新聞主題	斯坦福發(fā)電機勵磁系統和調節裝置工作原理

 

摘要：斯坦福無(wú)刷發(fā)電機是一種新型的電機類(lèi)型，采用無(wú)刷電機技術(shù)，通過(guò)勵磁方式，實(shí)現了高效率、低噪音和穩定運行。斯坦福發(fā)電機總部設在英國，屬于康明斯公司旗下100%控股子公司。是世界交流發(fā)電機技術(shù)先導和首屈一指的生產(chǎn)商，交流4極5KW-3000KW發(fā)電機在世界市場(chǎng)上占有30％以上份額，在英國、印度、美國、印度尼西亞及中國設有生產(chǎn)廠(chǎng)，斯坦福發(fā)電機是在國際標準ISO9001要求中按多種國際標準制成。其中，設于中國的工廠(chǎng)為康明斯發(fā)電機技術(shù)（中國）有限公司，廠(chǎng)址位于江蘇省無(wú)錫國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區49號地塊。

 

一、工作原理

 

      斯坦福無(wú)刷發(fā)電機的勵磁原理基于永磁同步電機的工作原理。無(wú)刷發(fā)電機通過(guò)在轉子上裝配永磁體，使得發(fā)電機能夠產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，從而實(shí)現自激勵。勵磁系統通過(guò)控制換相器，可以實(shí)時(shí)調整磁場(chǎng)的強度和方向，從而控制電機的運行狀態(tài)。

1、永磁發(fā)電機工作原理

      發(fā)電機工作時(shí)，永磁機定子輸出P2、P3、P4，電壓值約為130-150VAC之間，此電壓值輸入到穩壓板（AVR）的P2、P3、P4 端子，經(jīng)AVR內部的二極管予以整流后，輸出×、××（空載時(shí)約8-9VDC）到電球的勵磁機定子線(xiàn)圈，勵磁機轉子線(xiàn)圈感應出交流電，經(jīng)安裝在勵磁機轉子線(xiàn)圈上的6個(gè)二極管整流出直流。此直流電流到主轉子線(xiàn)圈，主轉子線(xiàn)圈在旋轉狀態(tài)下產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，主定子線(xiàn)圈感應出交流電（如400VAC輸出）。

      當負載在瞬間增加或減小時(shí)，發(fā)電機的輸出電壓u、v、w會(huì )在瞬間相應降低或提高，P6、P7、P8為400VAC輸出的一半（抽頭電壓），P6、P7、P8反饋到AVR板，若負載增加，則P6、P7、P8在負載增加的瞬間會(huì )降低，AVR板會(huì )自動(dòng)提高的×、××輸出值，使u、v、w提高到400VAC。

2、勵磁方式

      斯坦福無(wú)刷發(fā)電機的勵磁方式有多種選擇，包括恒功率勵磁、恒磁勵磁和恒流勵磁等。下面將詳細介紹這幾種勵磁方式的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。

（1）恒功率勵磁

      恒功率勵磁方式是通過(guò)保持輸出功率不變來(lái)控制勵磁電流的大小。在這種勵磁方式下，無(wú)刷發(fā)電機的輸出功率保持不變，但是電機的轉速可以根據負載情況進(jìn)行調整。這種方式適用于負載波動(dòng)較大的場(chǎng)景，如風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)等。

（2）恒磁勵磁

      恒磁勵磁方式是通過(guò)保持磁場(chǎng)強度不變來(lái)控制勵磁電流的大小。在這種勵磁方式下，無(wú)刷發(fā)電機的磁場(chǎng)保持不變，但是輸出功率可以根據負載情況進(jìn)行調整。這種方式適用于負載穩定的場(chǎng)景，如工業(yè)機械、家用電器等。

（3）恒流勵磁

      恒流勵磁方式是通過(guò)保持電流大小不變來(lái)控制勵磁磁場(chǎng)的強度。在這種勵磁方式下，無(wú)刷發(fā)電機的電流保持不變，但是電機的轉速和磁場(chǎng)強度可以根據負載情況進(jìn)行調整。這種方式適用于負載要求變化較大的場(chǎng)景，如電動(dòng)工具、無(wú)人機等。

