同步发电机励磁系统培训教材 南京南瑞电气控制公司
在逆变时若交流电源的电压消失，则转子励磁绕组能量不能反馈到交流电网去，可控硅元件之间无交流电压的作用而不能实现换流，最后已导通的一组可控硅元件在励磁绕组感应电势eL的作用下持续导通，处于续流状态，直到电感中能量放完。如果所选元件不能承受这种工作状态下的电流容量，则可能损坏可控硅元件或烧断快熔断器。
如果逆变角β过小，或者逆变过程中三相全控桥的触发脉冲因故突然消失，则最后导通的一组可控硅元件，将工作在励磁绕组电感“放电——激磁——放电”的交替过程中。例如最后导通的元件是a相的SCR1与b相的SCR6，如图2-32。当b相电位高，a相电位低时，在电感电势eL的作用下电感L向交流侧放电；而当a相电位高，b相电位低时，交流电源又向电感L充电。这种“一放一充”的过程也是所谓逆变颠复，直到电流衰减到元件的维持电流以下，可控硅才能关断，结束这种异常的运行状态。
在设计和调试三相全控桥时，应考虑到上述这些问题。
§2-5 灭磁及过压原理
2.5.1、灭磁
灭磁系统的任务是以尽快的速度消灭磁场能量，使得发电机电压消失，使得事故降低到最小。灭磁用电阻可以是线性电阻，可以是非线性氧化锌灭磁电阻，也可以是非线性碳化硅电阻。在汽轮发电机的灭磁中由于发电机转子为实心转子具有较强的阻尼作用，即使发电机励磁绕组中的电流迅速衰减到零，但由于阻尼绕组中的电流不能迅速衰减，发电机的机端电压并不能达到迅速衰减的目的，而且阻尼绕组中的电流是不可控的，所以在具有较强阻尼作用的发电机机组中多采用线性电阻灭磁。而对于阻尼作用较弱的发电机机组则多采用非线性电阻灭磁。
灭磁系统的一般要求：
（1）在发电机内部发生短路时，灭磁时间应尽可能短；
（2）在灭磁过程中，转子绕组两端产生的过电压应在绕组绝缘允许的范围内，即滑环间容许的过电压值。
灭磁方式主要分为以下几种： 1）串联耗能灭磁
灭磁最初就是直接利用耗能开关吸收发电机转子的能量。比如利用弧间隔燃烧来耗能，
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比如俄罗斯的耗能开关。但是这中方式因为存在如下缺点： （1）体积大 （2）不易维护
（3）灭磁成功与否取决弧的形成 （4）容易引起事故
（5）产品随发电机机组容量需要特殊的订制，不易产品规模化，系列化 所以逐渐被并联移能方式的灭磁代替了。 2）机械开关并联移能灭磁
机械开关串联于励磁主回路，灭磁耗能电阻并联与转子两端，这是这类灭磁方式的接线方式。如图：
图2-33机械开关并联灭磁
根据ANSI/IEEEC37.18-1979标准规定，一般机械开关需要有至少一对主触头（MK1）、一对灭磁常闭触头（MK2）。随着国内20年来采用ZNO电阻耗能在灭磁系统中的应用，灭磁触头也不一定必要了。但是值得注意的是，在不采用灭磁触头的灭磁系统里，需要认真核算ZNO的灭磁残压与ZNO的荷电率。
这类灭磁方式在国内是主要的灭磁方式。主回路有明显的开断触头，在励磁系统内部故障的时候，可以开断励磁主回路，切断故障源，快速的消灭发电机主磁场，将发电机保护在最小事故内。目前使用的机械开关主要有DM2、DM4、DMX、E3H、E4H、UR、PHB、MM74、CEX等。
这类灭磁方式的主要问题是灭磁开关选择比较困难，小机组选大的开关，成本比较高；选小开关满足不了工矿要求；大机组（尤其是超大机组）水电选开关就非常困难。 3）电子开关并联移能灭磁
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在前些年，国内一些厂家将灭磁开关建压任务，转移到了电力电子器件上来。主要是利用电容的放电过程，使可控硅的电流到零，并形成反压使之关断。具体回路如下：
电力电子器件组件控制回路换流回路 图2-34电子开关并联灭磁
这类方式开关动作时间快，因此开关在关断过程中所需要的遮断能容就小。并且电压的建立速度快，利于快速灭磁；但是开关动作的可靠性取决于电子回路工作的可靠性。
与机械开关比较它没有触头磨损，易于维护，成本也低。但目前在大电流系统中不宜采用。它存在两个问题：发热问题及器件选型问题。然而值得注意的是，随着电力电子器件的快速发展，高电压大电流的全控器件也会在不久投入商业运行。电力电子器件将在灭磁中发挥更大的作用。但是长期通流带来的发热仍是采用这种方法需解决的首要问题。
