新型過壓保護觸發器在發動機勵磁中的應用

高雄清，趙月起，胡海燕，羅云強

(武漢陸水科技開發有限公司，湖北武漢 430074)

1 技術方案及用途

目前同步發電機通常采用可控硅靜止勵磁，發電機運行時由于多種因素在轉子繞組上可產生相當高的過電壓，例如，三相可控硅整流橋的換相過程、發電機在短路情況下等等。若不采取適當的措施抑制這些過電壓，那么極有可能擊穿發電機勵磁繞組或者擊穿可控硅整流橋，從而造成發電機事故停機及大的經濟損失。這時轉子過電壓保護就顯得尤為重要。現在在中小型發電機可控硅靜止勵磁中多數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，當勵磁繞組產生過電壓時R2上的電壓升高，此電壓迅速升高擊穿穩壓管WY1后觸發正向過電壓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生的過電壓限制在安全范圍內，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、穩壓管組成的保護可控硅觸發回路雖然簡單，但是存在以下缺點和問題:

1 調試困難

當需要在計算設定好的保護電壓值觸發保護可控硅動作時，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 發熱嚴重

同步發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)，絕大多數電壓在R1、R2上，此時R1、R2嚴重發熱，降低了元件使用的可靠性。通常有十幾瓦的功率在發電機運行時長期消耗，不利于節能。

圖1

2.3 更換保護用可控硅時需要重新調試

由于可控硅元件觸發導通的參數存在較大的分散性，每只可控硅觸發電壓、觸發電流都不相同，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定的動作電壓，所以在更換保護用可控硅后必需要重新調試。在現場由于受到條件的限制，這個工作在現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器

針對電阻分壓式過電壓觸發器的缺點，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月從設計電路到完成成品。目前已經采用新型的過電壓觸發器取代電阻分壓式過電壓觸發器。原理見下圖:

新型過電壓觸發器簡述:

圖2

2.1 主要元件構成

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

2.2 工作原理

瞬態電壓抑制器(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電壓時，它能以10－12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，利用這一特性采用一個或幾個TVS管串聯的方法即可得到所設定的過電壓動作值。以正向過電壓觸發回路來說明，電路中TVS管兩端電壓超過標稱值，兩極間變為低阻抗后給電容C2充電(此過程相當短促)，當C2上電壓超過雙向觸發管DB1(約30V)時雙向觸發管DB1向小功率可控硅T1控制極發出脈沖使得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 新型過電壓觸發器特點

3.1 調試簡單

新型過電壓觸發器動作值可以較精確設置，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，做到了設計動作電壓值與實際動作電壓值基本一致。調試簡單，無須再反復更換元器件。

3.2 無發熱現象

由于新型過電壓觸發器回路都是在過電壓產生時瞬時動作，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。所以整個觸發回路沒有功率消耗。

3.3 現場更換保護用可控硅時無需重新調試

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