交流无刷发电机自动电压调节器的应用研究.docVIP

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。本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。并结合船舶调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 从当前的船舶发展的形势看，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有着至关重要的作用。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D-AVR产品国外有西门子、三菱、ABB以及巴斯勒等公司生产的D-AVR产品。AVR与主定子绕组和励磁绕组连接，对输出电压提供精度为±1％的闭环控制。在从主定子获得电源外,AVR还从输出绕组取样电压以实现对输出的控制。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。国产和印度机的AVR接线方式一样，只需要连接E＋、E－和U、V相绕组取样电压和零线，根据取样电压与设定电压的误差放大，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量。总体而言，船舶电站一般由3～4台发电机组成，所以每台发电机就是能量的源泉。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。完成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，调压系统对于船舶电网有着重大作用及意义。 2、船舶交流发电机需要电压调节器必要性 2.1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，并且电动机的启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下降。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压控制。 2.2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，气隙磁场的磁极方向在直轴上，见图2-1。而当负载接通以后，就有电流流过定子电枢绕组，该电流产生电枢磁场。此时主磁场是转子产生的气隙磁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（COSΦ=1）即纯电阻负载，此时电枢磁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一侧被增加，另外一侧被削弱。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°（COSΦ=0）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（COSΦ=0）即纯电容负载，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，因此当发电机负载以后，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载下船舶电网电压的恒定，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。 图2-1 无负载主磁场分布图 图2-2 纯电阻负载主磁场分布图 图2-3 电感性负载主磁场分布图 图2-4 电容性负载主磁场分布图 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