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發(fā)電機自動(dòng)調壓器的原理 |
摘要：要想掌握柴油發(fā)電機組的基本知識，首先要掌握同步發(fā)電機的簡(jiǎn)單原理和電壓自動(dòng)控制原理。當轉子旋轉時(shí)，定子切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生交流電，同步的由來(lái)，是因為電極電流產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)的轉速與磁場(chǎng)的轉速相同，而且它們的轉向也相同（前者的轉向由后者決定），所以二者在空間上是相對靜止的，稱(chēng)為同步發(fā)電機。
一、調壓板基本原理
發(fā)電機電壓調節器是一種用于控制發(fā)電機輸出電壓的裝置，它可以根據負載的變化來(lái)調節發(fā)電機的電壓，以保持輸出電壓的穩定性。下面將介紹發(fā)電機電壓調節器的工作原理。
發(fā)電機電壓調節器主要由電動(dòng)機、電壓感應器、自激勵勵磁電源、電壓調節電路和電動(dòng)機控制電路等組成。
當發(fā)電機開(kāi)始運行時(shí)，電動(dòng)機通過(guò)傳動(dòng)裝置驅動(dòng)調節器的電壓調節電路進(jìn)行調節。電壓感應器通過(guò)感應發(fā)電機輸出電壓的大小，將電壓信號傳遞給電壓調節電路。電壓調節電路根據感應到的電壓信號來(lái)判斷發(fā)電機的輸出電壓是否正常，并根據需要進(jìn)行調節。
在調節過(guò)程中，電壓調節電路會(huì )控制自激勵勵磁電源的輸出電流，從而調節發(fā)電機的勵磁電流。當發(fā)電機的負載增加時(shí)，輸出電壓會(huì )下降，電壓感應器會(huì )感應到這一變化，并將信號傳遞給電壓調節電路。電壓調節電路根據感應到的信號來(lái)判斷發(fā)電機的輸出電壓是否低于額定電壓，并通過(guò)控制自激勵勵磁電源的輸出電流來(lái)增加勵磁電流，從而提高發(fā)電機的輸出電壓。
同樣的道理，當發(fā)電機的負載減少時(shí)，輸出電壓會(huì )上升，電壓感應器也會(huì )感應到這一變化，并將信號傳遞給電壓調節電路。電壓調節電路根據感應到的信號來(lái)判斷發(fā)電機的輸出電壓是否高于額定電壓，并通過(guò)控制自激勵勵磁電源的輸出電流來(lái)減小勵磁電流，從而降低發(fā)電機的輸出電壓。
通過(guò)這樣的調節過(guò)程，發(fā)電機電壓調節器可以保持發(fā)電機的輸出電壓在額定電壓范圍內的穩定性。當負載變化時(shí)，調節器會(huì )根據需要自動(dòng)調節勵磁電流，以使發(fā)電機的輸出電壓保持恒定。這樣可以確保供電系統中的設備正常工作，避免因電壓波動(dòng)而引起的故障。
二、調壓裝置的分類(lèi)
1、TD1型碳阻式自動(dòng)調壓裝置
這種調壓方式，在國產(chǎn)柴油發(fā)電機組上有所運用，其原理是：當發(fā)電機負柴油發(fā)電機組使用與維修荷為額定值時(shí)，調壓器保持穩定不動(dòng)，這時(shí)發(fā)電機激磁電流、電壓和主激磁電流都穩定不變；如果發(fā)電機負載發(fā)生變化，電壓降低，此時(shí)，調壓器開(kāi)始調節碳片電阻，使其電阻減小，從而使發(fā)電機激磁電流增大，促使發(fā)電機輸出電壓上升。反之，載減小，調節調壓器碳片電阻，使其電阻增大，而使激磁電流減小，又促使電壓下降。
2、相復勵自動(dòng)調壓裝置
因為特殊設備的啟動(dòng)和運行中負載變化較大，采用相復勵自動(dòng)調壓可以較好地滿(mǎn)足特殊設備的需要，因此，目前在特殊設備供電中，發(fā)電機控制部分一般采用相復勵自動(dòng)調壓方式。
相復勵自動(dòng)調壓的基本原理是當發(fā)電機空載時(shí)，電樞抽頭繞組的剩磁電壓，通過(guò)線(xiàn)性電抗器移相90。，施于三相橋式整流器上整流后，直流電流通向磁場(chǎng)繞組進(jìn)行勵磁，當剩磁電壓太低時(shí)，可用直流電進(jìn)行充電。當發(fā)電機帶有負載時(shí)，其負載電流通過(guò)電流互感器的一次繞組，產(chǎn)生一個(gè)和一次繞組電流成比例關(guān)系的二次電流，此電流能隨不同功率因數的負載變化時(shí)所需勵磁電流而相應增減。在適當參數配合下，供應和發(fā)電機所需的勵磁電流相適應，故能自動(dòng)調整電壓，保持電壓恒定在一定的范圍內。由于它的這種特性，所以在工程建筑和特殊負載變化較大的設備中，較多地采用相復勵調壓方式的發(fā)電機組。
