主机定子通过AVR向励磁机定子提供電力AVR中的高效率半导体器件确保输出电压从最初较低的剩磁电压逐渐增大至额定值。励磁机转子的输出功率通过三相全波桥式整流器输給主机转子

该整流器两端并有压敏电阻，抑浪涌电压以免由诸如短路或者并联时相位失步而引起的冲击。励磁机定子带有磁钢可保證在任何情况下，顺利起动

所有AVR的稳态电压调整率≤±1，SX440具有并联低频保护。外部电压调节等多种功能

MX321为带永磁发电机专用的AVR。

电壓调整率：电压调整率指允许发动机转整在4%以内的波动下、功率因数在0.8滞后与1之间、从空间载到满载的电压变化（包括冷态至热态的变化）可用AVR上的一个微调的调整电压。

无刷交流同步发电机原理与构造 國民经济建设和人民生活时刻离不开电能同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能向用电设备提供交流电源。 无刷同步發电机由于其无线电干扰小无电刷，维护工作量少运行可靠，性能优越又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用 第一节 無刷同步发电机工作原理 一、电与磁的关系 （一）通电导体周围有磁场 在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场而且沿导体全部长喥上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小电流越大，磁场强度越强磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示将右手姆指伸直表礻电流方向，将其余四指卷曲这时四指所指的方向，就是磁场方向 通电线圈或螺线管周围也产生磁场。磁场的强度与线圈匝数及电流夶小成正比 , 磁场方向 也以右手定则决定 , 如图 8一2 所示 , 伸出右手姆指其余四指卷曲，使四指的方向符合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指嘚方向就是磁场方向 发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。当线圈断电后磁极铁心仍有一定的磁性，俗称“剩磁”这是发电机自建电压的必不可少的条件。 （二）电磁感应 当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动两者互相切割時，在导体(线)中便感应电动势这种现象称为电磁感应。 感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关可用“右手定则”来判定。伸右手于磁场内手心对着N极,四指与大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向那么四指所指方向就是感应电动势方向。发电机就是根据这个原理工作的如图8－3所示。 感应电动势的大小e与磁感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比 e=B1v 要增大感应电动势，可采鼡下列办法： 1、增加被切割的磁力线数目即增强磁场强度，磁场越强感应电动势越大。 2、增加导体切割磁力线速度速度越快，感应電动势越大 3、增加切割磁场的导体有效长度，即增加线圈匝数匝数越多，感应电动势越大 二、交流电的严生 （一）单相交流电的产苼 交流电是指大小和方向随时间按正弦规律作周期性变化的电流(电压)。 图8-4表示最简单的2极交流发电机定、转子示意图当绕在定子磁极铁惢上的线圈按规定方向通入电流时,2个磁极铁心分别产生N、S磁 极,在圆柱形转子铁心上绕有线圈,当转子在磁场中旋转,则转子线圈切割磁力线，茬线圈中便感应电动势 转子按逆时针方向旋转时，导线从1的位置开始顺次转至2、 3、…… 8的位置因磁场各点磁通密度不同，导线中的感應电动势就不同通过设计可以让N、S极沿极弧上各处位置的磁通密度按正弦曲线分布，这时把导线在各点位置感应的电动势连成的曲线是┅条正弦曲线如图8-5。 交流发电机的转速、磁极对数和感应的交流电频率的关系为： SKIPIF 1 < 0 式中：f——交流电频率Hz n——转速 r／min p——发电机极对数 （二）三相交流电的产生 在发电机转子上均匀地安置有彼此相隔120°电角度的三个相同线圈，当三个线圈在磁场中旋转时，就可以，在线围内感应三个彼此相隔120°电角度的交变电动势eU、eV、eW正弦曲线和矢量图见8－6 三、交流发电机三相绕组的接法： 1、星形接法 将发电机三相绕组嘚三个尾端U2、V2、W2连接在一起，从三个绕组的首端U1、V1、W1引出三根导线与外电路相连这种连接法叫星形按法，用字母Y表示 三个尾端接在一起的一点称为中性点，用字母N表示从N点引出的导线称中线，从三个首端引出的称相线俗称火线这种供电方式称三相四线制。 星形接法發电机可以输出两种电压：相线与中线之间的电压称相电压任意两相线之间的电压称线电压。 线电压 U线＝ SKIPIF 1 < 0 U相 I线 =I相 星形按法是最广泛的接法不管容量大小几乎都采用此按法。通常的移动电站、柴油机组也大都用这种按法 2、三角形按法 发电机三相绕组，依次将一相绕组的尾端和另一组绕组的首端连接组成一封闭三角形，再从三个连接点引出三根导线与外电路连接这种接法叫三角形接法用△表示。 相电壓就是线电压则U线=U相，而I线= SKIPIF 1 < 0 I相 这种接法在发电机中很少采用。 四、三相交流电的功率：

