摘要采用IGBT功率元件，替代SCR可控硅元件，取消励磁的交流同步单元及6个受控移相脉冲单元，变为一个驱动信号单元，方便实现励磁微机控制，简化结构，降低制造成本，减少维护，功能完备，对中小水电站技术改造具有指导作用。关键词IGBT工作原理功能比较一、引言发电机的励磁系统，随着科技的进步，得到了快速的发展。由20世纪60年代简单的双绕组电抗分流式、直流励磁机等结构发展至80年代的可控硅励磁及当今的微机励磁。总体发展的方向是从简单到复杂，要求的元件质量和技术人员的业务素质越来越高，而当前电站技术人员对中小水电的技术发展往往很难适应，故障停机现象时有发生。科技发展规律分析有这样一个结论，即由浅入深，由简单变复杂，再由复杂转向简化，从而达到高效、实用、安全经济。本文通过对发电机励磁系统研究和实验得到启发，采用IGBT功率原件，替代SCR可控元件，实现发电机励磁的控制单元和功率单元简化，就此问题在实践中的环节简述，供同行交流。二、功率单元的主要组成功率单元由两部分实现：整流部分和调流部分。整流部分由交流电源送至整流桥，完成交流一直流的变换。调流部分由IBGT功率开关管实现受控调节，使直流输入转子的电流得到控制，则实现励磁电流的可调节运行，见图1。图1IGBT励磁原理图三、工作原理简述一下可控硅励磁原理，以作为比较。可控硅SCR主要是控制单元通过同步测量到移相脉冲及综合放大环节，完成控制角α的改变，实现SCR的导通角。的变化来控制SCR的直流电压输出，实现对发电机转子电流可调节。这种装置必须具备同步测量单元、综合放大及移相触发单元和综合保护环节，控制部分相当复杂，调节难度大，见图2。图2可控硅励磁原理图TGBT元件功率部分原理，将原理的SCR换成整流二极管ZP元件，将整流后的电压通过转子回路串入IGBT元件。即实现功率部分的改变，IGBT元件可结合双极性晶体管的功率特性和场效应管受控特性实现输入转子电流的可调节。见图1励磁电源三相整流得到直流电压Ue，当IGBT导通时，Ue加到绕组LQ上，使LQ电流增加，当IGBT截止时，LQ反电势通过DX续流。如何实现IGBT的可控调节。根据IGBT器件结合双极性晶体管的功率特性和场效应管控制特性可知，在整流后的电压Ue加到转子两端时，有两个现象，IGBT导通，与IGBT截止，设导通时间为了Te，截止时间为Td，导通时Ue加到LQ上，截止时Ue为0，转子的电压，通过DX消能，电压降至0伏，形成励磁电压，波形如图3。图3励磁电压波形图3分析可知，励磁电压的Up=Ue×Te(Te Td)=Ue×DD=Te／(Te Td)D——占空比Ue——整流输出电压Up——电压平均值Te——导通时间Td——关断时间由此可见，改变了IGBT驱动方波的占控比，即可改变励磁线圈的两端电压，从而达到调节发电机励磁电流，实现发电机电压调节和无功输出。IGBT功率元件的占控比，由配置的驱动模块和方波发生器组合实现，如图4。A—方波发生器；B—光电耦合器；C—放大器；T1、T2—反偏钳位电路；e—IGBT元件。图4IGBT驱动原理图将发电机的电流量和电压量通过测量调差环节，输入的测量信号与给定量进行比较，通过比较差量输入到方波发生器，自动调节，图4原理，当A方波输入正向信号时，光藕B有输出放大器C有输出，T1导通，IGBT的栅极G正向偏置，则导通，当A方波为0时，B关断，C反向偏置，T1截止，T2导通，IGBT的G栅极反向偏置，IGBT可靠截止。四、综合功能比较采用IGBT功率系统，实现发电机励磁电流自动控制与可控硅励磁自动控制有其以下优点：1．由于只有一组驱动回路，设计简单，调节方便，有利自动化的实现，相对可控硅励磁6组驱动和三相交流同步回路故障率大大降低。2．IGBT的励磁控制简单，维护方便，控制的输入和输出只与占控比有关，即：UL=1．35Ue×D。3．IGBT励磁可大大地减少励磁变的容量，降低制造成本，即续流部分不通过励磁变、只在一只二极管上完成，故容量可减少30％。4．方便实现PC运用，可实现微机自动化。五、结论综上所述，IGBT励磁功能完备，制造维护简单，安全经济，对中小型水电站技术更新与改造，提高自动化水平具有现实的指导意义。