[发明专利]一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种励磁系统，更具体地说，尤其涉及一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统。

背景技术

励磁系统是指向同步发电机的转子绕组(又称励磁绕组)提供直流励磁电流的装置及其附属设备。同步发电机励磁系统种类很多，目前中小型水轮发电机常用的励磁系统有以下几种：

(1)直流励磁机励磁系统：直流励磁机实际上是专供同步发电机励磁用的直流发电机，与发电机同轴安装，主要由定子、转子和换相器等部分构成；

直流励磁机励磁系统的主要特点是比较简单、励磁电源独立、工作不受电网影响、调节过程比较平稳。但是发电机的稳态和动态性能较差，存在振动、噪声和火花，整流子机械磨损大及维护麻烦的问题。新建电站水轮发电机已不采用这种励磁系统。

(2)自并励静止晶闸管励磁系统。容量较小的水轮发电机目前大多采用这种励磁系统。励磁变压器接在发电机机端，晶闸管整流器一般采用三相半控桥式、三相全控桥式，自动电压调节器通过改变晶闸管的控制角实现励磁自动调节。它的主要优点是：简单、经济，其技术性能在很多方面能满足同步发电机的要求。主要缺点是：它的励磁电源来自发电机端，受发电机机端电压变化的影响。当发电机机端电压下降时其强励能力下降，对电力系统的暂态稳定不利。

(3)无刷励磁系统。励磁机电枢绕组直接连至三相桥式全波旋转整流装置，旋转整流装置其正、负极直接与发电机转子连接，供给发电机转子励磁电流。因此励磁系统不需要电刷和滑环装置，如此就构成了无刷励磁系统。

优点：①无碳刷和滑环，维护工作量少，可靠性高；

②无磨损引起的碳粉和铜末，对发电机绕组、轴承无污染，电机绝缘寿命长，轴承润滑条件好。

缺点：①励磁控制通过调节励磁机的励磁实现，响应速度慢；

②无法对发电机励磁回路进行常规检测(转子电流、电压、绝缘和熔断信号)；

③要求旋转整流器具有良好的机械性能；

④增加了发电机的主轴长度，投资增加；

⑤励磁机转子采用单支点悬臂结构，容易产生振动甚至发生励磁机定、转子扫膛；

⑥发电机运行时励磁电路随同主轴一起旋转，无法直接灭磁。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种系统造价低、工作效率高、节能且分离式中频变压器体积小的基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统，包括工频交流电源，其中所述工频交流电源连接有整流模块，在整流模块输出的直流电源正负极之间依序连接有LC滤波电路和IGBT逆变电路，所述IGBT逆变电路连接有中频分离式旋转变压器，中频分离式旋转变压器由与发电机定子相对固定的初级联接部件、设置在初级联接部件上的初级磁芯、绕设在初级磁芯上的初级线圈、与发电机转子同轴旋转的次级联接部件、设置在次级联接部件上的次级磁芯和绕设在次级磁芯上的次级线圈组成，次级线圈输出电流经整流后与发电机转子线圈连接。

上述的一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统中，所述整流模块为由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成的桥式整流器或桥式整流模块。

上述的一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统中，所述LC滤波电路主要包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、续流二极管D7和限流电感L，电容C1和电容C2并联在直流电源的正负极之间；电容C3和电容C4串联后连接在直流电源的正负极之间；续流二极管D7连接在电容C1和电容C2的正极之间；限流电感L串联在电容C1正极和电容C2正极之间的直流电源正极上。

上述的一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统中，所述LC滤波电路中还包括电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2串联后连接在直流电源的正负极之间且电阻R1和电阻R2之间的线路与电容C3和电容C4之间的线路相连接。

上述的一种基于IGBT技术的分离式中频变压器逆变无刷励磁系统中，所述IGBT逆变电路主要由IGBT双管模块、电容C5和电容C6组成；电容C5和电容C6串联后与IGBT双管模块并联在直流电源的正负极之间；初级线圈的A端连接在电容C5和电容C6之间，初级线圈的B端连接在IGBT双管模块的K1和K2之间。