交流无刷发电机自动电压调节器的应用研究.docx

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1、摘要交流无刷发电机是在发电机内部采用旋转晶闸管整流元件，通过自动电压调节器控制旋转晶闸管整流器，而获得良好控制特性的一种新型发电机。这种发电机的主要特点是有较好的瞬时电压变化特性，能承受较大的短路电流，整机维护工作量很少。木文简要叙述了船用交流无刷发电机自动电压调节器的两种调节方式，并通过不同厂家的调压器对两种调节方式进行分析。并结合船舶周试发电机过程中出现的一些问题，谈谈一些常见故障的处理.关键词：自动调压器(AvR)可控电源型分流型1、前言从当前的船船发展的形势看，调压系统已经成为交流同步发电机中最重要，最核心的组成部分之一，对于交流同步发电机的性能Itf若至关重要的作用。当船舶电力系统负

2、荷发生变化而引起电网电压波动时，就需要迅速改变发电机励磁以维持电压在一定的精度内。完成这一步骤的就是发电机的自动调压系统。目前大多数船舶电站同步发电机任然配备模拟式AvR产品，这些产品调节精度低，动作时间长，保护功能少，不利于更新换代需要尽快实现升级。目前船用DAVR产品国外有西门子、三菱、ABB以及巴斯勒等公司生产的DAVR产品。AVR与主定了第K和励磁绕组连接，对输出电压提供精度为土陶的闭环控制。在从主定了获得电源外，AVRi丕从输出绕组取样电压以实现时输出的控制。AVR根据获得的采样数据控制输出到励磁系统的电流，通过可控硅导通角的调节，把无功功率、功率因数和输出电压控制在一定的范围内。国

3、产和印度机的AVR接线方式一样，只需要连接E十、E-mV相绕组取样电压和零线，根据取样电压与设定电东的误差放大,经脉宽调制，通过可控硅导通角的调节控制输出励磁电流从而调节发电机的输出电压。船舶电网是一个有限量电网，一般只有一个或者两个电站组成，故电站的容量就是电网的容拼:。总体而言，船舶电站一般由34台发电机组成，所以每台发电机就是能盘的源泉。当船舶电力系统负荷发生变化而引起电网电压波动时，就需要迅速改变发电机励磁以维持电压在一定的精度内。完J必这一步骤的就是发电机的自动调压系统。当然，发电机起动时也是靠自动调压系统迅速达到额定电压。因此，调压系统对于册船电网有着重大作用及意义。2、船舶交流发

4、电机需要电压调节器必要性1.1 发电机外部原因从发电机外部原因来说：交流发电机需要自动电压调节器的理由有两点。首先，当大容量的电动机启动时，会产生强大的启动电流，由于,船舶电网是一个有限量电网，从而会对电网造成巨大冲击，并且电动机的总动电流基本上都是无功电流，当这个无功电流流过发电机时，加强了发电机交轴去磁电枢反应，使得端电压较大幅度的卜.降。其次，当外部电路发生短路时,为了使得短路点迅速脱离电网，保护系统需立即动作,而要使保护系统在短路时迅速工作，发电机必须进行强励磁以维持一定幅值的端电压使保护系统投入工作。显而易见靠手动调节励磁，响应速度肯定不行。因此必须要有自动电压调节器进行电氏控制。2

5、. 2发电机内部从发电机内部而言：当发电机在原动机的驱动下运转后，转子绕组流过电流，产生气隙磁场，气隙磁场的施极方向在直轴上，见图2-1。而当负我接通以后，就有电流流过定子电枢绕组，该电流产生电枢磁场。此时主磁场是转F产生的气隙窿场和定子产生的电枢磁场的合成.而电枢磁场对主磁场必定产生影响，这种影响即电枢反应。同时电枢反应的结果是随着负载的性质不同而不同。当电枢电流与电压同相(CoS(P=I)即纯电阻负载，此时电枢世场的磁极方向在交轴上，即交轴电枢反应。电枢反应的结果使得主磁场恻被增加，另外侧被削明。如果磁路饱和的话，会减少主磁场，使得电压有所下降，见图2-2。当电枢电流滞后电压90(COSc

