故障檢查與技術(shù)維護(hù)

交流發(fā)電機(jī)的調(diào)壓方式和原理

 

摘要：AVR是英文automatic voltage regulator的縮寫，是三相同步發(fā)電機(jī)的重要部件。AVR是一種半波相近控制閘流管型的自動電壓調(diào)節(jié)器，是康明斯公司生產(chǎn)的斯坦福交流發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的一部分。除調(diào)節(jié)康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的電壓外，AVR還具有低速和無檢測信號保護(hù)的功能，以保證對發(fā)電機(jī)安全可靠的控制，勵磁電源直接由發(fā)電機(jī)輸出端導(dǎo)出。AVR電源電路使用的高效半導(dǎo)體保證了由剩磁獲得的起勵電壓。

 

一、調(diào)壓方式

 

      AVR自動電壓調(diào)節(jié)器是一種密封電子裝置，通過控制低功率的勵磁機(jī)磁場，調(diào)節(jié)勵磁機(jī)電樞的整流輸出功率，從而達(dá)到控制主機(jī)磁場電流，穩(wěn)定無刷發(fā)電機(jī)之輸出電壓要求，具有低頻與無輸入信號保護(hù)裝置。并附有并聯(lián)補(bǔ)償功能，符合客戶擴(kuò)增容量需求。其具有電壓整定、穩(wěn)定度調(diào)節(jié)、F/V頻率/電壓特性設(shè)定、F/V低頻保護(hù)、F/V電壓下降設(shè)定、勵磁電流限制、并聯(lián)正交調(diào)差（下垂調(diào)節(jié)）等功能，同時可外接電壓微調(diào)電位器、功率因數(shù)調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。并附有并聯(lián)補(bǔ)償功能，符合客戶擴(kuò)增容量需求。對電力系統(tǒng)電壓和無功功率進(jìn)行調(diào)整的方式。通常有：逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓三種。

1、逆調(diào)壓

      考慮到高峰負(fù)荷時供電線路上電壓損耗大，將中樞點(diǎn)電壓適當(dāng)升高以抵消部分甚至全部損耗的電壓損耗的增大；低谷負(fù)荷時供電線路上電壓損耗小，將中樞點(diǎn)電壓適當(dāng)降低以補(bǔ)償部分甚至全部電壓損耗的減少，有可能滿足負(fù)荷對電壓質(zhì)量的要求。高峰負(fù)荷時升高中樞點(diǎn)電壓、低谷負(fù)荷時降低中樞點(diǎn)電壓的電壓調(diào)節(jié)方式。通常用于供電線路較長、負(fù)荷變動較大的情況。

2、常調(diào)壓

      在任何負(fù)荷下都保持中樞點(diǎn)電壓為基本不變數(shù)值的調(diào)壓方式。通常適用于負(fù)荷變動小、線路上電壓損耗小的情況。

3、順調(diào)壓

      高峰負(fù)荷時允許中樞點(diǎn)電壓略低，而低負(fù)荷時卻略高的調(diào)壓方式。它適用于允許電壓偏移較大的配電網(wǎng)。

 

二、發(fā)電機(jī)工作原理與調(diào)壓

 

1、發(fā)電機(jī)工原理

由于發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)的傳動比是固定的，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍很大，發(fā)電機(jī)的端電壓也將隨發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而在很大范圍內(nèi)變化。發(fā)電機(jī)對用電設(shè)備供電和向蓄電池充電，都要求其電壓穩(wěn)定，所以為使電壓始終保持在某一數(shù)值基本不變，就必須對發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    AVR與主定子繞組和勵磁繞組連接，對輸出電壓提供精度為±1％的閉環(huán)控制。在從主定子獲得電源外，AVR還從輸出繞組取樣電壓以實(shí)現(xiàn)對輸出的控制。AVR根據(jù)獲得的采樣數(shù)據(jù)控制輸出到勵磁系統(tǒng)的電流，通過可控硅導(dǎo)通角的調(diào)節(jié)，把無功功率、功率因數(shù)和輸出電壓控制在一定的范圍內(nèi)。柴油發(fā)電機(jī)組的AVR接線方式國產(chǎn)和進(jìn)口機(jī)基本一樣，只需要連接E＋、E－和U、V相繞組取樣電壓和零線，根據(jù)取樣電壓與設(shè)定電壓的誤差放大，經(jīng)脈寬調(diào)制，通過可控硅導(dǎo)通角的調(diào)節(jié)控制輸出勵磁電流從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

 2、調(diào)壓原理

      由交流發(fā)電機(jī)的工作原理我們知道，交流發(fā)電機(jī)的三相繞組產(chǎn)生的相電動勢的有效值：Eφ==CeФn（V）。以斯坦福AVR調(diào)壓板為例，實(shí)物圖1為型號AS440；圖2為型號MX450；圖3為型號MX341。

