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摘要：早期生产的相复励和电抗分流发电机。励磁调节功能比较差，功率因数达不到滞后0.8的要求，使无功功率发得很少，有功功率发不足，电站的经济效益受到严重影响。为此，许多采用相复励或电抗分流的发电机励磁的电站，纷纷要求对励磁系统进行改造。针对上述存在的问题，我们采用更换晶闸管励磁装置代替原来的相复励或电抗分流励磁装置的方法加以改造，实践证明，效果明显，经济效益得到改善。
关键词：励磁装置、整流电路、晶闸管
中图分类号：TM312文献标识码： A 文章编号：
一、问题的提出
相复励和电抗分流发电机都是早期生产的发电机。这类发电机的励磁调节功能比较差，设备也笨重而复杂，附有电抗器、电容器、整流二极管、大功率变阻器等。由于多年应用，许多附属设备都已老化、生绣，电抗器的空气间隙也很难调节，变阻器也接触不良或损坏，因而故障很多，造成励磁電流调节困难，达不到额定励磁电流值，功率因数达不到滞后0.8的要求，有的甚至不能调节，使无功功率发得很少，有功功率发不足，电站的经济效益受到严重影响。
有的电站为了避免电力部门对少发无功的罚款，只得在升压变压器高压侧加装一组无功补偿电容器。这样一来，不但增加了投资和维护的工作量，还可能使原来已偏高的电网电压再次升高，从而威胁发电机的运行。有的电站采用数台排风扇对着发电机、电抗器吹风以降温，否则发电机将过热而无法运行。有的电站改用笨重的三相调压器手动调节励磁。但由于许多小电站，尤其是末端电站，线路长且导线较细，电网电压波动大而频繁，值班人员需频繁调节励磁，工作量很大，且效果不理想。
08年3月份，本公司接到英德红桥水电站一台型号为SF100-8/330电抗分流发电机组，额定电压为400V，励磁电压为83V，电流为43A，因转子发热而烧坏转子线圈，必须进行大修。平时励磁电流调节困难，达不到额定励磁电流值，功率因数达不到滞后0.8的要求，使无功功率发得很少，有功功率发不足，电站的经济效益受到严重影响。因此，应电站的要求，我们对原电抗分流励磁装置改造成晶闸管励磁装置的方案，解决了无功功率难调的问题。
二、改造的及理论途经依据
（一）改造的方法
首先把发电机上的电抗器、整流二极管、大功率变阻器等不用的电器拆除，重新放入励磁回路的两根线并引至新更换的自动励磁屏。新更换的自动励磁屏晶闸管励磁装置。经过调节器调节晶闸管输出电流加入励磁绕组，达到控制励磁电流的作用。
（二）电路的基本工作原理
发电机在水轮机的带动下，铁芯中留有有剩磁，使机端输出3~6V的残压。当按下起动按钮SB时，残压经5VD整流后加入转子线圈，然后定子建立电压。三相整流变压器与机端相连，三相半控桥式整流电源取自发电机机端三相整流变压器，改变三相移相触发电路的移相角，使半控晶闸管输出一直流电源供给转子。发电机正常运行时，调节自动放大电路的2RP使移相触发器得到不同的触发波形，去控制晶闸管输出电流的大小，便可改变供给发电机的励磁电流的大小，使无功功率可任意调节。整个控制是由调节器来完成的。调节器包括一次检测、调差、自动放大、电压调节和移相触发等单元。它的作用是根据机端电压的变化，自动调节晶闸管的导通角，从而自动调节励磁的大小。在发电机单机运行时，维持机端电压不变；在发电机并联运行时，能自动调节发电机输出的无功电流，并可改变调差量。
（三）励磁装置线路装置的组成
1．晶闸管三相半控桥式整流电路
2．三相整流变压器
3．励磁调节器（由检测放大、移相触发及调差等电路组成）
4．操作控制
三、电路的设计
（一）主电路设计