3、可控硅自動(dòng)調壓裝置
利用串入或并入激磁回路的可控硅控制激磁電流，從而使發(fā)電機的輸出電壓隨負載的變化而進(jìn)行自動(dòng)調節，原理如圖1所示?？煽毓璧目刂品绞接卸喾N，主要分為以下兩種：
（1）利用單結晶體管組成弛張振蕩電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，改變電容的充電電壓，從而控制觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)間，改變可控硅導通角。
（2）利用三極管導通截止開(kāi)關(guān)特性，改變電容的充電電壓，控制三極管的打開(kāi)時(shí)間而產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，同樣也可以可控制的導通角。
4、柴油機電力驅動(dòng)系統
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一種取消電壓調節裝置的設計方案，原理如圖2所示。
（1）結構：
具有永磁同步發(fā)電機和制動(dòng)電阻，永磁同步發(fā)電機在轉子側與柴油機械耦合，在定子側與電壓型變換器導電相連，電壓型變換器在發(fā)電機側和負載側分別具有一個(gè)自換相脈沖變流器，自換相脈沖變流器在直流電壓側通過(guò)直流電壓中間電路彼此相連，制動(dòng)電阻可與直流電壓中間電路導電相連。
（2）原理
電壓型變換器的發(fā)電機側自換相變流器的每個(gè)發(fā)電機側接點(diǎn)(R，S，T)均可通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置與一個(gè)制動(dòng)電阻導電相連，制動(dòng)電阻彼此導電相連，借此獲得一種無(wú)需再使用附加電壓調節器的柴油電力驅動(dòng)系統。
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圖1 發(fā)電機自動(dòng)調壓器原理圖 |
圖2 柴油機電力驅動(dòng)系統原理圖 |
三、調壓板基本功能
1、自勵建立電壓可靠性檢查
起動(dòng)柴油發(fā)電機至額定轉速，已投入運行的發(fā)電機，轉速接近額定轉速時(shí)都應該能自動(dòng)建立電壓，交流電壓表指示的電壓應接近額定電壓，電路如圖3所示。若未有電壓指示，調節“電壓調節”電位器，順時(shí)針轉電壓應上升，若電位器已調至最大位置仍無(wú)電壓，用萬(wàn)用表直流擋檢測勵磁輸出F+、F-，用萬(wàn)用表交流擋檢測電源電壓輸入端和檢測電壓輸入端，若輸入端有電壓，而勵磁輸出端仍無(wú)電壓，說(shuō)明該調壓板已損壞，應換上同型號、規格新的調壓板。
2、電壓整定范圍檢査
根據國家標準規定，發(fā)電機電壓整定范圍≧1.05倍額定電壓和≦0.95倍額定電壓。檢測時(shí)， 發(fā)電機已處于空載轉速（頻率達52.5Hz）。順時(shí)針轉“電壓調節”電位器旋鈕，若電位器己調至最大位置，發(fā)電機電壓應大于1.05倍額定電壓，若小于此值，用萬(wàn)用表直流檔檢測勵磁輸出F+、F-端子，測得的勵磁電壓沒(méi)有超過(guò)銘牌規定值，說(shuō)明調壓板電壓整定范圍上限不夠高。再逆時(shí)針轉“電壓調節”電位器旋鈕，發(fā)電機電壓應小于0.95倍額定電壓，若電位器已調至最小位置，發(fā)電機電壓未能小于此值，說(shuō)明調壓板電壓整定范圍下限不夠低，應更換調壓板。
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圖3 發(fā)電機自勵建立電壓原理圖 |
圖4 柴油發(fā)電機組電壓整定范圍檢査 |
3、低頻保護檢查