      這里Ce為發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，Ф為轉(zhuǎn)子的磁極磁通，也就是說交流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁極磁通成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，Eφ增大，輸出端電壓UB升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到一定值時（空載轉(zhuǎn)速以上），輸出端電壓達(dá)到極限，要想使發(fā)電機(jī)的輸出電壓UB不再隨轉(zhuǎn)速的升高而上升，只能通過減小磁通Ф來實(shí)現(xiàn)。又磁極磁通Ф與勵磁電流If成正比，減小磁通Ф也就是減小勵磁電流If。

      所以，交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的工作原理是：當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)節(jié)器通過減小發(fā)電機(jī)的勵磁電流If來減小磁通Ф，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓UB保持不變。觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器通過觸點(diǎn)開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小晶體管調(diào)節(jié)器、集成電路調(diào)節(jié)器等利用大功率三極管的導(dǎo)通和截止，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小。

 

圖1  調(diào)壓板AS440

圖2  MX450穩(wěn)壓板

圖3  MX341（AVR）穩(wěn)壓板

 

三、AVR的主要功能

 

      以康明斯柴油發(fā)電機(jī)組為例，其調(diào)壓板接線圖和功能微調(diào)旋鈕指示分別如圖4、圖5所示。

（1）分壓器和整流器占發(fā)電機(jī)輸出電壓的一部分，并使其衰減。電位分器可由AVR伏特電位器和外部手動微調(diào)器(安裝時)調(diào)節(jié)。從下垂CT的輸出也被添加到這個信號。整流器將交流輸入信號轉(zhuǎn)換為直流，以便進(jìn)一步處理。直流機(jī)添加模擬輸入信號傳感信號。

（2）放大器(Amp)將感應(yīng)電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并放大差分(誤差)，為電力設(shè)備提供控制信號。坡道發(fā)電機(jī)、液位檢測器和驅(qū)動程序無限控制功率控制裝置的傳導(dǎo)周期，因此提供了在指定范圍內(nèi)維持發(fā)電機(jī)電壓的激勵系統(tǒng)。

（3）穩(wěn)定電路提供可調(diào)負(fù)反饋，以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)和瞬態(tài)性能。

（4）同步電路用于保持低斜坡發(fā)生器和赫茲發(fā)生器波形周期的探測器鎖定。

（5）低通濾波器可防止失真波形影響AVR控制電路的運(yùn)行。短路檢測器檢測發(fā)電機(jī)輸出端存在短路，并迫使功率控制裝置完全導(dǎo)通。這僅發(fā)生在AVR從輔助繞組供電時。功率控制裝置根據(jù)放大器產(chǎn)生的誤差信號來改變勵磁電流的大小。

（6）抑制元件包括防止亞周期電壓尖峰損壞AVR元件，并減少發(fā)電機(jī)端子上傳導(dǎo)噪聲的數(shù)量。

（7）過勵磁檢測器持續(xù)監(jiān)測勵磁機(jī)的勵磁電壓，并提供信號，如果在指定的時間周期內(nèi)持續(xù)存在勵磁狀態(tài)，則會使輸出電壓崩潰。

（8）電源提供用于AVR電路所需的電壓。

 

圖4  康明斯發(fā)電機(jī)組AVR調(diào)壓板接線圖

圖5  康明斯發(fā)電機(jī)組調(diào)壓板調(diào)整旋鈕功能指示圖

 

四、AVR控制的調(diào)整

 

1、電壓調(diào)整

      發(fā)電機(jī)的輸出電壓設(shè)置在工廠出廠前完成，但可以通過仔細(xì)調(diào)整AVR板上的電壓控制，如需安裝或可由外部手動微調(diào)。如果需要進(jìn)行重大調(diào)整或失去穩(wěn)定性，請遵循“電壓設(shè)置”。如果手動微調(diào)端口1和端口2將短路。La和Lb的終端連接只用于特殊的低電壓應(yīng)用。

注意：不要增加額定發(fā)電機(jī)電壓以上的電壓。如有疑問，請參閱安裝在發(fā)電機(jī)外殼上的等級板。切勿將手動微調(diào)端子接地，因?yàn)檫@些終端可能超出了地電位。否則可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞。如果替換的AVR已經(jīng)安裝或重新設(shè)置了電壓調(diào)整，在運(yùn)行發(fā)電機(jī)前，將電壓控制完全反順。