主电路采用三相半控桥式整流电路。接于发电机端的三相整流变压器的次级电压加于由二极管1VD～3VD和晶闸管IV～3V等组成的三相半控桥式整流电路上。每相晶闸管分别由各自的移相触发导通，这3个触发器产生的脉冲在时间上依次相隔120°电角度。晶闸管导通角的大小，决定整定输出电压平均值的大小。在三相可控整流电路中，控制角a起点规定为各相的自然换向点，三相电压波形交点的1、3、5处。当a=0°时，A、B、C三相触发脉冲各在所对应的自然换向点1、3、5处时时刻发出, 例如在t0时刻A相1V的控制极加触发脉冲，使1V导通与2VD形成通路，经60°电压交点2后C相电位低于B相电位，所以3V导通，3VD则由于承受反向电压而关断，3VD换流至3V输出电压按eac变化， 再经60°在电压交点3时刻，B相2V的控制极出现触发脉冲ug2使2V导通 ， 此时eb>ea,1V因承受反向电压被迫关闭，即1V导通了120°换流给2V，输出电压按ebc变化，以后在电压交点4、5、6点处换流，重复上述的过程。
上面的 讨论是假定负载为纯电阻的情况，因此，当a大60时，输出电压波形出现了上连续，即当晶闸管由于正向电压为零而自然关断时，导通电流也就为零。但当负载为电感性且电感量很大以及供电电压降为零时，输出电流的瞬时值不为零，因电感的反电动势L方向，力图阻止电流减小，若电减产生的电动势足够大时，就由刻感应电动势经二极管和当时导通的晶闸管释放电感的磁能，导致刻晶闸管不能关断。t4～t5时段内，1V经负载和3VD导通，在t5点1V应关断，但由于反电势足够大，经3VD、1V导通释放磁能，1V不能关断，直到下一个晶闸管触发导通为止，这种现象称为失控。这时，得不到原有的输出电压波形，使整流输出电压值降低。
为了防止失控现象的发生，在电感性负载两端并接一反向续流二极管4VD，在晶闸管电压过零关断时，电感两端的反电动势经续流二极管形成电流回路，由于续流二极管两端电压甚低，接近于零，从而保证晶闸管能可靠关断，显然续流二极管应选择正向压降小的，以确保晶闸管的可靠关断。
并接于组件阳—阴极的阻容组件1R～6R、1C～6C，以及并接于直流侧的RL，
形成组件的过压保护；快熔1FU～6FU形成组件的过流保护。
1、励磁装置晶闸管元器件选择
1）、晶闸管的基本参数
晶闸管又称可控硅，发电机励磁装置中所使用的是单向晶闸管。
2）、选择励磁装置中晶闸管的参数
晶闸管的参数很多，选择发电机励磁装置中的晶闸管时主要考虑以下参数：
(1)、额定电流（通态平均电流）It。额定电流It应考虑发电机
强励，通常取桥臂平均电流的3~5倍。小水电站多数处于偏僻的山区，离大城市较远，交通不便，一旦晶闸管损坏，购买及更换都会造成电站很多的经济损失，因此选择晶闸管的额定电流和额定电压时都要有足够的余裕。
对于三相半控桥式晶闸管励磁，根据作者的经验，可参照表3选取。
表3三相半控桥式晶闸管额定电流的选择
(2)额定电压（断态不重复峰值电压）UDSM。额定电压应考虑电压裕度、过电压冲击系数和电源电压升高系数，通常取3~4倍桥臂反向工作电压的最大瞬时值。由于发电机励磁绕组的额定电压一般都不超过100V（通常为十几伏），考虑雷击、操作过电压及非同期并网操作过电压等可能因素，而晶闸管的耐压性能极差，因此晶闸管的额定电压应选取1000V及以上。
2．励磁装置中整流二极管的选择
整流二极管（即硅二极管）的参数有额定电流（额定正向整流电流）IF、额定电压（反向工作峰值电压）URM、正向压降UF、正向不重复浪涌峰值电流IFSM、反向电流IR和工作频率f。选择励磁装置中的整流二极管时主要考虑前3项参数。整流二极管额定电流和额定电压的选择与晶闸管额定电流和额定电压的选择相同。
3.晶闸管换相过电压保护阻容元件的选择
为了抑制晶闸管励磁装置换相过电压，以保护晶闸管及整流二极管，需要在元件阳—阴极之间并联阻容保护电路.