为克服上述两种灭磁方式的缺点，人们开始在材料科学领域探索，寻找一种既不发热，又可以建压的材料。将PTC电阻或钼棒与开关并联，利用材料在温度升高时电阻急剧增加的特点，建立比较高的电压，打通灭磁电阻回路，实现灭磁。也可以采用超导材料串入回路，在需要灭磁时使超导材料失超。但是若要建立比较高的电压，超导体的长度相应比较长，体积比较大。
由于以上灭磁方式的缺陷，业内人士希望能够将可控硅整流桥直接关断，将机械开关移至励磁变低压侧。这样解决了励磁系统具有明显开路点的问题、又解决了机械并联灭磁方式开关难选择的问题。 4)交流灭磁
灭磁对于汽轮发电机来讲，要相对容易一些。主要是因为转子的电感的值比较小，阻尼绕组作用比较明显。因此，交流灭磁在汽轮发电机励磁系统应用比较多。交流灭磁是将直流开关难开断、难建压的问题，转移到励磁源的交流侧。如下图：
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图2-35 交流灭磁接线图
图2-36 交流灭磁时，励磁电压录波图
交流灭磁是利用可控硅阳极电源负半周辅助实现的一种灭磁方式，交流灭磁励磁电压波形如图2-36所示。灭磁开关既可以安装在交流侧也可以安装在直流侧，但都必须配合封脉冲的措施(由于交流灭磁开关跳开过程中同步电源缺相而导致的自动封锁脉冲等效于封脉冲)，否则都不能实现交流灭磁。
当灭磁开关装在交流侧时，可以利用在灭磁开关打开的过程中一相无电流而自动分断的特点，并借助可控硅的自然续流将可控硅阳极的交流电压引入到灭磁过程中去。即使在发电机转子电流换流到灭磁电阻支路前，有可控硅的触发脉冲使得某个桥臂的两个可控硅直通，形成转子回路短接灭磁，仍然可以保证交流侧灭磁开关的分断而实现自然续流灭磁。当然这样灭磁时间会比较长，按转子时间常数Td0进行衰减，而且灭磁过程中最多只能利用灭磁开关两个断口的弧压。
当灭磁开关安装在直流侧时，必须配合封脉冲措施，否则不能实现交流灭磁。灭磁开关
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安装在直流侧的好处是灭磁过程中可以充分利用灭磁开关串联断口的弧压。事实上，封脉冲是一种简便易行的方法，而其作用非常显著，因此在采用交流灭磁的场合，封脉冲措施是必须的。
值得注意的是，交流灭磁需要考虑以下两种情况：
第一，需要考虑机端三相短路。当发电机机端三相短路时，只能够靠灭磁开关的断口弧压灭磁，如果灭磁电阻换流需要的电压大于交流灭磁开关的断口电压，则不能成功灭磁，就会损坏交流开关。考虑到这种情况，一般在转子两端设置电子跨接器或机械跨接器，甚至两者都设置。
第二，需要考虑到可控硅整流桥臂是否存在可控硅损坏，是否有桥臂短路的情况，以及在交流侧短路的异常情况下可否可靠灭磁。
当然，采用封闭母线的发电机组发电机机端短路可以认为基本不存在，一般励磁变到整流桥之间短路几率也比较小。若整流装置交流侧故障，只要整流桥臂熔断器选择合理，是能够降低此类故障几率的，所以这些异常工况也不必考虑。即使机端短路也能够利用短路点比较低的电压进行电流转移，实现灭磁。
由于汽轮发电机转子储能比较小，电感比较小，加之阻尼比较大，参与灭磁过程作用比较大，采用短接转子灭磁，也是能够接受的。所以在配备了跨接器的情况下，可以单独采用交流灭磁。然而通常建议在水轮发电机灭磁中不选择单独的交流灭磁。而是选择机械开关并联移能灭磁或下面介绍的冗余灭磁方案。 5)冗余灭磁
所谓冗余灭磁，是同时采用两种及两种以上的方法灭磁，如在交流、直流侧分别设置开关，在灭磁过程中同时分断，共同建压，在跳灭磁开关的同时封锁脉冲，利用封脉冲后可控硅续流形成的交流电压辅助灭磁等等，这类灭磁方式的好处是，当一种灭磁不能正常工作时，另外的灭磁方式仍然能够可靠地实现灭磁，当多种灭磁都正常时，可以大大降低对开关的要求。如三峡灭磁设计甚至可以在两重以上故障情况下可靠灭磁。
实现交直流冗余灭磁可以采用多种方法，不同的方法结果可能相差很大，或者需要高性能的交/直流灭磁开关作为必要的保障。
采用以下的灭磁时序可以最大限度地降低对交/直流灭磁开关的要求，实现多种工况下的可靠灭磁，即：正常情况下采用逆变灭磁；故障时首先采用约1-2个调节器控制周期的逆变灭磁，然后采用硬件封脉冲手段闭锁调节器输出脉冲，如果有交流灭磁开关可以同时跳交流灭磁开关（一般情况交流灭磁并非必须设置交流灭磁开关，但对于大型发电机配备交流灭
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