設置有低頻保護環(huán)節的調壓板，在發(fā)電機轉速升至頻率轉折拐點(diǎn)（一般為45HZ）之前， 發(fā)電機勵磁電流不允許大于銘碑規定值，否則有刷發(fā)電機轉子繞組或無(wú)刷發(fā)電機交流勵磁機定子繞組、電樞繞組將因持續的超大勵磁電流而過(guò)熱直至燒毀。在發(fā)電機升速過(guò)程，若出現勵磁電流超大，說(shuō)明調壓板低頻保護失效，應更換調壓板。低頻保護特性一般在調壓板生產(chǎn)廠(chǎng)已調試好，其電位器旋鈕已固封，發(fā)電機調試時(shí)無(wú)需調節，但有的廠(chǎng)家未固封，此時(shí)可用小螺絲刀調節“頻率轉折”電位器，順時(shí)針轉，低頻保護點(diǎn)頻率升高，若升至45Hz之前，還出現超大勵磁電流，說(shuō)明該調壓板低頻保護功能不滿(mǎn)足要求，應更換。
4、電壓穩定性檢査
調節“電壓穩定性”電位器，順時(shí)針轉，發(fā)電機電壓波動(dòng)率好， 但穩態(tài)、瞬態(tài)電壓調整率變差；逆時(shí)針轉調節器旋鈕，發(fā)電機電壓波動(dòng)率變差，但穩態(tài)、瞬態(tài)電壓調整率變好。發(fā)電機要求既有合格的電壓波動(dòng)率，也有合格的穩態(tài)、瞬態(tài)電壓調整率，通過(guò)調節“電壓穩定性"電位器，上述3項性能指標中任1項不合格，說(shuō)明該調壓板不合格，應更換調壓板。
電壓穩定性對發(fā)電機輸出電壓質(zhì)量的影響主要有：
（1） 發(fā)電機電壓波動(dòng)率
穩定性好電壓波動(dòng)率小。穩定性差電壓波動(dòng)率大，不適用于幾乎所有用電設備。柴油發(fā)電機組標準規定：電壓波動(dòng)率≦0.5%，穩定性越好，電壓越穩定。
（2） 穩態(tài)電壓調整率
穩定性好，穩態(tài)電壓調整率小，即從空載到滿(mǎn)載電壓變化小。穩定性差，則穩態(tài)電壓調整率大，從空載到滿(mǎn)載電壓上升或下降大，也不適用于幾乎所有用電設備。國家標準規定：發(fā)電機穩態(tài)電壓調整率有≦±1.0%、±2.5%、±5.0%三類(lèi)指標， 依不同勵磁方式發(fā)電機而定。穩態(tài)電壓調整率越小，電壓越穩定。
（3） 瞬態(tài)電壓調整率
穩定性好，瞬態(tài)電壓調整率小，從空載突加負載至滿(mǎn)載，或從滿(mǎn)載突減負載至空載瞬變的過(guò)程中，電壓變化小，電壓恢復速度快。穩定性差，則瞬態(tài)過(guò)程電壓變化大，反映速度慢。國家標準規定：發(fā)電機瞬態(tài)電壓調整率為≦ （-15%?＋20%）、 ≦ （-20%?+ 25%）、≦ （-25%?+ 30%） 3類(lèi)指標，依不同勵磁方式發(fā)電機而定。瞬態(tài)電壓調整率越小，電壓越穩定。起動(dòng)電動(dòng)機能力也越強。
5、并列運行調差精度檢查
適用于兩臺或多臺發(fā)電機并列運行或并網(wǎng)運行的調壓板，其內部設置有調差環(huán)節（含調節電位器），外接調差互感器，改善各臺發(fā)電機的無(wú)功功率的自動(dòng)合理分配，使各發(fā)電機穩定運行。當某臺發(fā)電機無(wú)功電流偏大時(shí)（該發(fā)電機負載功率因數滯后偏大），順時(shí)針?lè )较蚓徛{節“無(wú)功調差”電位器，無(wú)功電流偏小時(shí)（該發(fā)電機負載功率因數滯后偏?。?，逆時(shí)針?lè )较蚓徛{節“無(wú)功調差”電位器。若順時(shí)針或逆時(shí)針?lè )较蛘{節電位器過(guò)程無(wú)功電流不改變，說(shuō)明調壓板的無(wú)功調差失效，應更換調壓板。
總結：
總的來(lái)說(shuō)，發(fā)電機調壓器是發(fā)電機穩定輸出電壓的關(guān)鍵設備之一。它的主要作用是通過(guò)控制發(fā)電機的勵磁電流來(lái)調節發(fā)電機的輸出電壓，以保證電壓穩定，防止電壓過(guò)高或過(guò)低對電氣設備造成損壞，同時(shí)保證穩定的電能供應。在發(fā)電機運行時(shí)，發(fā)電機內部產(chǎn)生的電壓需要通過(guò)調壓器進(jìn)行調節，使電壓滿(mǎn)足負載的要求，并保持一定的穩定性。因此，調壓器在電力系統中具有重要的地位，可以保持供電系統的電壓穩定，確保柴油發(fā)電機組正常工作。
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