硅及晶闸管换相阻容保护元件的参数可参照表4选择。电容C可选用CJ41
型或CBB型；电阻R在小功率时可选用金属膜电阻，大功率时可选用绕线式电阻。
表4硅及晶闸管换相阻容保护元件的参数选择
4.励磁装置中的快速熔断器的选择。
励磁装置中的快速熔断器时用来保护晶闸管及硅整流元件的。当回路出现过电流时，快速熔断器能及时熔断，从而保护整流元件。
⑴快速熔断器的额定电压为：
Uer≥UG
式中：Uer—快速熔断器的额定电压（V）；
UG—励磁变压器二次电压，或二次线电压（V）。由于UG都不高，因此快速熔断器的额定电压取500V。
⑵快速熔断器的额定电流。
通常，快速熔断器的额定电流的选择与晶闸管的导通角及励磁电流有关。由于小水电站励磁装置的晶闸管和硅二极管整流元件的额定电流留有足够的余裕，所以选择快速熔断器时不必十分严格。虽然单相半控桥式励磁装置晶闸管的导通角不足90°，而三相半控桥式励磁装置晶闸管的导通角仅为30°~40°，但强励时两种励磁装置晶闸管的导通角均达160°~170°。所以，快速熔断器的额定电流应根据强励时流过晶闸管的电流来选择。款苏熔断器的额定电流时按有效值规定的，而整流元件的额定电流是按平均值规定的，因此快速熔断器与整流元件串联是，熔体的额定电流应按整流元件额定电流的1.57倍来选取，即Ier=1.57IT(或1.57IF)。
由于用于励磁装置中的晶闸管和硅二极管的余裕足够大，所以快速熔断器的熔体可按以下公式选取：
Ier =1.57IT(或1.57IF)
式中: Ier—快速熔断器熔体的额定电流（A）；
IT—晶闸管额定通态平均电流（A）；
IF—硅二极管额定正向整流电路（A）。
5．励磁变压器的选择
1）励磁变压器的作用。
励磁变压器有两个主要作用:对提高励磁调节器抗“浪俑”电压（包括雷击、操作过电压等）和抗“电流上升率（di/dt）”的能力十分重要。通过改变励磁变压器副边的电压来匹配发电机的励磁电压值。
励磁变压器的设计。
设计励磁变压器除缺点结果形式外，主要是缺点器铜梁和耳朵电压。励磁变压器的容量和二次电压与发电机的励磁电流、励磁电压、强励倍数、晶闸管导通角及励磁装置采用单相或三相晶闸管控制有关，计算起来十分复杂。根据作者的经验和所设计的产品在电站长期使用的情况。低压三相励磁变压器。当励磁装置采用三相半控桥式整流，强励倍数为1.6时，有：
S=2.1UleIle×10－3
U2=1.5 Ule
励磁变压器采用Y,d11联结方式。低压励磁变压器采用干式自冷；一次线圈在外层，二次线圈在内层；二次线圈层间及一、二次线圈之间有风道；一次导线按2A/m㎡选，二次导线按1.4A/m㎡选。一、二次导线均采用 B级绝缘导线。对于单相励磁变压器，采用“□”型铁芯，线圈安置在两边柱上。不可采用“山”型铁芯，将线圈安置在中心铁芯柱上，否则会大大影响变压器散热，增加损耗，缩短寿命。
（二）移相触发电路的设计（部分简化）。
三相移相触发器的电路相同。同步电压由同步变压器2T输出，当同步电压为负半波时，电容1C3被充电，同时控制信号UK对1C2充电，三极管1VT1截止，小晶闸管1V1关闭。当同步电压正半波到来时，1C2被反充电。反充电压极性与负半波时1C2上充好的电压极相反，经过某一时间，1C2上充好的电压改变级性，1VT1导通，小晶闸管1V1导通，IC3所充电压向脉冲变压器1TM的绕组放电，输出脉冲信号，触发相应的晶闸管。可见，这“某一时间”的长短决定于UK的大小，UK越大，需要的时间越长。也就是说，UK增大，脉冲后移；UK减小，脉冲前移。另外，调节1RP1，也可改变导通角的大小，据此可调整三相脉冲的对称度。（3）门极触发电压UGT。晶闸管的门极触发电压越大越难触发开，门极触发电压越小越容易触发开，但UGT值太小，又容易误触发。