 

二、調壓性能要求

 

      斯坦福發(fā)電機分為很多種，有單相或三相、四級、單支點(diǎn)或雙支點(diǎn)、陸用或船用等不同規格，可以根據自己的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的發(fā)電機。發(fā)電機通常由定子、轉子、端蓋、電刷、機座及軸承等部件構成（外形如圖1所示）。可廣泛應用于工業(yè)、礦業(yè)、余熱發(fā)電、建筑、通訊、遠洋作業(yè)等各種領(lǐng)域，甚至在最?lèi)毫拥沫h(huán)境下，斯坦福發(fā)電機都能作為主電源或備用電源提供極可靠的電力。

1、穩態(tài)電壓變化值

      由調速特性符合要求的發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)的交流發(fā)電機連同其勵磁系統（如圖2所示），應能在負載自空載至額定負載范圍內，且其功率因數為額定值情況下，保持其穩態(tài)電壓的變化值在額定電壓的±2.5%以?xún)?。應急發(fā)電機可為±3.5%以?xún)取?/span>

2、瞬態(tài)電壓值

      交流發(fā)電機在負載為空載，轉速為額定轉速，電壓接近額定值的狀態(tài)下，突加和突卸60%額定電流及功率因數不超過(guò)0.4（滯后）的對稱(chēng)負載時(shí)，當電壓跌落時(shí)，其瞬態(tài)電壓值應不低于額定電壓的85%；當電壓上升時(shí)，其瞬態(tài)電壓值應不超過(guò)額定電壓的120%，而電壓恢復到與最后穩定值相差3%以?xún)人璧臅r(shí)間應不超過(guò)1.5s。應急發(fā)電機電壓恢復到與最后穩定值相差4%以?xún)人璧臅r(shí)間，可不超過(guò)5s。

 

圖1  斯坦福發(fā)電機外形圖

圖2  同步發(fā)電機勵磁控制系統

 

三、調壓方式

 

1、自勵AVR控制的發(fā)電機

      主機定子通過(guò)SX440（或SX421）自動(dòng)電壓調節器為勵磁機磁場(chǎng)提供勵磁源。自動(dòng)電壓調節器簡(jiǎn)稱(chēng)AVR，是調節勵磁機磁場(chǎng)勵磁電流的控制裝置。AVR根據來(lái)自主機定子繞組的電壓感應信號作出反饋，通過(guò)控制低功率的勵磁機磁場(chǎng)，調節勵磁機電樞的整流輸出功率，從而達到控制主機磁場(chǎng)電流的要求。發(fā)電機的勵磁系統和調壓系統如圖3、圖4所。

（1）SX440調壓板

      AVR通過(guò)感應兩相平均電壓，確保較高的電壓調整率.除此之 外，它還監測發(fā)動(dòng)機的轉速.如低于預選轉速（HZ）設定，則相應降低輸出電壓，以防止發(fā)動(dòng)機低速時(shí)的過(guò)勵，緩減加載時(shí)的沖擊，以減輕發(fā)動(dòng)機的負擔。

（2）SX421調壓板

      除了SX440調壓板的特點(diǎn)外，還具有三相均方根感應的特點(diǎn).在與外部斷路器（裝在開(kāi)關(guān)板上）一起使用時(shí)，它還提供過(guò)電壓保護。

 

圖3  斯坦福發(fā)電機自勵磁系統框圖

圖4  斯坦福發(fā)電機自勵磁調壓系統

 

2、永磁發(fā)電機（PMG）勵磁

      PMG系統提供一個(gè)與定子負載無(wú)關(guān)的恒定的勵磁電源，提供較高的電動(dòng)機啟動(dòng)承受能力，并不受由非線(xiàn)性負載（例如可控硅直流電動(dòng)機民）產(chǎn)生的主機定子輸出電壓的波形畸變的干擾。