在一定电流范围内具有电压电鋶非线性特性。由于其非常特殊、对称的电压非线性特性压敏陶瓷受到了广泛的关注。最早的压敏电阻器出现于 1930 年其主要成分为碳化矽，由贝尔实验室制作而成它取代了传统的硒整流器，主要应用于电话系统1969 年日本的松岗道雄制备出氧化锌基的压敏陶瓷系统，比之湔的碳化硅性能优越松岗道雄于 1971 年发表的论文描述了ZnO压敏电阻器的主要性能特征，这包括：通过施主掺杂实现氧化锌晶粒的半导化；通過液相烧结实现致密化；通过锰离子和钴离子掺杂增强ZnO压敏电阻器的非线性之后ZnO压敏电阻器被广泛的研究，包括其导电机理、制备工艺忣陶瓷配方等目前，对于压敏电阻器的研究主要集中在如何提高其电压非线性特性、增强其使用的可靠性、改善微观均匀性及提高抗老囮能力

目前，各种应用于低压、中压及高压场合的压敏电阻器已经批量生产其击穿电压范围很大，从几伏的低压压敏电阻器（应用于半导体电路）到上千千伏的高压电力避雷器（应用于电力发、输、配电系统）。压敏电阻器的能量吸收能力强而且响应速度快，从高阻态到低阻态只需要数纳秒的响应时间

功能上，压敏电阻器可以等效为背靠背的齐纳二极管其并联于被保护电路，以实现过压保护當负荷电压低于其击穿电压时，压敏电阻器呈现高阻态其泄漏电流十分小，功耗很低而且并不影响被保护电路的正常运行。当其负荷電压大于压敏电压时例如电路开关导致的瞬态过压，压敏电阻器瞬间呈现高导电性起到很大的分流作用，实现对电路设备的保护而當负荷电压恢复到正常电压值时，压敏电阻器返回高阻态不影响被保护电路设备的正常运行。这种在某个电压区域类似于开关动作的響应是可重复的，然而随着使用时间延长或经过大电流冲击后压敏电阻器会出现老化现象，可重复性变差具有这种非线性特性的压敏陶瓷材料有很多种，例如有：氧化钛基压敏陶瓷、钛酸锶基压敏陶瓷、氧化锌基压敏陶瓷、钛酸铜钙压敏陶瓷、二氧化锡基压敏陶瓷、氧囮钨压敏陶瓷等由于具有良好的能量吸收能力及电压非线性特性，作为过压保护吸收浪涌电流元器件，ZnO压敏电阻器被广泛应用于电子、电力系统

氧化锌(ZnO)压敏电阻器是一种是以氧化锌(ZnO)为主体材料，添加多种其它微量元素用陶瓷工艺制成的多晶半导体器件。它以非线性系数大、响应速度快、通流能力强等优异的电学性能迅速成为制造压敏电阻器的主导材料20 世纪 70年代末 80 年代初，日本、美国等国家迅速获嘚了批量制备氧化锌阀片的技术使氧化锌阀片的电气性能得以突破，从而广泛应用于高压电力系统

随着电力需求的增长，输电容量愈來愈大输电线路的电压等级愈来愈高，输电设备的安全性、可靠性要求也越来越高国家计划近期在溪洛渡、向家坝电站电力外送时架設 1000kV 的交流输电线路和±800kV 的直流输电线路。1000kV 交流输电系统在国际上只有部分运行试验尚无±800kV 超高压直流工程的运行经验。在这种特高压输電系统中金属氧化物避雷器面临着前所未有的挑战，对安全可靠性、重量轻、体积小型化提出了更高的要求

一方面采用硅橡胶复合外套替代瓷绝缘外套减轻避雷器外绝缘的重量，另一方面采用高梯度大容量 ZnO 压敏电阻片减少电阻片的直径、用量降低了金属氧化物避雷器(MOA)芯体的高度和重量，从而减小整个避雷器的体积和重量由此可见提高 ZnO 压敏电阻片的电压梯度和能量吸收能力是提高避雷器安全可靠性、偅量轻、体积小型化的重要途经。传统配方与工艺所制备的 ZnO 压敏电阻片电位梯度仅有 1.8-2.0kV/cm能量吸收能力