1、晶闸管的门极触发电压
对于采用单结晶体管并经放大的触发电路，由于触发功率较大，可触发500A及以下的晶闸管，要求晶闸管的门极触发电压在2V以下。
2、门极触发电流IGT。
晶闸管的门极触发电流越大越难触发开，门极触发电流越小越容易触发开，但IGT值太小，又容易误触发。对于单体晶体管经放大的触发电路，要求晶闸管的门极触发电流为100~200A。
3、维持电流IH。晶闸管的维持电流越大，越不容易触发导通，但维持电流太小，又容易造成失控，一般维持电流以25~60mA为宜。触发功率小的电路宜取小值，触发功率大的触发电路可取大些无妨。
（三）自动放大器的设计
三相输入电压经整流桥VD1～VD6整流和R1、C1滤波，得到与机端电压成正比变化的直流电压。该电压扣除稳定不变的VS1～VS3电压后加于电阻R5上，因此R5上的电压（也即R6上的分压）就直接反映了发电机电压的变化。输入运算放大器A的2脚的电压（由电位器1RP和R5上的电压决定）变化，将使其输出电压发生产化。调节电位器1RP，即可改变输出电压UK，从而确定了触发电路的控制电压，即确定了晶闸管的导通角，也确定了励磁电流的大小。
当1RP调至与发电机端电压400V对应位置时，若机端电压升高（或降低），电阻R6上的电压将增大（或减小），从而使运算放大器A的输出电压UK增大（或减小），使晶闸管的导通角减小（或增大），励磁电流减小（或增大），使发电机端电压降低（或增大），恢复到原先的整定值400V。
（四）调差电路设计
调差电路由W相电流互感器1TA及中间电流互感器2TA、变压器2T的副绕组以及接于V相的检测端的调差电位器RP（包括电阻RH）组成。调节电位器RP，可调整无功调差电流信号的强弱，在一定范围内改变发电机无功负载的大小。单机运行时，需将开关IS闭合。否则，电压将随着无功电流增大而降低。
（五）起励电路的设计
采用机端残压起励，即由剩磁引起的机端电压（正常时为3～6V）经二极管5VD和电阻7R起励。当起励电压达到某一值时，接触器1KV吸合，切断起励回路，励磁调节器自动投入工作。当残压没有或很小时，可用4节干电池进行冲磁。
（六）整机接线的设计
首先拆除发电机所附有的电抗器、整流二极管、大功率变阻器等，然后拆下发电机接线端子上除三相定子三根出线外的所有接线，然后用铜母排将三相定子绕组末端短接，并引出中性線N至发电机控制柜接地母排上。另外，重新放入励磁回路的两根线并引至新更换的自动励磁屏，线径根据额定励磁电流选择50mm2铜芯电缆线。接入新的晶闸管励磁装置。
四、运行效果与经济效益：
1、经改造的发电机运行十分理想，功率因数可以任意调节，有功功率和无功功率都能发足，电站不会再因无功不足而被罚款。发电机未改造前，当励磁电流达80%额定值以上，就发生振荡，无法调高励磁电流。改造后，这种现象没有了（可通过调节自动励磁装置的消振组件消除振荡），发电机能满载运行。
2、发电机过热现象消除了，大大改善了发电机的运行条件，大大减轻了线圈老化几率，延长了设备使用寿命，同时减轻了值班人员的劳动强度。
3、励磁装置经改造后，确保设备运行的安全性，大大的改善了操作的灵活性。发电量原来有功功率只发90KW无功功率只有0.95%，而现在有功功率能发到105KW，无功功率在0.5%~1%任意调节，晶闸管励磁装置在1万元成本，改造后每年可多发电2万度电，明显提高了经济效益，投入运行后，一年后则可收回投资成本。
