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故障檢查與技術(shù)維護 |
交流發(fā)電機的調壓方式和原理 |
摘要：AVR是英文automatic voltage regulator的縮寫(xiě)，是三相同步發(fā)電機的重要部件。AVR是一種半波相近控制閘流管型的自動(dòng)電壓調節器，是康明斯公司生產(chǎn)的斯坦福交流發(fā)電機勵磁系統的一部分。除調節康明斯柴油發(fā)電機組的電壓外，AVR還具有低速和無(wú)檢測信號保護的功能，以保證對發(fā)電機安全可靠的控制，勵磁電源直接由發(fā)電機輸出端導出。AVR電源電路使用的高效半導體保證了由剩磁獲得的起勵電壓。
一、調壓方式
AVR自動(dòng)電壓調節器是一種密封電子裝置，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，穩定無(wú)刷發(fā)電機之輸出電壓要求，具有低頻與無(wú)輸入信號保護裝置。并附有并聯(lián)補償功能，符合客戶(hù)擴增容量需求。其具有電壓整定、穩定度調節、F/V頻率/電壓特性設定、F/V低頻保護、F/V電壓下降設定、勵磁電流限制、并聯(lián)正交調差（下垂調節）等功能，同時(shí)可外接電壓微調電位器、功率因數調節器進(jìn)行控制。并附有并聯(lián)補償功能，符合客戶(hù)擴增容量需求。對電力系統電壓和無(wú)功功率進(jìn)行調整的方式。通常有：
1、逆調壓
考慮到高峰負荷時(shí)供電線(xiàn)路上電壓損耗大，將中樞點(diǎn)電壓適當升高以抵消部分甚至全部損耗的電壓損耗的增大；低谷負荷時(shí)供電線(xiàn)路上電壓損耗小，將中樞點(diǎn)電壓適當降低以補償部分甚至全部電壓損耗的減少，有可能滿(mǎn)足負荷對電壓質(zhì)量的要求。高峰負荷時(shí)升高中樞點(diǎn)電壓、低谷負荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓的電壓調節方式。通常用于供電線(xiàn)路較長(cháng)、負荷變動(dòng)較大的情況。
2、常調壓
在任何負荷下都保持中樞點(diǎn)電壓為基本不變數值的調壓方式。通常適用于負荷變動(dòng)小、線(xiàn)路上電壓損耗小的情況。
3、順調壓
高峰負荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓略低，而低負荷時(shí)卻略高的調壓方式。它適用于允許電壓偏移較大的配電網(wǎng)。
二、發(fā)電機工作原理與調壓
1、發(fā)電機工原理
由于發(fā)電機與發(fā)動(dòng)機的傳動(dòng)比是固定的，所以發(fā)電機的轉速將隨發(fā)動(dòng)機轉速的變化而變化。柴油發(fā)電機組在運行過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機轉速變化范圍很大，發(fā)電機的端電壓也將隨發(fā)動(dòng)機的轉速變化而在很大范圍內變化。發(fā)電機對用電設備供電和向蓄電池充電，都要求其電壓穩定，所以為使電壓始終保持在某一數值基本不變，就必須對發(fā)電機的輸出電壓進(jìn)行調節。
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)現對輸出的控制。AVR根據獲得的采樣數據控制輸出到勵磁系統的電流，通過(guò)可控硅導通角的調節，把無(wú)功功率、功率因數和輸出電壓控制在一定的范圍內。柴油發(fā)電機組的AVR接線(xiàn)方式國產(chǎn)和進(jìn)口機基本一樣，只需要連接E＋、E－和U、V相繞組取樣電壓和零線(xiàn)，根據取樣電壓與設定電壓的誤差放大，經(jīng)脈寬調制，通過(guò)可控硅導通角的調節控制輸出勵磁電流從而調節發(fā)電機的輸出電壓。
2、調壓原理
