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交流發電機的電壓調整特性

 

并聯發電機組的無功負載分配取決于各發電機勵磁系統的特性。發電機勵磁調節的方案和路線很多，把它們逐一介紹是困難的。但是，為了建立無功負載分配的一般概念， 康明斯發電機可以避開具體調壓線路和其動作過程，而只用調壓器調節勵磁的最終結果來進行分析。

大家知道，影響發電機電壓變化的主要因素是無功電流，而調壓器調節勵磁的目的， 康明斯發電機簡單地說，就是恢復和保持發電機的端電壓。這種發電機無功電流和發電機電壓的因果關系，叫做發電機的電壓調整特性，或簡稱調壓特性。它實際上表征了勵磁調節的最終結果，而且這一特性是可以從發電機的運行參數（電壓、電流、功率）直接測取的，并不需要知道調壓器的具體線路特點。

δ* 表示了發電機無功電流由零變化到額定值時，發電機電壓相對其額定值的百分數。習慣上認為下降的調差率為正，即對δ>0的特性稱為具有正調差率的有差特性，對δ<0的特性稱為負有差特性，而δ=0的特性稱為無差特性。當用直線代替調壓特性的曲線后，在某一無功負載下，將具有電壓偏差△Uy，稱為調壓特性的非線性度。

 

交流發電機電壓空載特性曲線圖

 

1、發電機電壓調控

 

調控的目的就是實現在同步發電機額定負荷范圍內穩住輸出電壓。調控技術的理念是實時地從主發電機電樞取得電壓和電流，經整流和負反饋調理后供給勵磁機的定子線圈，使其產生變化規律與主發電機輸出電壓變化規律相反的直流電磁場，這個磁場也必然使勵磁機轉子電樞的輸出電壓及旋轉整流器供給主發電機轉子線圈的直流電流按同樣的規律而變化。從而起到實時調節主發電機轉子磁場大小，使主發電機在額定負荷范圍內保持良好輸出特性的作用。

 

2、同步發電機輸出電壓的調控

對發電機輸出電壓的調節過程，可以用以下的流程表示；由于負荷增加使主發電機電樞電壓↓(降) →經負反饋調理后勵磁機定子電流及磁場↑→勵磁機轉子電樞輸出電壓↑→旋轉整流器輸出電流↑→主發電機轉子磁場↑→使主發電機電樞電壓↑若主發電機電壓升高，則其反饋調控使以上各環節作用降低，導致電壓回到額定值。可見通過勵磁機實時調控主發電機轉子磁場的大小，就可以穩住輸出電壓。這其中起重要作用的是負反饋調節單元，通常稱其為恒壓勵磁裝置和自動電壓調節器。

3、自動電壓調節器

 

現代交流同步發電機常用自動電壓調節器AVR這種電子部件調節勵磁機定子磁場的強弱。雖然AVR的種類很多，但性能大同小異；都是實時采樣主發電機的輸出電壓值與預先設定的值相比較，用比較的結果去調節脈沖寬度調制器PWM；輸出電壓值高則調制器輸出脈沖寬度窄，反之則寬。然后再用這些脈沖去調控大功率開關器件即三極管或場效應管控制送入勵磁機定子線圈的電流的時間。從而使它的磁場強弱隨著主發電機輸出電壓的變化而相反變化；即輸出電壓升高則勵磁機定子磁場減小，輸出電壓降低勵磁機定子磁場增強。從而達到負反饋調控的目的。

 

4、常用AVR類型

 

取樣自主發電機輸出電壓的信號從8、9兩端輸入到電壓測量比較單元，與內部預先設定的電壓值(例如380V)相比較。比較結果以輸出電壓UA送入脈沖寬度調制單元PWM，輸出電壓UC送入低頻保護單元。電壓測量比較單元的L、S、H是連接主發電機輸出電壓幅值調節電位器的三個端子。脈沖寬度調制器由穩壓器輸出的直流電壓UCC作為工作電源，以確保其性能穩定。它的輸出電壓UB控制調制管VT3。若由電壓測量比較單元送來的UA大，表明主發電機輸出電壓升高，則大的UA就會使脈沖寬度調制器輸出的脈沖UB的寬度變窄。窄的脈沖就會使VT3導通時間短，通過的電流少。反之，主發電機電壓降低UA變小，脈沖寬度調制器輸出的脈沖UB的寬度隨之變寬，從而使VT3導通時間變長，通過的電流增多。
   

勵磁機定子線圈一端接在端子X1上，另一端接在XX1端子上。由主發電機電樞送來的EA、EB、Ec三相電壓，經過三個二極管VD10、VD11、VD12整流后，電流從X1端流入勵磁機的定子線圈，由XX1流出，再經過調制管VT3和XN端子流回主發電機電樞，形成勵磁機定子線圈的勵磁電流通路。VT3是這個通路上的開關，它導通時間長，則定子線圈流過電流時間長，定子磁場強度大；VT3導通時間短，定子線圈電流少，定子磁場強度小。

 

5、AVR調控主發電機電壓

 

主發電機由于負荷原因輸出電壓升高，電壓測量比較單元輸出的UA隨著升高，受UA控制的脈寬調制器輸出脈沖UB寬度變窄，開關管VT3導通時間短，勵磁機定子磁場減弱，轉子電樞電壓及旋轉整流器輸出電流隨之減小，導致供給主發電機轉子的勵磁電流變小，則主發電機因其轉子磁場的減小而使輸出電壓降低。反之，AVR的負反饋調控功能就會使主發電機的輸出電壓升高，在主發電機因負荷超出額定值而輸出極大電流時，柴油發動機也需隨之輸出巨大的動力以致導致其轉速低于額定值。

 

6、低頻保護單元的作用

 

就是在這種情況下限制勵磁機定子線圈里電流的超額增大。它以電阻和電容構成的充放電支路預先設定一個低頻保護點，當主發電機負荷正常時，從電壓測量單元來的UC小于低頻保護點，則低頻保護單元輸出的電壓Ud高，二極管VD8被截止，Ud到不了脈寬調制器，起不了作用。若主發電機超載則Ud變低，VD8導通，Ud和UA就可同時作用于脈寬調制器，使其輸出的脈沖UB隨Ud的下降而變窄，調制管VT3導通時間隨之變短，勵磁電流減小勵磁機定子磁場變弱，從而導致主發電機轉子磁場減小。發電機輸出電壓下降、電流減小。低頻保護單元起到了保護勵磁機和主發電機的作用。

 

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