新聞主題	發電機自動電壓調節器的工作原理

 

自勵同步發電機是靠剩磁建立電壓，而且電壓受電樞反應影響很大，從空載到滿載其電壓變化率高達20％-40％，不能保證負載的正常工作。因此同步發電機都必須設有自動電壓調整裝置。自動電壓調整裝置的作用是使發電機起動后能建立起額定空載電壓，并且使電壓不受負載大小和負載性質變化的影響，能保持電壓基本恒定。

 

一、自動電壓調整裝置分類

 

按照自動調節原理分主要有三種類型：

（1）按電壓偏差調節型

它是一種閉環調節系統。它檢測發電機的輸出電壓并與給定電壓相比較得出電壓的偏差，系統按照電壓偏差的大小和正負相應地調節發電機的勵磁電流，以消除電壓偏差。只要有偏差系統就進行調整，故穩態電壓調整精度比較高。但其動態性能差，因為它是先有偏差后調整。

（2）按負載擾動調節型

因為發電機電壓的變化主要是由于負載變化而引起的，所以這類調壓裝置是根據發電機負載電流的大小和負載性質的變化來調節勵磁電流，以維持電壓恒定。只要負載有變化它就進行調節，故動態調節性能好。由于它是一種不檢測發電機電壓和電壓偏差的開環調節系統，所以穩態調壓精度差。但這種恒壓裝置結構簡單、工作可靠，被廣泛采用。

（3）復合調節型

它是以上兩種類型的復合調節系統，即按負載擾動和電壓偏差綜合調節發電機勵磁電流實現恒壓。所以它具有穩態調壓精度高和動態調節性能好的雙重優點。僅根據負載電流的大小進行勵磁調節的作用為復勵補償調節，根據負載功率因數的變化進行勵磁調節的作用稱為相位補償調節。既根據負載電流又根據負載功率因數的變化進行勵磁調節的稱為相復勵恒壓調節系統。相復勵恒壓系統的調節規律與同步發電機的“調節特性”基本相符。僅按負載擾動調節的相復勵系統稱為不可控相復勵系統，復合調節的相復勵系統稱為可控相復勵系統。

相復勵恒壓裝置又分為：電流疊加型、電磁疊加型和電勢疊加型三種類型，其作用和原理是一致的。

 

二、相復勵自勵恒壓裝置

 

1、系統組成原理

圖1為不可控電流疊加型相復勵恒壓裝置原理圖。該類裝置是由具有氣隙的三相鐵心電抗器X、電流互感器CT、二極管三相橋式整流器和三相起勵諧振電容器組成。

由于這些部件是三相對稱的，故可用圖2的單線原理圖表示。由于電抗X遠大于勵磁回路的電阻，電抗器電壓降幾乎等于發電機的電壓，故通過電抗器X的電流Iv與發電機電壓U近似成正比，而相位比電壓落后90°。由此可知，只要電壓U保持恒定，則v也基本保持恒定，即具有恒流特性。由于電抗器X將發電機的電壓U轉換成了落后于電壓90°的恒定電流Iv，所以電抗器又稱為移相電抗器。移相電抗器是實現相復勵的關鍵部件。

 

圖1  發電機電流疊加相復勵恒壓裝置

圖2  發電機電流疊加相復勵單線原理圖

 

電流互感器的副邊電流I與原邊發電機的負載電流I成正比、同相位，L稱為勵磁電流的復勵分量。發電機空載時I和l均為零，只有電壓電流Iv，故稱Iv為勵磁電流的空載分量。根據圖中節點電流關系，空載分量、復勵分量與勵磁電流I的相量關系為：

I_f＝Iv＋Ii

相量合成的交流勵磁電流l，經整流后即為發電機的直流勵磁電流。該勵磁電流具有復勵補償和相位補償作用，從而能夠補償電樞反應等對發電機電壓的影響。

2、相復勵恒壓原理

下面用相量圖證明其復勵和相位補償作用。設任取空載分量Iv為參考正弦量，則發電機電壓U比Iv超前90°，電感性負載電流I及其復勵電流分量I比電壓落后φ角（負載功率因數角）。根據這些相位關系可作相量圖。

圖3是表明復勵補償作用的相量圖，即當負載電流為Ii時，根據上式作相量加法，得合成勵磁電流 If。當負載功率因數不變，而負載電流由Ii增加到I″i時，Ii與IV相量相加所得合成勵磁電流Ii＞ If。這表明雖然負載電流的增加會引起電壓的下降，但同時負載電流又使勵磁恒壓裝置增加勵磁電流，使電壓上升，所以可使發電機電壓基本保持不變。

用同樣方法可證明相位補償作用，如圖4所示。即負載電流Ii的幅度大小不變，而功率因數變低（Ψ′＞Ψ），由圖可見，功率因數低的合成勵磁電流I′f大于功率因數高的合成勵磁電流If。功率因數低，電樞反應的去磁效應引起電壓降低，但同時它又使勵磁恒壓裝置增加勵磁電流以抵償去磁效應，所以可使電壓保持不變。

 

圖3  發電機復勵作用相量圖.

圖4  發電機相位補償作用相量圖

 

3、發電機的調壓特性

如果相復勵的補償作用恰好抵消負載引起的電壓下降，在任何負載下都能保持發電機的電壓絕對不變，則其調壓特性為無差特性。如果相復勵的作用不能完全補償（即欠補償）負載引起的電壓下降，則其調壓特性為下降的有差特性。如果補償有余（即過補償），則其調壓特性為上升的有差特性。對于單機運行，只要滿足穩態調壓精度的要求，這三種調壓特性都是可以的。但是對于并聯運行的發電機，其調壓特性必須是下降的有差特性，而且應該是在低功率因數負載下（即有最大補償作用時）具有下降的有差特性，以保證無功功率分配的穩定性，也即保證并聯運行的穩定性。

4、自勵起壓

由于整流二極管的非線性特性，開始導通前后的初始電阻較大，剩磁電壓Ur往往不能使二極管導通，因此需要有可靠的自勵起壓的措施。

自勵起壓可有多種方法，其中最簡便最常用的方法是采用諧振電容。通常是當發電機起動后頻率達到額定頻率的95％左右，使移相電抗器X與電容C發生諧振（即此時X＝Xc）。利用高的電容諧振電壓使二極管導通。可以證明，電容的諧振電壓與此時直流勵磁回路的等效電阻（包括二極管導通前后的電阻）R_o成正比（Uc＝R_oUr/X），而勵磁電流等于電容諧振電壓除以R_o，即If＝Ur/X，故勵磁電流的大小只決定于剩磁電壓Ur和線性電抗器的電抗X，而與包括二極管的非線性電阻的勵磁電阻R。的大小無關，所以無論R_o多大都能順利地起壓。

 

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