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〔9〕刘云。中小型水轮发电机的安装与维修。北京：机械工业出版社，1993。294-300
关键词：励磁装置、整流电路、晶闸管
中图分类号：TM312文献标识码： A 文章编号：
一、问题的提出
相复励和电抗分流发电机都是早期生产的发电机。这类发电机的励磁调节功能比较差，设备也笨重而复杂，附有电抗器、电容器、整流二极管、大功率变阻器等。由于多年应用，许多附属设备都已老化、生绣，电抗器的空气间隙也很难调节，变阻器也接触不良或损坏，因而故障很多，造成励磁電流调节困难，达不到额定励磁电流值，功率因数达不到滞后0.8的要求，有的甚至不能调节，使无功功率发得很少，有功功率发不足，电站的经济效益受到严重影响。
有的电站为了避免电力部门对少发无功的罚款，只得在升压变压器高压侧加装一组无功补偿电容器。这样一来，不但增加了投资和维护的工作量，还可能使原来已偏高的电网电压再次升高，从而威胁发电机的运行。有的电站采用数台排风扇对着发电机、电抗器吹风以降温，否则发电机将过热而无法运行。有的电站改用笨重的三相调压器手动调节励磁。但由于许多小电站，尤其是末端电站，线路长且导线较细，电网电压波动大而频繁，值班人员需频繁调节励磁，工作量很大，且效果不理想。
08年3月份，本公司接到英德红桥水电站一台型号为SF100-8/330电抗分流发电机组，额定电压为400V，励磁电压为83V，电流为43A，因转子发热而烧坏转子线圈，必须进行大修。平时励磁电流调节困难，达不到额定励磁电流值，功率因数达不到滞后0.8的要求，使无功功率发得很少，有功功率发不足，电站的经济效益受到严重影响。因此，应电站的要求，我们对原电抗分流励磁装置改造成晶闸管励磁装置的方案，解决了无功功率难调的问题。
二、改造的及理论途经依据
（一）改造的方法
首先把发电机上的电抗器、整流二极管、大功率变阻器等不用的电器拆除，重新放入励磁回路的两根线并引至新更换的自动励磁屏。新更换的自动励磁屏晶闸管励磁装置。经过调节器调节晶闸管输出电流加入励磁绕组，达到控制励磁电流的作用。
（二）电路的基本工作原理
发电机在水轮机的带动下，铁芯中留有有剩磁，使机端输出3~6V的残压。当按下起动按钮SB时，残压经5VD整流后加入转子线圈，然后定子建立电压。三相整流变压器与机端相连，三相半控桥式整流电源取自发电机机端三相整流变压器，改变三相移相触发电路的移相角，使半控晶闸管输出一直流电源供给转子。发电机正常运行时，调节自动放大电路的2RP使移相触发器得到不同的触发波形，去控制晶闸管输出电流的大小，便可改变供给发电机的励磁电流的大小，使无功功率可任意调节。整个控制是由调节器来完成的。调节器包括一次检测、调差、自动放大、电压调节和移相触发等单元。它的作用是根据机端电压的变化，自动调节晶闸管的导通角，从而自动调节励磁的大小。在发电机单机运行时，维持机端电压不变；在发电机并联运行时，能自动调节发电机输出的无功电流，并可改变调差量。
（三）励磁装置线路装置的组成
1．晶闸管三相半控桥式整流电路
2．三相整流变压器
3．励磁调节器（由检测放大、移相触发及调差等电路组成）
4．操作控制
三、电路的设计
（一）主电路设计