6、p=O)纯电感负载，此时电枢磁场的磁极方向在直轴上，方向和气隙磁场相反，即直轴去磁电枢反应。其结果使得主磁场大大削弱，导致电压下降,见图2-3。当电枢电流超前电压90时(CoStP=O)即纯电容负载，此时电枢破场的破极方向在直轴上，方向和气隙磁场相同，即直轴助磁电枢反应.其结果使得主磁场大大增加，导致电压上升，见图2-4。船舶的负载是电阻性和电感性的综合，功率因数永远小于1,因此当发电机负我以后，总是使得发电机的端电压下降。为了保证不管在什么性质的负栽下船的电网电压的恒定，必须需要自动电压调节器来调节发电机的励磁电流,确保电压在规范规定的范围内,eF图2-1无负载主磁场分布图直轴F-交轴图2-

7、2纯电限负融主磁场分布图TF图2-3电超性负载主磁场分布图图27电容性负就主破场分布图直轴3、自动调压器的工作原理自动电压调压器简称AVR(英语名称的第一个字母缩写)，是按机端电压偏差进行励磁调节的装置其工作原理就是当机端电压出现偏差时，调节发电机的励磁电流或名励磁机的励磁电流，消除偏差或者减小到允许范围内图3T是自动电压调压器AVR与发电机的关系图.如图自动电压调压器AVR本身是个可控的电源装置。电源输入变换成可控的直流电源,机端电压的偏差AU经放大，输出控制电压Uc,控制直流电源输出，进行励磁调节。励磁调节输出通过励磁机控制发电机励磁绕组的电流。也有无励磁机的调压系统，则直接控制励磁绕组的

8、励磁电流。从而翻整发电机的输出电压。2.1 AVR的电源AVR的输入电源一般有：采用发电机机端电压(或抽头)、附加定子绕组和永磁发电机等等.图3-2是无刷发电机典型的三种供AVR电源的方式，其中图（八）AVR由设在定子上的辅助绕组供电；图(b)AVR由机端电压经变压器供电：而图(C)AVR由永磁发电机供电。图和图(C)的AVR输出的励磁功率由原动机提供，发生短路不影响辅助绕组或永磁发电机的输出，并可提供强励。图(b)用机端电压直接供电存在定隐患，万发电机端发生短路，机端电压骤降，甚至消失，则励磁电流也将消失，不能提供强励，需附加强行励磁措施。电松烧投辅助改组tttS1.原动机电源输出电港启测电

9、反检费电趣AVR（八）AVR中辅助绕纸供电的无刷勘磁系统发电机三ffib)AVR由机端供电的无刷励性系统发电机(C)AVR由永确发电机供电的无刷励磁系统图3-2羟典励感系统几种供AVR方式3. 2电压电流的检测在AVR扳子上有电压电流的检测，用于遍节时的参数3.3电压调整当发电机转速低的时候，发电机端电压低，此时AVR的任务是力图调节使机端电压到达额定电压。由于此时AvR输出电压急剧增加，有可能出现输出过载，所以必须具备低频(转速)保护，即低频时使AVR退出工作。当由于负载变化或者并车时，则通过检测来的电压电流及相位，与给定值比较，调节励磁电流，使电压维持在一定的精度内，即允许范围内。4. 船

10、用交流无刷发电机的自动电压调节器（AVR）的主要调节方式船用交流无刷发电机的自动电压调节器（AVR）的主要调节方式有两种，一种是可控电源型,如图4Ta.第二种是分流型，如图4Tb；基本的楼念都是建立在交流发电机要维持机端电压的恒定，必须根据发电机机端电压的变化.不断地调节励磁绕组的电流“-OB-OCa.可控电源树眼方式b.可控分流刷毡方式R1.-I-1发电机的励世当通了电的励磁绕组（转了）在原动机的邸动下，它所产生的I：磁场切割了定了的三相绕组,三相绕组就会感生电势,负载以后，三相绕组就有电流流过，负载电流使得三相绕组也产生了一个电枢越场，这个电枢修场和由励磁绕组产生的主磁场（气隙睡场）必定会