由交流發(fā)電機的工作原理我們知道，交流發(fā)電機的三相繞組產(chǎn)生的相電動(dòng)勢的有效值：Eφ==CeФn（V）。以斯坦福AVR調壓板為例，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)電機的結構常數，n為轉子轉速，Ф為轉子的磁極磁通，也就是說(shuō)交流發(fā)電機所產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢與轉子轉速和磁極磁通成正比。當轉速升高時(shí)，Eφ增大，輸出端電壓UB升高，當轉速升高到一定值時(shí)（空載轉速以上），輸出端電壓達到極限，要想使發(fā)電機的輸出電壓UB不再隨轉速的升高而上升，只能通過(guò)減小磁通Ф來(lái)實(shí)現。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)電機調節器的工作原理是：當交流發(fā)電機的轉速升高時(shí)，調節器通過(guò)減小發(fā)電機的勵磁電流If來(lái)減小磁通Ф，使發(fā)電機的輸出電壓UB保持不變。觸點(diǎn)式電壓調節器通過(guò)觸點(diǎn)開(kāi)閉，接通和斷開(kāi)磁場(chǎng)電路，來(lái)改變磁場(chǎng)電流If大小晶體管調節器、集成電路調節器等利用大功率三極管的導通和截止，接通和斷開(kāi)磁場(chǎng)電路，來(lái)改變磁場(chǎng)電流If大小。
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圖1 調壓板AS440 |
圖2 MX450穩壓板 |
圖3 MX341（AVR）穩壓板 |
三、AVR的主要功能
以康明斯柴油發(fā)電機組為例，其調壓板接線(xiàn)圖和功能微調旋鈕指示分別如圖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(dòng)微調器(安裝時(shí))調節。從下垂CT的輸出也被添加到這個(gè)信號。整流器將交流輸入信號轉換為直流，以便進(jìn)一步處理。直流機添加模擬輸入信號傳感信號。
（2）放大器(Amp)將感應電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并放大差分(誤差)，為電力設備提供控制信號。坡道發(fā)電機、液位檢測器和驅動(dòng)程序無(wú)限控制功率控制裝置的傳導周期，因此提供了在指定范圍內維持發(fā)電機電壓的激勵系統。
（3）穩定電路提供可調負反饋，以保證控制系統的穩定狀態(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控制電路的運行。短路檢測器檢測發(fā)電機輸出端存在短路，并迫使功率控制裝置完全導通。這僅發(fā)生在A(yíng)VR從輔助繞組供電時(shí)。功率控制裝置根據放大器產(chǎn)生的誤差信號來(lái)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)電機端子上傳導噪聲的數量。
（7）過(guò)勵磁檢測器持續監測勵磁機的勵磁電壓，并提供信號，如果在指定的時(shí)間周期內持續存在勵磁狀態(tài)，則會(huì )使輸出電壓崩潰。
（8）電源提供用于A(yíng)VR電路所需的電壓。
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圖4 康明斯發(fā)電機組AVR調壓板接線(xiàn)圖 |
圖5 康明斯發(fā)電機組調壓板調整旋鈕功能指示圖 |
四、AVR控制的調整
1、電壓調整
發(fā)電機的輸出電壓設置在工廠(chǎng)出廠(chǎng)前完成，但可以通過(guò)仔細調整AVR板上的電壓控制，如需安裝或可由外部手動(dòng)微調。如果需要進(jìn)行重大調整或失去穩定性，請遵循“電壓設置”。如果手動(dòng)微調端口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用。
注意：不要增加額定發(fā)電機電壓以上的電壓。如有疑問(wèn)，請參閱安裝在發(fā)電機外殼上的等級板。切勿將手動(dòng)微調端子接地，因為這些終端可能超出了地電位。否則可能會(huì )導致設備損壞。如果替換的AVR已經(jīng)安裝或重新設置了電壓調整，在運行發(fā)電機前，將電壓控制完全反順。
2、電壓設置程序
主要用于調整和更換AVR。閱讀并理解這個(gè)程序，然后再動(dòng)手嘗試。
