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IGBT開關(guān)式自并激微機(jī)勵磁系統(tǒng)的原理及應(yīng)用
畢業(yè)論文網(wǎng) 2009/7/16
IGBT開關(guān)式自并激微機(jī)勵磁系統(tǒng)的原理及應(yīng)用
[摘 要]本文以HWKT—09型微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器為例，詳盡地闡述了IGBT開關(guān)式自并激微機(jī)勵磁系統(tǒng)的基本原理，并重點討論了IGBT在開關(guān)勵磁中的應(yīng)用。給出了開關(guān)勵磁系統(tǒng)中勵磁裝置的基本輸入輸出關(guān)系，為更深入地掌握和理解該系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。
[關(guān)鍵詞]IGBT 占空比 開關(guān)勵磁 自并激系統(tǒng) 微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器
1. 概述
HWKT—09型微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器是武漢洪山電工技術(shù)研究所研制的新型的由IGBT作為功率輸出器件的自并激微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器。它的最大特點是結(jié)構(gòu)簡單，主控回路只需一塊面積為25×20(cm2)的印制電路板，以Intel公司準(zhǔn)16位單片機(jī)（8098）為核心，加上外圍接口芯片組成的控制系統(tǒng)。該裝置于2000年12月在我站#1、#5機(jī)上成功投運，目前運行良好。
2. IGBT自并激勵磁系統(tǒng)的組成及主回路原理
2.1 勵磁系統(tǒng)組成及接線方式
自并激勵磁系統(tǒng)也就是直接勵磁系統(tǒng)或稱靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。我站的HWKT—09型IGBT自并激勵磁系統(tǒng)由勵磁變壓器、三相不可控整流橋及IGBT功率單元、滅磁單元、控制單元四部分組成。交流勵磁電源取自發(fā)電機(jī)端（也稱機(jī)端變壓器）勵磁變壓器，勵磁變壓器的付方輸出經(jīng)三相不可控全波整流橋整流輸出的直流電壓給發(fā)電機(jī)勵磁繞組勵磁，勵磁電流的調(diào)節(jié)經(jīng)串接于發(fā)電機(jī)勵磁回路的IGBT以直流斬波的方式實現(xiàn)。IGBT如同一只電子開關(guān)，在自動勵磁調(diào)節(jié)器 AVR的控制下，連續(xù)處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，以達(dá)到調(diào)節(jié)勵磁電流的目的。
我站#1、#5機(jī)勵磁系統(tǒng)由控制部分和功率部分構(gòu)成�？刂撇糠钟蓛膳_HWKT－09型微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器及各種信號輸入、輸出轉(zhuǎn)換控制環(huán)節(jié)構(gòu)成一個勵磁調(diào)節(jié)器柜（標(biāo)準(zhǔn)屏）; 功率部分三相不可控全波整流橋加一組IGBT開關(guān)控制單元及相應(yīng)濾波和保護(hù)回路構(gòu)成功率柜（標(biāo)準(zhǔn)屏），此外系統(tǒng)另包括發(fā)電機(jī)滅磁柜。
因此整個發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)由機(jī)端勵磁變壓器、勵磁調(diào)節(jié)器HWKT－09、HKL－02功率柜、HMC－02滅磁柜及其它單元組成。
開關(guān)式自并激勵磁系統(tǒng)接線方式如圖一所示。
2.2 功率單元的組成和原理
IGBT器件結(jié)合了雙極型晶體管的功率特性和場效應(yīng)管控制簡單的優(yōu)點，將其應(yīng)用于勵磁領(lǐng)域可使功率部分簡化，也消除了SCR晶閘管可控整流方式的一些弊病。使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性得到了提高。
功率單元主要由兩部分組成: 整流、濾波裝置和功率開關(guān)。前者將交流勵磁電源變換為直流電源后供功率開關(guān)使用，并濾除大的紋波、毛刺和均衡三相電源的負(fù)載。后者受控于調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)功率開關(guān)的閉合時間即可控制勵磁電流的大小。也就是說，調(diào)整功率管的導(dǎo)通時間即可對發(fā)電機(jī)的勵磁輸入功率進(jìn)行控制。
2.3 勵磁調(diào)節(jié)器主回路
IGBT勵磁系統(tǒng)主回路原理圖如圖二所示。
把IGBT作為一只電子開關(guān)，跨接在發(fā)電機(jī)勵磁繞組兩端。VIN為來自勵磁變壓器的三相交流電壓，L1為轉(zhuǎn)子繞組，當(dāng)1K閉合后，三相交流勵磁電源通過D1～D6三相整流及電容C1濾波，得到直流電壓UE，當(dāng)1K閉合IGBT導(dǎo)通時，二極管D7截止，UE通過繞組L1、IGBT使L1中電流增加; 當(dāng)IGBT截止時，L1中電流減小，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓使D7導(dǎo)通，給L1續(xù)流。當(dāng)IGBT導(dǎo)通期間，L1中的電流增加量大于在截止期間電流的減小量時，L1中的平均電流增加，反之L1中的平均電流減小。當(dāng)增加量等于減小量時，L1中的平均電流不變，達(dá)到穩(wěn)定運行工作狀態(tài)。
2.4 勵磁電壓、勵磁電流的計算
設(shè)三相整流濾波后的直流電壓為UE，IGBT導(dǎo)通時間為TON，截止時間為TOFF。導(dǎo)通時，轉(zhuǎn)子兩端壓降為UE; 截止時，轉(zhuǎn)子電壓等于續(xù)流二極管D7管壓降，忽略為零。如圖三所示。
由此可見，我們根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、轉(zhuǎn)子電流或無功負(fù)荷等因素的變化改變KC，亦即改變IGBT驅(qū)動方波的占空比，即可改變勵磁繞兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓、無功的目的。
2.5 IGBT的驅(qū)動條件及方法
2.5.1 IGBT的輸入特性要求其驅(qū)動電路滿足以下條件:
（1）IGBT導(dǎo)通時提供12V——18V柵極電壓;
（2）IGBT截止時提供0V——（-18V）柵極電壓（為保證可靠截止，一般為-5V）;
（3）IGBT開關(guān)瞬間提供足夠大的電容充放電電流;
（4）和控制電路隔離;
（5）完成IGBT過流保護(hù)。
2.5.2 驅(qū)動方法
到目前為止，IGBT有多種驅(qū)動方法，基本上是由混合集成電路組成。日本富（未完，下一頁）
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