11、在发电机内部相互作用，称之电枢反应，电枢反应包括交轴电枢反应和直轴电枢反应。不管是那一种反应，其结果总是扭曲了主磁场，扭曲的程度完全决定于负我电流的大小和功率因数的高低,从而使得端电压发生变化。要维持端电压的恒定，就需要改变主磁场的强度，也即调节励磁电流。当发电机制造好以后，只有两种方法可以调节励磁电流，第一种调节励磁网路电源的电压，改变励磁电流，如图4Ta.第二种给定励磁电路一个恒流源，利用电阻R进行分流,调节励磁电流,如图4-1.b4.1 可控电源励磁方式:图4-2可控真流电源图I-2说明了可控直流电源实际上是可控全波整流,交流将的输入来自于发电机端电压，直流臂的输出接到发电机的励磁绕组。

12、由于每一对臂上都有一个可控旌，改变可控硅的控制极的触发信号，就能改变可控硅的导通角，也就是控制了励磁电压。由于船用发电机最大的容贵也不过儿到上万丁瓦，而且乂都使用了无刷发电机，励磁电压上百伏，励磁电流几个到几卜安培，励磁功率很小，可控硅的体积不大，由此，可控电源的独立板子可以做得很小，又连接的线路电压较低，电流较小。该板子就能够安装在主配电板里的任何位宜。不需要安装在发电机内。如果发电机的端电压只需要按照机端电压进行调节物磁电流，就可以采用图3模式可控电源形式的调压器。5600箱和4100箱集装箱船就采用BarIer公司的MVC型调压潜作为发电机的备用调JK渊，和该公司的SSR型（也是可控电源

13、形式）主用调压器组成一个调压系统.B1.1.-3可控直流电源框图为了分析可控电源形式的调压器基本工作原理，以图47为例。图47是图4-3的具体线路，图中转换开关S是作为主用调压器和备用调压器的转换之用。如果发电机在配置上不需要备川调压器的话，则取消转换开关或者将转换开关永远固定在这一个位置。那么MVC调压器就作为主用调压器.图4中，集成块“A”包括了比较放大器、电压一频率变换器、同步电路以及消振电路等。它的6脚输入信号（取样电压）直接来自励磁电压，也就是可控直流电源的输出经R8或R9、R1.O与R7的分压。2脚是基准电压输入脚，调节电位器“W”能够改变基准电压数值，也就是调节发电机端电压。8脚

14、是脉冲输出睥，经三极管放大后，给可控硅触发信号。由电阻R8、R9.R1.O和R7组成的分压电路，见阳1-5,其目的是为了让比较放大罂的输入端取得不同的分压数值U.在相同的基准电压下，由于取样电压的不同，输出的差值也不同。从而使得同一个电压调整器当接于不同的分压电阻时，输出的励磁电压也不同。当接在电阻R8上时，输出的励盛电压为32V,当接在电阻R9上时，输出的励磁电乐为63Y,当接在电阻R1.O上时，励磁电压为125V。这样扩大了电的压调整器的应用范I刊，可以配置各种不同励磁电压的发电机。SCU1.*cr3ckeIn图I-4取样电压的分乐电路当发电机被原动机拖带到额定转速时，由于铁芯存在的剩磁,

15、使得发电机端上产生了剩磁电压.剩磁电压般为发电机额定电压的35%（额定电压为450V）该电压直接加在可控整流桥的交流桥再上，因为没仃其它任何起压的措施。发电机的起压，只能等待者可控硅控制极的触发信号,而11是要让可控硅到SSR型主用调压器图45MVe型调尔渊原理图最大角度导通的触发信号。同时，剩蕨电压经降压、整流、稳压等环节作为控制电路的工作电源以及基准电源。此时，如此低的剩磁电压，能否保证控制线路正常工作，提供可控睢最大角度导通的触发信号，并且一旦发电机起压后，又如何由最大角度导通的触发信号转为正常的控制脉冲，这是该电路的关梃。为了更清楚的阐述这个问题，我们不妨以AVK公司可控电源形式的调压罂来说明。见图4-6。图6AVK可控电源调压器原理图图4-6只是AVK调压器起压和起压后的触发脉冲的转换部分,来自发电机的剩磁电压从JI、K1.输入，加在由V6、丫7、V8.V9组成的可控全波整流的交流桥耨上。同时经变压器，Ir降压，VKV2整流，V3、V4的稳压后，提供正、负15V的两组工作电源.变压涔的另一绕组提供电压一频率变换器（脉冲发牛.器）的同步源。但是由于剩磁电压很低，经整流、泄波后的整流电压只有几伏，根本