2、電壓設(shè)置程序

      主要用于調(diào)整和更換AVR。閱讀并理解這個程序，然后再動手嘗試。

（1）工作在運(yùn)行發(fā)電機(jī)之前，將電壓控制完全逆時針旋轉(zhuǎn)。

（2）將遠(yuǎn)程電壓調(diào)整器(如果安裝)安裝到中途位置。

（3）將“STABILITY ”控制轉(zhuǎn)向中間位置。

（4）連接一個合適的電壓表(0-300v ac)。

（5）啟動發(fā)電機(jī)組，并在額定頻率上無負(fù)載運(yùn)行，例如50-53hz或60-63hz。

（6）如果發(fā)光二極管(LED)亮起，請參閱下面的頻率滾下(UFRO)調(diào)整。

（7）請小心地順時針方向旋轉(zhuǎn)電壓控制，直到達(dá)到額定電壓。

（8）如果額定電壓存在不穩(wěn)定，請參考穩(wěn)定性調(diào)整，必要時再調(diào)整電壓。

（9）電壓調(diào)整現(xiàn)已完成。

3、穩(wěn)定性調(diào)整

      AVR包括一個穩(wěn)定或阻尼電路，以提供良好的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能的發(fā)電機(jī)。提供了一個開關(guān)，以改變穩(wěn)定電路的響應(yīng)，以適應(yīng)不同的框架大小的發(fā)電機(jī)和應(yīng)用。該表顯示了可用的選項(xiàng)。穩(wěn)定調(diào)節(jié)的正確設(shè)置可以通過在沒有負(fù)載的情況下運(yùn)行發(fā)電機(jī)來找到，并且在發(fā)電機(jī)電壓開始不穩(wěn)定之前，緩慢地逆時針旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定控制。從這一點(diǎn)(即機(jī)器電壓穩(wěn)定但靠近不穩(wěn)定區(qū)域)，最優(yōu)或臨界阻尼位置是順時針的。在頻率下滾下(UFRO)

（1）調(diào)整

      AVR集成了一個低速保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)電機(jī)速度低于一個被稱為“knee”點(diǎn)的可預(yù)設(shè)置閾值時，該電路提供電壓/赫茲特性。紅色發(fā)光二極管(LED)給出指示，UFRO電路操作。UFRO調(diào)整預(yù)置和密封，只需要選擇50或60Hz使用跳線連接。對于最佳的設(shè)置，LED應(yīng)該照射到低于標(biāo)稱的頻率，即在50Hz系統(tǒng)上的47Hz或60Hz系統(tǒng)上的57Hz。

（2）DROOP的調(diào)整

      為并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)配備了一個正交的下垂的ct，它為AVR提供了一個依賴于功率因素的信號。在AVR上，cot與S1S2相連。正常情況下，在全負(fù)荷零功率因數(shù)下，DROOP的調(diào)整通常是預(yù)先設(shè)定的，使5%的電壓下降。順時針增加的數(shù)量比較溫度信號注入了AVR和增加下垂滯后功率因數(shù)(因?yàn)?)。完全逆時針控制，沒有DROOP。

（3）修剪調(diào)整

      模擬輸入(A1A2)連接到功率因數(shù)控制器或其他設(shè)備。它被設(shè)計(jì)成接受直流信號高達(dá)±5V。

注意：任何與此輸入相連接的設(shè)備必須完全浮動，并從地面上以電流隔離，具有500vac的絕緣性能。未能遵守這可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。

      應(yīng)用于此輸入的直流信號增加了AVR傳感電路。A1連接到AVROV。正的A2增加。A2的負(fù)電荷減少。微調(diào)控制允許用戶調(diào)整輸入的靈敏度。在完全逆時針的情況下，外部應(yīng)用的信號沒有效果。順時針有最大的效果。當(dāng)使用功率因數(shù)控制器時，正常設(shè)置是完全順時針的。

（4）過勵(EXC TRIP)調(diào)整

      設(shè)置調(diào)整是固定的，并且不可修改。一般在LED上顯示過勵磁條件，也表明在運(yùn)行。發(fā)電機(jī)必須停止，以重新設(shè)定一個勵磁狀態(tài)。

 

總結(jié)：

     康明斯公司生產(chǎn)的斯坦福發(fā)電機(jī)系列自動電壓調(diào)節(jié)器是半波晶閘管相控型AVR和形式的一部分，用于無刷發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)采用了表面貼裝技術(shù)(SMT)的高集成度的特點(diǎn)，占地面積小的AVR。通過在AVR的電源電路中使用有效的半導(dǎo)體來確保從剩余電平積累的正電壓。電源和電壓檢測電路具有獨(dú)立的端子，如果需要持續(xù)的短路性能，可以直接從定子繞組獲得勵磁功率，或者從輔助繞組獲得勵磁功率。

      斯坦福AVR電壓傳感終端連續(xù)采樣輸出繞組用于電壓控制目的。為了響應(yīng)這個采樣電壓，AVR控制供給勵磁機(jī)磁場的功率，因此主磁場保持發(fā)電機(jī)輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，補(bǔ)償發(fā)電機(jī)的負(fù)載、速度、溫度和功率因數(shù)。

 

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