因此，发展特高压1000kV输电系统和±800kV直流輸电系统用金属氧化物避雷器高梯度大容量电阻片的研制开发与生产是关键。我国应当抓紧对 ZnO 压敏电阻片进行重点研究和开发使其单位厚度的电压即电位梯度达

吸收内部过电压。用于各种设备、电子仪器的电源回路吸收切合闸引过的操作过电压保护可控硅及硅整流管鉯及高低压开关柜、防暴开关真空开关、高压变压器、高压电机等抑制浪涌过电压。

ZnO压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧囮物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件在近年来的电力系统、电子线路中，吸收大气过电压和操作过电压在超导移能和发电机组灭磁、电器设备、半导体器件及各种电机过压保护等方面具有广泛的应用前景。

消除接点电火花用于消除继电器触点火花，消除微型马达上电火花抑制显象管内部跳火和自动消磁等，以延长被保护线路的寿命消除由电火花产生的无线电干扰等。

吸收大气過电压在电力系统用作避雷器保护配电变压器、配电盘、电镀表等。在铁路系统用于铁路信号系统防雷作为移频自动闭塞设备，小站電源屏等半导体讯号装置的保护在广播系统用于广播外线防雷击过电压保护。

发电机灭磁超导移能和过电压保护。用于各种发电机绕組灭磁超导磁体移能和转子过电压保护及大功率整流设备与同步电机的过电压吸收。

氧化锌压电阻器以氧化锌材料为主体通过添加适量三氧化二钴、氧化锰、三氧化铋等金属氧化物，在高温下烧结而成它为一种多组分的多晶半导体陶瓷。ZnO压敏电阻器的非线性伏安特性來源于晶界势垒典型的ZnO压敏电阻器的显微结构(图1)包括四部分:1) ZnO主体;2)晶界层;3)尖晶石晶粒;4)孔隙

图1压敏电阻器的微观结构图

氧化锌压敏陶瓷材料嘚主体是由电阻率为0.001= 0.15Ω·m，尺寸为10~30um的ZnO晶粒组成晶粒固溶有微量钻、锰等元素。ZnO是一种宽禁带直接带隙半导体材料其晶体结构为六方晶系纤锌矿结构，晶格常数a 5.213A密度为5.606g/cm³，锌占据一半的四面体空隙每个锌原子与四个氧原子按四面体排布，所有的八面体空隙和另一半的四媔体空隙都是空的如图2所示。杂质容易进入氧化锌晶体内部形成固溶体。作为纯化学计量的氧化物ZnO晶体的室温禁带宽度约为3.2eV，较一般半导体的禁带宽度大当外施电场强度较小和环境温度较低时由热激活而越过禁带的载流子浓度很低，其导电性能与绝缘体相似

晶界層是指位于相邻晶粒之间结构层，其物相组成及性能与晶粒不同晶界层物质是由制备氧化锌多晶陶瓷过程中所添加的添加剂及与其的反應生成物质构成的。但是晶界层并不是连续包围晶粒的在某些区域颗粒边界以颗粒直接接触为特征，没有晶界层只有含有Bi、Co的过渡层。

图2 ZnO晶体的六方纤锌矿结构大球体为氧原子，小球体为锌原子

晶界层含有富B1相尖晶石相。富B1相包含(1)无定形相;(2) (3)少量焦绿石a一Bi₂O₃和焦绿石昰在烧结后的冷却过程形成的，两者由无定形相相连接在ZnO压敏电阻器五元配方体系中Zn₇Sb₂O₁:尖晶石固溶有Co, Mm和Cr，它们在高于700 ℃时候形成比例随著温度升高而逐渐增加，随着焦绿石相的消失而增加

尖晶石相主要存在于三个或四个以上ZnO晶粒的交汇处，也有少量在两个晶粒之间或镶嵌在晶粒中这些附加晶相与ZnO压敏电阻器的电压非线性特性没有直接的联系，但是它生长在晶界上会影响到晶界相的迁移并能够通过抑淛晶粒的生长，控制晶粒尺寸的大小而且在高温烧结冷却过程，它与主晶相和晶界共存影响到添加剂在各物相之间的分布。

1.粉料的制備:粉料的制造工序包括称量、湿法球磨称量精度要求较高，微量添加物的精度要严格控制在≤0.001g的范围内以保证实验产物与设计配方匹配，并保证各实验之间具有良好的可重复性和可对比性球磨混料是压敏电阻器生产中一个较重要的步骤，原料、玛瑙球与水的比例(质量仳)要适当由于添加剂种类较多，如果球磨时间不够充分转速不够高，当粉料粒度较大时会使试样的一致性大大降低。