（1）MX341調壓板

      結構如圖5所示。AVR通過(guò)檢測二相平均電壓來(lái)確保較高電壓調整率，另外它還監測發(fā)動(dòng)機轉速.如低于預選的轉速設定，則相應降低輸出電壓主，以防止發(fā)動(dòng)機低速時(shí)的過(guò)勵，緩減加載時(shí)的沖擊，以減輕發(fā)動(dòng)機的負擔.它還提供延時(shí)的過(guò)勵保護，在勵磁機磁場(chǎng)電壓過(guò)高的情況下對發(fā)電機滅磁。

（2）MX321調壓板

      結構如圖6所示。MX321調壓板除提供MX341調壓板具有的保護發(fā)動(dòng)機的減荷特性外，還具有三相均方根檢測和過(guò)電壓保護的特點(diǎn)。

 

圖4 斯坦福發(fā)電機MX341電壓調節器

圖5  斯坦福發(fā)電機MX321電壓調節器

 

3、AVR附件

      SX440，SX421，MX341和MX321系列自動(dòng)電壓調節器的內置回路若與附件連接使用，可使發(fā)電機在下”下垂”或”無(wú)靜差”控制，AVR（無(wú)功率）/PF（功率因素）控制下并聯(lián)運行；MX321自動(dòng)電壓調節器還可提供短路電流限位控制。

 

四、斯坦福產(chǎn)品優(yōu)勢

 

1、勵磁系統的優(yōu)勢

      斯坦福無(wú)刷發(fā)電機采用勵磁方式的優(yōu)勢在于以下幾個(gè)方面：

（1）高效率：勵磁系統可以根據負載情況實(shí)時(shí)調整磁場(chǎng)的強度和方向，從而提高發(fā)電機的效率。

（2）低噪音：無(wú)刷發(fā)電機棄用了傳統的刷子和換向器，減少了機械摩擦和電火花的產(chǎn)生，從而降低了噪音水平。

（3）穩定運行：勵磁方式可以根據負載情況自動(dòng)調整電機的轉速和磁場(chǎng)強度，使得電機能夠在不同的負載情況下保持穩定的運行。

2、機械特性的優(yōu)勢

（1）空?過(guò)濾器：作為任選件，可在發(fā)電機上裝備空?過(guò)濾器，但額定值下降5%。我們建議所有安裝空?過(guò)濾器的電機加裝定?繞組?溫報警裝置。

（2）軸和鍵：所有發(fā)電機轉?都經(jīng)動(dòng)平衡校驗，校驗振動(dòng)?BS6861第1部分第2 5級中規定的最?值還要低。雙?點(diǎn)發(fā)電機帶半鍵校動(dòng)平衡。

（3）過(guò)濾接套和聯(lián)軸器：發(fā)電機都具有單?點(diǎn)和雙?點(diǎn)兩種結構。接套和盤(pán)?聯(lián)軸器符合SAE標準，可以和所有帶SAE標準接?的柴油機配套。

（4）防護等級：所有斯坦福發(fā)電機都滿(mǎn)?IP23標準防護等級作為可選項可以向客戶(hù)提供IP44空冷防護的發(fā)電機，但建議所有IP44發(fā)電機加裝定?繞組?溫報警裝置。

（5）海拔和環(huán)境溫度：所有陸?發(fā)電機的額定功率均指海拔不超過(guò)1000?，環(huán)境溫度?于400C時(shí)的功率。若海拔超過(guò)1000?，每升?500?，功率下降3%; 海拔超過(guò)4000?時(shí)，請咨詢(xún)康明斯發(fā)電機廠(chǎng)家。環(huán)境溫度超過(guò)40時(shí)，每上升5，電機功率下降3%；當環(huán)境溫度超過(guò)600C咐，請和康明斯發(fā)電機??聯(lián)系并咨詢(xún)。

 

總結：

      斯坦福無(wú)刷發(fā)電機勵磁技術(shù)的應用給電機領(lǐng)域帶來(lái)了新的突破。通過(guò)勵磁方式，電機可以實(shí)現高效率、低噪音和穩定運行。無(wú)論是工業(yè)機械、家用電器還是新能源領(lǐng)域，斯坦福無(wú)刷發(fā)電機都表現出了巨大的潛力。未來(lái)隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)刷發(fā)電機將在更多領(lǐng)域得到廣泛應用。

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