新型过压保护触发器在发动机励磁中的应用

高雄清，赵月起，胡海燕，罗云强

(武汉陆水科技开发有限公司，湖北武汉 430074)

1 技术方案及用途

目前同步发电机通常采用可控硅静止励磁，发电机运行时由于多种因素在转子绕组上可产生相当高的过电压，例如，三相可控硅整流桥的换相过程、发电机在短路情况下等等。若不采取适当的措施抑制这些过电压，那么极有可能击穿发电机励磁绕组或者击穿可控硅整流桥，从而造成发电机事故停机及大的经济损失。这时转子过电压保护就显得尤为重要。现在在中小型发电机可控硅静止励磁中多数采用可控硅元件作为励磁绕组及可控硅整流桥的过电压保护。见下图。

图中虚线框内电阻R1、R2元件组成分压回路，在R2上得到一预置的电压，当励磁绕组产生过电压时R2上的电压升高，此电压迅速升高击穿稳压管WY1后触发正向过电压KP使其导通，由灭磁电阻RM与正向过电压KP组成的回路将励磁绕组产生的过电压限制在安全范围内，从而保护了励磁绕组以及可控硅整流桥。反向过电压保护KP与正向过电压保护KP的电路原理相同。

由电阻、稳压管组成的保护可控硅触发回路虽然简单，但是存在以下缺点和问题:

1 调试困难

当需要在计算设定好的保护电压值触发保护可控硅动作时，R1、R2阻值的选配相当困难，通常需要更换多次R1、R2的阻值后才能达到要求。

2.2 发热严重

同步发电机正常工作时励磁绕组两端加有额定的励磁电压，由于R1、R2是通过灭磁电阻RM接在励磁绕组两端，RM阻值较小(零点几欧姆到几欧姆)，绝大多数电压在R1、R2上，此时R1、R2严重发热，降低了元件使用的可靠性。通常有十几瓦的功率在发电机运行时长期消耗，不利于节能。

图1

2.3 更换保护用可控硅时需要重新调试

由于可控硅元件触发导通的参数存在较大的分散性，每只可控硅触发电压、触发电流都不相同，在更换保护用可控硅后以前的动作值就有可能提前或滞后于原设定的动作电压，所以在更换保护用可控硅后必需要重新调试。在现场由于受到条件的限制，这个工作在现场完成就有较大的难度。给用户或我单位维修人员的工作造成较大困难。

2 改进后的过电压触发器

针对电阻分压式过电压触发器的缺点，我们在2013年3月提出改造方案，且进行了大量的试验工作，4月从设计电路到完成成品。目前已经采用新型的过电压触发器取代电阻分压式过电压触发器。原理见下图:

新型过电压触发器简述:

图2

2.1 主要元件构成

图中主要由瞬态电压抑制器TVS1～TVS8、电解电容 C2、C3、双向触发管 DB1、DB2、小功率可控硅T1、T2等构成正反向过电压触发回路。其中TVS1～TVS4、C2、DB1、T1等为正向过电压触发回路，TVS5～TVS8、C3、DB2、T2等为反向过电压触发回路。

2.2 工作原理

瞬态电压抑制器(TransientVoltageSuppressor)简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到大于标称值的反向瞬态电压时，它能以10－12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，利用这一特性采用一个或几个TVS管串联的方法即可得到所设定的过电压动作值。以正向过电压触发回路来说明，电路中TVS管两端电压超过标称值，两极间变为低阻抗后给电容C2充电(此过程相当短促)，当C2上电压超过双向触发管DB1(约30V)时双向触发管DB1向小功率可控硅T1控制极发出脉冲使得T1导通，C2上的电压通过T1给正向过电压保护可控硅的触发极一个较大电流电压的脉冲，进而使得正向过电压保护可控硅导通。这里小功率可控硅T1起到了把双向触发管DB1的小功率脉冲放大的作用。电阻R10～R13起均压作用，R2起限制充电电流作用，R15的设置是为防止TVS管漏电流给电容C2误充电。

3 新型过电压触发器特点

3.1 调试简单

新型过电压触发器动作值可以较精确设置，动作值主要由TVS管标称值决定，其标称值从6.8V到440V共分为88个档次可以选用，做到了设计动作电压值与实际动作电压值基本一致。调试简单，无须再反复更换元器件。

3.2 无发热现象

由于新型过电压触发器回路都是在过电压产生时瞬时动作，一旦过电压保护可控硅导通后由TVS管等元件构成的电路两端只有一点几伏的电压，电流基本为零。所以整个触发回路没有功率消耗。

3.3 现场更换保护用可控硅时无需重新调试

设备运行时若有元件损坏特别是保护用可控硅损坏更换后，无需重新调整元件参数，其动作值不受可控硅触发电压、触发电流等参数的影响，做到了和出厂时的一致。给用户和调试检修人员带来了极大的方便。