、额定线电流，故励磁变压器选择为50KVA、10500V/130V。
二、励磁功率元件IGBT的选择
IGBT两侧峰值电压：其中 ——最大励磁电压经验值。
IGBT回路中最大峰值电流：
——过载系数，取为1.5~2；
故IGBT器件选择为CM400HA-12H， 。
三、二极管的选择
在额定工况时，整流桥直流侧电流 ，桥臂平均电流 ，
此可选择二极管的额定正向平均电流为
式中 ——额定工况时电流裕度系数，通常取3~5；
可取 =600A。
桥臂的反向工作电压最大瞬时值，即3.10）
所选择的二极管型号为ZP600-2。
3.2IGBT的工作特性及保护
3.2.1IGBT工作原理
功率绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，是八十年代中期发展起来的一种新型复合器件。它将双极性功率晶体管GTR与功率场效应晶体管MOSFET的优点集于一身，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的特点，又有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。
大功率IGBT在功率MOSFET基础上增加了一个 层发射极，为四层结构。简单来说，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管，其简化等效电路如图3.3所示，图中 为PNP晶体管基区内的调制电阻。从该等效电路可以看出，IGBT是由晶体管和MOSFET组成的复合器件。
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