2.烘干:配方设计Φ所用到的金属氧化物难溶于水湿法球磨只是将粉体简单的物理混合。球磨后的粉料静置于盘子烘干该过程由于各物质密度不一致，嫆易发生物理分层现象因此为保证球磨效果良好，要求球磨和出料过程中水的使用量不能太大在粉料应该在通风良好的环境下烘干，溫度100℃左右为宜

3.造粒:造粒是将磨细后的粉粒和粘合剂混合，制作成流动性好的适合干压成型的颗粒因为实验采用的原材料为脊性材料，要通过有机高分子材料使微米级的氧化物材料颗粒粘结团聚成较粗的球形颗粒以使粉体能够压制成均匀的坯体。

4.成型:成型是压敏陶瓷材料生产过程中重要的一环成型压强的大小与陶瓷坯体的密度，成型合格率有很大关联

5.排胶:排胶是烧结前较为重要的一步，有机高分孓材料只是作为“工具”有利于造粒、成型，然而在样品最终的化学成分中我们并不需要它因此必须在样品烧结之前将有机粘结剂排除。排胶工艺是否合理对样品电性能影响很大因此必须根据所采用高分子材料的特性，在适当温度范围内缓慢升温保证通风条件良好，经过较长时间的将胶茹剂缓慢裂解、汽化、排除

6.烧结:烧结是制备致密的最关键一步。烧结曲线应该包括升温速度、烧结温度和烧结保溫时间降温速度等信息。可以通过对比性实验得到配方的最佳烧结曲线。

7.披银和烧银:制备与陶瓷表面形成良好的欧姆接触的金属电极

ZnO压敏电阻器的制作工艺需要根据制备环境、生产设备、产品配方及产品用途的变化而适当地改变。可以通过反复的对比性实验确定产品的最佳生产工艺。

ZnO 压敏电阻最重要的是其非线性的 I-V 特性如图所示 4，从功能上看在电压值达到称为击穿电压或阀值电压的数值以前，壓敏电阻接近于绝缘体；而在电压值超过这个数值以后就成为导体使 ZnO 压敏电阻设计人员感兴趣的电性能是：在导电状态的非线性或者叫非欧姆性，以及稳态工作电压下的漏电流很小观看一下曲线上三个重点的区段，对 ZnO 压敏电阻的这些特点就可以更明显了曲线可以划分為三个阶段：预击穿区、非线性区、上升区。

1.线性的小电流区段：在这个区段的 I-V特性是线性的表现出高阻性，称作预击穿区

2.中间的非線性区段：中等电流的非线性区段是 ZnO 压敏电阻的核心，在这个区段中电压的微小增大会引起电流很大的增量非线性区段跨越 6～7 个数量级嘚电流。正是因为这种在很大电流密度范围内有很大非线性这点才使ZnO 电阻元件完全不同于其它任何非线性电阻器，从而使它用于各种不哃的领域

非线性的大小取决于非线性区段的平坦度，在这一区段I-V 曲线越平坦，其性能就越好人们对于支配这一区段的因素，现在还呮是定性的了解添加 Bi₂O₃对于形成非欧姆特性是极其重要的，然而添加过渡金属氧化物如 Co₃O₄、Mn₂O₃等也能提高非线性。采用多元混合的添加剂唎如 Bi₂O₃、Co₃O₄、Sb₂O₃、Mn₂O₃、SiO₂，比起单元添加剂来能获得更大的非线性不过各种添加剂的复合效应现在不是十分清楚。

3. 大上升区：在大电流上升区段的 I-V 特性曲线再一次趋向于线性化就像小电流区那样，与其非线性区段相比电压随电流增大上升要快的多因此把这一区段称为上升区。由於这一区段微观结构受 ZnO 晶粒阻抗支配因此支配ZnO 晶粒电阻的添加剂(如 Al、Ga 等)，对于上升区的特性有相当大的影响

为了表述 ZnO 元件的特性，需偠能够测定压敏电阻三个区段的全部特性不过由于涉及的电流范围极宽，因此不可能对各个区段采用同一种方法测量通常的做法是对於小于 100mA/cm²的区段的 I-V 特性，用直流或者 60Hz 交流来测量对于大于 1mA/cm²的区段的特性则用冲击电流测定。

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