高雄清，趙月起，胡海燕，羅云強

(武漢陸水科技開發(fā)有限公司，湖北武漢 430074)

1 技術(shù)方案及用途

目前同步發(fā)電機通常采用可控硅靜止勵磁，發(fā)電機運行時由于多種因素在轉(zhuǎn)子繞組上可產(chǎn)生相當高的過電壓，例如，三相可控硅整流橋的換相過程、發(fā)電機在短路情況下等等。若不采取適當?shù)拇胧┮种七@些過電壓，那么極有可能擊穿發(fā)電機勵磁繞組或者擊穿可控硅整流橋，從而造成發(fā)電機事故停機及大的經(jīng)濟損失。這時轉(zhuǎn)子過電壓保護就顯得尤為重要?，F(xiàn)在在中小型發(fā)電機可控硅靜止勵磁中多數(shù)采用可控硅元件作為勵磁繞組及可控硅整流橋的過電壓保護。見下圖。

圖中虛線框內(nèi)電阻R1、R2元件組成分壓回路，在R2上得到一預置的電壓，當勵磁繞組產(chǎn)生過電壓時R2上的電壓升高，此電壓迅速升高擊穿穩(wěn)壓管WY1后觸發(fā)正向過電壓KP使其導通，由滅磁電阻RM與正向過電壓KP組成的回路將勵磁繞組產(chǎn)生的過電壓限制在安全范圍內(nèi)，從而保護了勵磁繞組以及可控硅整流橋。反向過電壓保護KP與正向過電壓保護KP的電路原理相同。

由電阻、穩(wěn)壓管組成的保護可控硅觸發(fā)回路雖然簡單，但是存在以下缺點和問題:

1 調(diào)試困難

當需要在計算設(shè)定好的保護電壓值觸發(fā)保護可控硅動作時，R1、R2阻值的選配相當困難，通常需要更換多次R1、R2的阻值后才能達到要求。

2.2 發(fā)熱嚴重

同步發(fā)電機正常工作時勵磁繞組兩端加有額定的勵磁電壓，由于R1、R2是通過滅磁電阻RM接在勵磁繞組兩端，RM阻值較小(零點幾歐姆到幾歐姆)，絕大多數(shù)電壓在R1、R2上，此時R1、R2嚴重發(fā)熱，降低了元件使用的可靠性。通常有十幾瓦的功率在發(fā)電機運行時長期消耗，不利于節(jié)能。

圖1

2.3 更換保護用可控硅時需要重新調(diào)試

由于可控硅元件觸發(fā)導通的參數(shù)存在較大的分散性，每只可控硅觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流都不相同，在更換保護用可控硅后以前的動作值就有可能提前或滯后于原設(shè)定的動作電壓，所以在更換保護用可控硅后必需要重新調(diào)試。在現(xiàn)場由于受到條件的限制，這個工作在現(xiàn)場完成就有較大的難度。給用戶或我單位維修人員的工作造成較大困難。

2 改進后的過電壓觸發(fā)器

針對電阻分壓式過電壓觸發(fā)器的缺點，我們在2013年3月提出改造方案，且進行了大量的試驗工作，4月從設(shè)計電路到完成成品。目前已經(jīng)采用新型的過電壓觸發(fā)器取代電阻分壓式過電壓觸發(fā)器。原理見下圖:

新型過電壓觸發(fā)器簡述:

圖2

2.1 主要元件構(gòu)成

圖中主要由瞬態(tài)電壓抑制器TVS1～TVS8、電解電容 C2、C3、雙向觸發(fā)管 DB1、DB2、小功率可控硅T1、T2等構(gòu)成正反向過電壓觸發(fā)回路。其中TVS1～TVS4、C2、DB1、T1等為正向過電壓觸發(fā)回路，TVS5～TVS8、C3、DB2、T2等為反向過電壓觸發(fā)回路。

2.2 工作原理

瞬態(tài)電壓抑制器(TransientVoltageSuppressor)簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二極管的兩極受到大于標稱值的反向瞬態(tài)電壓時，它能以10－12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，利用這一特性采用一個或幾個TVS管串聯(lián)的方法即可得到所設(shè)定的過電壓動作值。以正向過電壓觸發(fā)回路來說明，電路中TVS管兩端電壓超過標稱值，兩極間變?yōu)榈妥杩购蠼o電容C2充電(此過程相當短促)，當C2上電壓超過雙向觸發(fā)管DB1(約30V)時雙向觸發(fā)管DB1向小功率可控硅T1控制極發(fā)出脈沖使得T1導通，C2上的電壓通過T1給正向過電壓保護可控硅的觸發(fā)極一個較大電流電壓的脈沖，進而使得正向過電壓保護可控硅導通。這里小功率可控硅T1起到了把雙向觸發(fā)管DB1的小功率脈沖放大的作用。電阻R10～R13起均壓作用，R2起限制充電電流作用，R15的設(shè)置是為防止TVS管漏電流給電容C2誤充電。

3 新型過電壓觸發(fā)器特點

3.1 調(diào)試簡單

新型過電壓觸發(fā)器動作值可以較精確設(shè)置，動作值主要由TVS管標稱值決定，其標稱值從6.8V到440V共分為88個檔次可以選用，做到了設(shè)計動作電壓值與實際動作電壓值基本一致。調(diào)試簡單，無須再反復更換元器件。

3.2 無發(fā)熱現(xiàn)象

由于新型過電壓觸發(fā)器回路都是在過電壓產(chǎn)生時瞬時動作，一旦過電壓保護可控硅導通后由TVS管等元件構(gòu)成的電路兩端只有一點幾伏的電壓，電流基本為零。所以整個觸發(fā)回路沒有功率消耗。

3.3 現(xiàn)場更換保護用可控硅時無需重新調(diào)試

設(shè)備運行時若有元件損壞特別是保護用可控硅損壞更換后，無需重新調(diào)整元件參數(shù)，其動作值不受可控硅觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流等參數(shù)的影響，做到了和出廠時的一致。給用戶和調(diào)試檢修人員帶來了極大的方便。