主电路采用三相半控桥式整流电路。接于发电机端的三相整流变压器的次级电压加于由二极管1VD～3VD和晶闸管IV～3V等组成的三相半控桥式整流电路上。每相晶闸管分别由各自的移相触发导通，这3个触发器产生的脉冲在时间上依次相隔120°电角度。晶闸管导通角的大小，决定整定输出电压平均值的大小。在三相可控整流电路中，控制角a起点规定为各相的自然换向点，三相电压波形交点的1、3、5处。当a=0°时，A、B、C三相触发脉冲各在所对应的自然换向点1、3、5处时时刻发出, 例如在t0时刻A相1V的控制极加触发脉冲，使1V导通与2VD形成通路，经60°电压交点2后C相电位低于B相电位，所以3V导通，3VD则由于承受反向电压而关断，3VD换流至3V输出电压按eac变化， 再经60°在电压交点3时刻，B相2V的控制极出现触发脉冲ug2使2V导通 ， 此时eb>ea,1V因承受反向电压被迫关闭，即1V导通了120°换流给2V，输出电压按ebc变化，以后在电压交点4、5、6点处换流，重复上述的过程。
上面的 讨论是假定负载为纯电阻的情况，因此，当a大60时，输出电压波形出现了上连续，即当晶闸管由于正向电压为零而自然关断时，导通电流也就为零。但当负载为电感性且电感量很大以及供电电压降为零时，输出电流的瞬时值不为零，因电感的反电动势L方向，力图阻止电流减小，若电减产生的电动势足够大时，就由刻感应电动势经二极管和当时导通的晶闸管释放电感的磁能，导致刻晶闸管不能关断。t4～t5时段内，1V经负载和3VD导通，在t5点1V应关断，但由于反电势足够大，经3VD、1V导通释放磁能，1V不能关断，直到下一个晶闸管触发导通为止，这种现象称为失控。这时，得不到原有的输出电压波形，使整流输出电压值降低。
为了防止失控现象的发生，在电感性负载两端并接一反向续流二极管4VD，在晶闸管电压过零关断时，电感两端的反电动势经续流二极管形成电流回路，由于续流二极管两端电压甚低，接近于零，从而保证晶闸管能可靠关断，显然续流二极管应选择正向压降小的，以确保晶闸管的可靠关断。
并接于组件阳—阴极的阻容组件1R～6R、1C～6C，以及并接于直流侧的RL，
形成组件的过压保护；快熔1FU～6FU形成组件的过流保护。
1、励磁装置晶闸管元器件选择
1）、晶闸管的基本参数
晶闸管又称可控硅，发电机励磁装置中所使用的是单向晶闸管。
2）、选择励磁装置中晶闸管的参数
晶闸管的参数很多，选择发电机励磁装置中的晶闸管时主要考虑以下参数：
(1)、额定电流（通态平均电流）It。额定电流It应考虑发电机
强励，通常取桥臂平均电流的3~5倍。小水电站多数处于偏僻的山区，离大城市较远，交通不便，一旦晶闸管损坏，购买及更换都会造成电站很多的经济损失，因此选择晶闸管的额定电流和额定电压时都要有足够的余裕。
对于三相半控桥式晶闸管励磁，根据作者的经验，可参照表3选取。
表3三相半控桥式晶闸管额定电流的选择
(2)额定电压（断态不重复峰值电压）UDSM。额定电压应考虑电压裕度、过电压冲击系数和电源电压升高系数，通常取3~4倍桥臂反向工作电压的最大瞬时值。由于发电机励磁绕组的额定电压一般都不超过100V（通常为十几伏），考虑雷击、操作过电压及非同期并网操作过电压等可能因素，而晶闸管的耐压性能极差，因此晶闸管的额定电压应选取1000V及以上。
2．励磁装置中整流二极管的选择
整流二极管（即硅二极管）的参数有额定电流（额定正向整流电流）IF、额定电压（反向工作峰值电压）URM、正向压降UF、正向不重复浪涌峰值电流IFSM、反向电流IR和工作频率f。选择励磁装置中的整流二极管时主要考虑前3项参数。整流二极管额定电流和额定电压的选择与晶闸管额定电流和额定电压的选择相同。
3.晶闸管换相过电压保护阻容元件的选择
为了抑制晶闸管励磁装置换相过电压，以保护晶闸管及整流二极管，需要在元件阳—阴极之间并联阻容保护电路.