（1）工作在運行發(fā)電機之前，將電壓控制完全逆時(shí)針旋轉。
（2）將遠程電壓調整器(如果安裝)安裝到中途位置。
（3）將“STABILITY ”控制轉向中間位置。
（4）連接一個(gè)合適的電壓表(0-300v ac)。
（5）啟動(dòng)發(fā)電機組，并在額定頻率上無(wú)負載運行，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)調整。
（7）請小心地順時(shí)針?lè )较蛐D電壓控制，直到達到額定電壓。
（8）如果額定電壓存在不穩定，請參考穩定性調整，必要時(shí)再調整電壓。
（9）電壓調整現已完成。
3、穩定性調整
AVR包括一個(gè)穩定或阻尼電路，以提供良好的穩態(tài)和瞬態(tài)性能的發(fā)電機。提供了一個(gè)開(kāi)關(guān)，以改變穩定電路的響應，以適應不同的框架大小的發(fā)電機和應用。該表顯示了可用的選項。穩定調節的正確設置可以通過(guò)在沒(méi)有負載的情況下運行發(fā)電機來(lái)找到，并且在發(fā)電機電壓開(kāi)始不穩定之前，緩慢地逆時(shí)針旋轉穩定控制。從這一點(diǎn)(即機器電壓穩定但靠近不穩定區域)，最優(yōu)或臨界阻尼位置是順時(shí)針的。在頻率下滾下(UFRO)
（1）調整
AVR集成了一個(gè)低速保護電路，當發(fā)電機速度低于一個(gè)被稱(chēng)為“knee”點(diǎn)的可預設置閾值時(shí)，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調整預置和密封，只需要選擇50或60Hz使用跳線(xiàn)連接。對于最佳的設置，LED應該照射到低于標稱(chēng)的頻率，即在50Hz系統上的47Hz或60Hz系統上的57Hz。
（2）DROOP的調整
為并聯(lián)運行的發(fā)電機配備了一個(gè)正交的下垂的ct，它為AVR提供了一個(gè)依賴(lài)于功率因素的信號。在A(yíng)VR上，cot與S1S2相連。正常情況下，在全負荷零功率因數下，DROOP的調整通常是預先設定的，使5%的電壓下降。順時(shí)針增加的數量比較溫度信號注入了AVR和增加下垂滯后功率因數(因為0)。完全逆時(shí)針控制，沒(méi)有DROOP。
（3）修剪調整
模擬輸入(A1A2)連接到功率因數控制器或其他設備。它被設計成接受直流信號高達±5V。
注意：任何與此輸入相連接的設備必須完全浮動(dòng)，并從地面上以電流隔離，具有500vac的絕緣性能。未能遵守這可能導致設備損壞。
應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的負電荷減少。微調控制允許用戶(hù)調整輸入的靈敏度。在完全逆時(shí)針的情況下，外部應用的信號沒(méi)有效果。順時(shí)針有最大的效果。當使用功率因數控制器時(shí)，正常設置是完全順時(shí)針的。
（4）過(guò)勵(EXC TRIP)調整
設置調整是固定的，并且不可修改。一般在LED上顯示過(guò)勵磁條件，也表明在運行。發(fā)電機必須停止，以重新設定一個(gè)勵磁狀態(tài)。
總結：
康明斯公司生產(chǎn)的斯坦福發(fā)電機系列自動(dòng)電壓調節器是半波晶閘管相控型AVR和形式的一部分，用于無(wú)刷發(fā)電機的勵磁系統。該設計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(guò)在A(yíng)VR的電源電路中使用有效的半導體來(lái)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立的端子，如果需要持續的短路性能，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電壓傳感終端連續采樣輸出繞組用于電壓控制目的。為了響應這個(gè)采樣電壓，AVR控制供給勵磁機磁場(chǎng)的功率，因此主磁場(chǎng)保持發(fā)電機輸出電壓在規定的范圍內，補償發(fā)電機的負載、速度、溫度和功率因數。
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