发电机组自动调压系统设计 第5页
在正常情况下，IGBT部分时间导通，若强励倍数为2，在额定励磁情况下，IGBT输出脉冲的占空比为0.5，这意味着在正常工作时，发电机励磁电路大部分从二极管中流过，而小部分时间通过励磁变压器及IGBT，由于励磁变压器的选取是考虑额定工况，所以，IGBT励磁系统同可控硅励磁系统相比较，励磁变压器的容量可以降低30%~ 40%。
(5)显著降低励磁回路的过电压水平。
在可控硅励磁中，由于可控硅的换相形成的尖峰过电压很高常可达到阳极电压的1.5倍以上，这种高频过电压经常造成与转子回路相连的设备如电源变压器、变送器LEM、监测表计等的绝缘击穿或烧毁，在由IGBT组成的励磁系统中，采取的是三相不可控整流桥，不存在换相形成的尖锋脉冲，过电压的情况大为降低，不会影响到励磁变压器副边的相关设备的绝缘安全[5]。
2.4调节器选用器件综述
2.4.1可编程序控制器的定义
调节器主要部分采用可编程序控制器 (PROGRAMMABLE CONTROLLER)，简称PLC。PLC是在传统的顺序控制器基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代常规继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强和编程简单等特点，可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体，它除了能完成逻辑控制、定时控制、计数控制和步进控制等功能以外，与本论文密切相关的是以下功能：
(1)对控制系统监控。PLC配置了较强的监控功能，它能记忆某些异常情况，当发生异常情况时终止运行。在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态，可以调整定时或计数等设定值，因而调试、使用和维护方便。
(2)A/D、D/A转换。PLC还具有“模数”转换(A/D)和“数模”转换(D/A)功能，能完成对模拟量的控制与调节。
(3)数据处理。PLC还具有数据处理能力与并行运算指令，能进行数据并行传送、比较、逻辑运算和BCD码的加减乘除等运算，还能进行字“与”、字“或”、字“异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作，并可对数据存储器进行间接寻址，与打印机相连可打印出程序、有关数据和梯形图。
(4)通讯与联网。有些PLC采用了通信技术，可以进行远程I/O控制，多台PLC之间可以进行同位连接，还可以与计算机进行上位连接，接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。由一台计算机或若干台PLC可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。
2.4.2可编程序控制器的应用
由于PLC具有上述功能特点，因此在工业控制方面目前已广泛应用于电力、冶金、化工、轻工、建筑、交通等领域。按照PLC的控制类型不同，PLC主要应用在以下几个方面。
(1)用于逻辑控制。逻辑控制是PLC最基本的应用，可取代传统继电器控制装置。
(2)用于闭环控制。PLC具有D/A转换、A/D转换、算术数运算及PID运算等功能，可以实现对模拟量的处理，可以实现闭环的位置控制、速度控制和过程控制。PLC励磁调节器就是利用了PLC的闭环控制功能而实现的。
(3)用于组成多级控制系统。近年来，随着自动化控制技术的发展，不但能实现生产过程（或局部过程）自动化，还可使生产过程长期在最佳状态下运行，这就需要把生产过程自动化和信息管理自动化结合起来。高功能的PLC具有较强的通讯联网功能，PLC之间、PLC与上位机之间可以通讯，从而形成多级控制系统，随着PLC性能的不断完善，功能的不断增强，PLC在工业控制各个领域的应用将会越来越广泛。
随着电力电子技术、计算机技术和现代控制理论快速发展，使微机励磁调节器的电路简单可靠，各种调节运行方式均可由软件来实现，因而调节器的调节、控制、保护、限制、显示、记录等方面的功能日趋完善。调节器由单变量向多变量发展，线性最优励磁控制向非线性最优励磁控制发展，适应现代电力系统发展[6]。
3 IGBT功率部分硬件设计
3.1功率单元主回路
3.1.1IGBT功率单元应用电路
原理图如图3.1所示：
图3.1 IGBT功率单元应用电路
A，B，C为励磁变压器TV2的副边三相电压，励磁变压器原边电压取自发电机机端电压（自并励系统），L1为发电机转子绕组，其电感量为L，Dl-D6构成三相不可控整流桥，向发电机转子绕组提供直流电压 。IGBT导通时，D7截止， 经L1、R和IGBT功率器件使L1中的电流增加。IGBT截止时，L1中产生反电动势，经过续流二极管D7导通给转子L1续流，这时转子绕组L1中的电流减少。
根据三相不可控整流桥将三相交流整流为直流电，其计算关系如下所示： （3.1）
设IGBT的工作周期为T，IGBT的导通时间为 ，导通时 加到转子L两端，IGBT截止时间为 ，截止时，转子电压等于续流二极管D7管压降，忽略其压降，则IGBT功率开关励磁工作原理波形如图3.2所示。
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