硅及晶闸管换相阻容保护元件的参数可参照表4选择。电容C可选用CJ41
型或CBB型；电阻R在小功率时可选用金属膜电阻，大功率时可选用绕线式电阻。
表4硅及晶闸管换相阻容保护元件的参数选择
4.励磁装置中的快速熔断器的选择。
励磁装置中的快速熔断器时用来保护晶闸管及硅整流元件的。当回路出现过电流时，快速熔断器能及时熔断，从而保护整流元件。
⑴快速熔断器的额定电压为：
Uer≥UG
式中：Uer—快速熔断器的额定电压（V）；
UG—励磁变压器二次电压，或二次线电压（V）。由于UG都不高，因此快速熔断器的额定电压取500V。
⑵快速熔断器的额定电流。
通常，快速熔断器的额定电流的选择与晶闸管的导通角及励磁电流有关。由于小水电站励磁装置的晶闸管和硅二极管整流元件的额定电流留有足够的余裕，所以选择快速熔断器时不必十分严格。虽然单相半控桥式励磁装置晶闸管的导通角不足90°，而三相半控桥式励磁装置晶闸管的导通角仅为30°~40°，但强励时两种励磁装置晶闸管的导通角均达160°~170°。所以，快速熔断器的额定电流应根据强励时流过晶闸管的电流来选择。款苏熔断器的额定电流时按有效值规定的，而整流元件的额定电流是按平均值规定的，因此快速熔断器与整流元件串联是，熔体的额定电流应按整流元件额定电流的1.57倍来选取，即Ier=1.57IT(或1.57IF)。
由于用于励磁装置中的晶闸管和硅二极管的余裕足够大，所以快速熔断器的熔体可按以下公式选取：
Ier =1.57IT(或1.57IF)
式中: Ier—快速熔断器熔体的额定电流（A）；
IT—晶闸管额定通态平均电流（A）；
IF—硅二极管额定正向整流电路（A）。
5．励磁变压器的选择
1）励磁变压器的作用。
励磁变压器有两个主要作用:对提高励磁调节器抗“浪俑”电压（包括雷击、操作过电压等）和抗“电流上升率（di/dt）”的能力十分重要。通过改变励磁变压器副边的电压来匹配发电机的励磁电压值。
励磁变压器的设计。
设计励磁变压器除缺点结果形式外，主要是缺点器铜梁和耳朵电压。励磁变压器的容量和二次电压与发电机的励磁电流、励磁电压、强励倍数、晶闸管导通角及励磁装置采用单相或三相晶闸管控制有关，计算起来十分复杂。根据作者的经验和所设计的产品在电站长期使用的情况。低压三相励磁变压器。当励磁装置采用三相半控桥式整流，强励倍数为1.6时，有：
S=2.1UleIle×10－3
U2=1.5 Ule
励磁变压器采用Y,d11联结方式。低压励磁变压器采用干式自冷；一次线圈在外层，二次线圈在内层；二次线圈层间及一、二次线圈之间有风道；一次导线按2A/m㎡选，二次导线按1.4A/m㎡选。一、二次导线均采用 B级绝缘导线。对于单相励磁变压器，采用“□”型铁芯，线圈安置在两边柱上。不可采用“山”型铁芯，将线圈安置在中心铁芯柱上，否则会大大影响变压器散热，增加损耗，缩短寿命。
（二）移相触发电路的设计（部分简化）。
三相移相触发器的电路相同。同步电压由同步变压器2T输出，当同步电压为负半波时，电容1C3被充电，同时控制信号UK对1C2充电，三极管1VT1截止，小晶闸管1V1关闭。当同步电压正半波到来时，1C2被反充电。反充电压极性与负半波时1C2上充好的电压极相反，经过某一时间，1C2上充好的电压改变级性，1VT1导通，小晶闸管1V1导通，IC3所充电压向脉冲变压器1TM的绕组放电，输出脉冲信号，触发相应的晶闸管。可见，这“某一时间”的长短决定于UK的大小，UK越大，需要的时间越长。也就是说，UK增大，脉冲后移；UK减小，脉冲前移。另外，调节1RP1，也可改变导通角的大小，据此可调整三相脉冲的对称度。（3）门极触发电压UGT。晶闸管的门极触发电压越大越难触发开，门极触发电压越小越容易触发开，但UGT值太小，又容易误触发。
1、晶闸管的门极触发电压
对于采用单结晶体管并经放大的触发电路，由于触发功率较大，可触发500A及以下的晶闸管，要求晶闸管的门极触发电压在2V以下。
2、门极触发电流IGT。
晶闸管的门极触发电流越大越难触发开，门极触发电流越小越容易触发开，但IGT值太小，又容易误触发。对于单体晶体管经放大的触发电路，要求晶闸管的门极触发电流为100~200A。
3、维持电流IH。晶闸管的维持电流越大，越不容易触发导通，但维持电流太小，又容易造成失控，一般维持电流以25~60mA为宜。触发功率小的电路宜取小值，触发功率大的触发电路可取大些无妨。
（三）自动放大器的设计
三相输入电压经整流桥VD1～VD6整流和R1、C1滤波，得到与机端电压成正比变化的直流电压。该电压扣除稳定不变的VS1～VS3电压后加于电阻R5上，因此R5上的电压（也即R6上的分压）就直接反映了发电机电压的变化。输入运算放大器A的2脚的电压（由电位器1RP和R5上的电压决定）变化，将使其输出电压发生产化。调节电位器1RP，即可改变输出电压UK，从而确定了触发电路的控制电压，即确定了晶闸管的导通角，也确定了励磁电流的大小。
当1RP调至与发电机端电压400V对应位置时，若机端电压升高（或降低），电阻R6上的电压将增大（或减小），从而使运算放大器A的输出电压UK增大（或减小），使晶闸管的导通角减小（或增大），励磁电流减小（或增大），使发电机端电压降低（或增大），恢复到原先的整定值400V。
（四）调差电路设计
调差电路由W相电流互感器1TA及中间电流互感器2TA、变压器2T的副绕组以及接于V相的检测端的调差电位器RP（包括电阻RH）组成。调节电位器RP，可调整无功调差电流信号的强弱，在一定范围内改变发电机无功负载的大小。单机运行时，需将开关IS闭合。否则，电压将随着无功电流增大而降低。
（五）起励电路的设计
采用机端残压起励，即由剩磁引起的机端电压（正常时为3～6V）经二极管5VD和电阻7R起励。当起励电压达到某一值时，接触器1KV吸合，切断起励回路，励磁调节器自动投入工作。当残压没有或很小时，可用4节干电池进行冲磁。
（六）整机接线的设计
首先拆除发电机所附有的电抗器、整流二极管、大功率变阻器等，然后拆下发电机接线端子上除三相定子三根出线外的所有接线，然后用铜母排将三相定子绕组末端短接，并引出中性線N至发电机控制柜接地母排上。另外，重新放入励磁回路的两根线并引至新更换的自动励磁屏，线径根据额定励磁电流选择50mm2铜芯电缆线。接入新的晶闸管励磁装置。
四、运行效果与经济效益：
1、经改造的发电机运行十分理想，功率因数可以任意调节，有功功率和无功功率都能发足，电站不会再因无功不足而被罚款。发电机未改造前，当励磁电流达80%额定值以上，就发生振荡，无法调高励磁电流。改造后，这种现象没有了（可通过调节自动励磁装置的消振组件消除振荡），发电机能满载运行。
2、发电机过热现象消除了，大大改善了发电机的运行条件，大大减轻了线圈老化几率，延长了设备使用寿命，同时减轻了值班人员的劳动强度。
3、励磁装置经改造后，确保设备运行的安全性，大大的改善了操作的灵活性。发电量原来有功功率只发90KW无功功率只有0.95%，而现在有功功率能发到105KW，无功功率在0.5%~1%任意调节，晶闸管励磁装置在1万元成本，改造后每年可多发电2万度电，明显提高了经济效益，投入运行后，一年后则可收回投资成本。
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