技術(shù)與安全知識(shí)

交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性

 

并聯(lián)發(fā)電機(jī)組的無功負(fù)載分配取決于各發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的特性。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的方案和路線很多，把它們逐一介紹是困難的。但是，為了建立無功負(fù)載分配的一般概念， 康明斯發(fā)電機(jī)可以避開具體調(diào)壓線路和其動(dòng)作過程，而只用調(diào)壓器調(diào)節(jié)勵(lì)磁的最終結(jié)果來進(jìn)行分析。

大家知道，影響發(fā)電機(jī)電壓變化的主要因素是無功電流，而調(diào)壓器調(diào)節(jié)勵(lì)磁的目的， 康明斯發(fā)電機(jī)簡單地說，就是恢復(fù)和保持發(fā)電機(jī)的端電壓。這種發(fā)電機(jī)無功電流和發(fā)電機(jī)電壓的因果關(guān)系，叫做發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性，或簡稱調(diào)壓特性。它實(shí)際上表征了勵(lì)磁調(diào)節(jié)的最終結(jié)果，而且這一特性是可以從發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)（電壓、電流、功率）直接測取的，并不需要知道調(diào)壓器的具體線路特點(diǎn)。

δ* 表示了發(fā)電機(jī)無功電流由零變化到額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓相對(duì)其額定值的百分?jǐn)?shù)。習(xí)慣上認(rèn)為下降的調(diào)差率為正，即對(duì)δ>0的特性稱為具有正調(diào)差率的有差特性，對(duì)δ<0的特性稱為負(fù)有差特性，而δ=0的特性稱為無差特性。當(dāng)用直線代替調(diào)壓特性的曲線后，在某一無功負(fù)載下，將具有電壓偏差△Uy，稱為調(diào)壓特性的非線性度。

 

交流發(fā)電機(jī)電壓空載特性曲線圖

 

1、發(fā)電機(jī)電壓調(diào)控

 

調(diào)控的目的就是實(shí)現(xiàn)在同步發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)住輸出電壓。調(diào)控技術(shù)的理念是實(shí)時(shí)地從主發(fā)電機(jī)電樞取得電壓和電流，經(jīng)整流和負(fù)反饋調(diào)理后供給勵(lì)磁機(jī)的定子線圈，使其產(chǎn)生變化規(guī)律與主發(fā)電機(jī)輸出電壓變化規(guī)律相反的直流電磁場，這個(gè)磁場也必然使勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞的輸出電壓及旋轉(zhuǎn)整流器供給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的直流電流按同樣的規(guī)律而變化。從而起到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場大小，使主發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷范圍內(nèi)保持良好輸出特性的作用。

 

2、同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)控

對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)節(jié)過程，可以用以下的流程表示；由于負(fù)荷增加使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↓(降) →經(jīng)負(fù)反饋調(diào)理后勵(lì)磁機(jī)定子電流及磁場↑→勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞輸出電壓↑→旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流↑→主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場↑→使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↑若主發(fā)電機(jī)電壓升高，則其反饋調(diào)控使以上各環(huán)節(jié)作用降低，導(dǎo)致電壓回到額定值。可見通過勵(lì)磁機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)控主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的大小，就可以穩(wěn)住輸出電壓。這其中起重要作用的是負(fù)反饋調(diào)節(jié)單元，通常稱其為恒壓勵(lì)磁裝置和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。

3、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器

 

現(xiàn)代交流同步發(fā)電機(jī)常用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR這種電子部件調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)定子磁場的強(qiáng)弱。雖然AVR的種類很多，但性能大同小異；都是實(shí)時(shí)采樣主發(fā)電機(jī)的輸出電壓值與預(yù)先設(shè)定的值相比較，用比較的結(jié)果去調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制器PWM；輸出電壓值高則調(diào)制器輸出脈沖寬度窄，反之則寬。然后再用這些脈沖去調(diào)控大功率開關(guān)器件即三極管或場效應(yīng)管控制送入勵(lì)磁機(jī)定子線圈的電流的時(shí)間。從而使它的磁場強(qiáng)弱隨著主發(fā)電機(jī)輸出電壓的變化而相反變化；即輸出電壓升高則勵(lì)磁機(jī)定子磁場減小，輸出電壓降低勵(lì)磁機(jī)定子磁場增強(qiáng)。從而達(dá)到負(fù)反饋調(diào)控的目的。

 

4、常用AVR類型

 

取樣自主發(fā)電機(jī)輸出電壓的信號(hào)從8、9兩端輸入到電壓測量比較單元，與內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的電壓值(例如380V)相比較。比較結(jié)果以輸出電壓UA送入脈沖寬度調(diào)制單元PWM，輸出電壓UC送入低頻保護(hù)單元。電壓測量比較單元的L、S、H是連接主發(fā)電機(jī)輸出電壓幅值調(diào)節(jié)電位器的三個(gè)端子。脈沖寬度調(diào)制器由穩(wěn)壓器輸出的直流電壓UCC作為工作電源，以確保其性能穩(wěn)定。它的輸出電壓UB控制調(diào)制管VT3。若由電壓測量比較單元送來的UA大，表明主發(fā)電機(jī)輸出電壓升高，則大的UA就會(huì)使脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖UB的寬度變窄。窄的脈沖就會(huì)使VT3導(dǎo)通時(shí)間短，通過的電流少。反之，主發(fā)電機(jī)電壓降低UA變小，脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖UB的寬度隨之變寬，從而使VT3導(dǎo)通時(shí)間變長，通過的電流增多。
   

勵(lì)磁機(jī)定子線圈一端接在端子X1上，另一端接在XX1端子上。由主發(fā)電機(jī)電樞送來的EA、EB、Ec三相電壓，經(jīng)過三個(gè)二極管VD10、VD11、VD12整流后，電流從X1端流入勵(lì)磁機(jī)的定子線圈，由XX1流出，再經(jīng)過調(diào)制管VT3和XN端子流回主發(fā)電機(jī)電樞，形成勵(lì)磁機(jī)定子線圈的勵(lì)磁電流通路。VT3是這個(gè)通路上的開關(guān)，它導(dǎo)通時(shí)間長，則定子線圈流過電流時(shí)間長，定子磁場強(qiáng)度大；VT3導(dǎo)通時(shí)間短，定子線圈電流少，定子磁場強(qiáng)度小。

 

5、AVR調(diào)控主發(fā)電機(jī)電壓

 

主發(fā)電機(jī)由于負(fù)荷原因輸出電壓升高，電壓測量比較單元輸出的UA隨著升高，受UA控制的脈寬調(diào)制器輸出脈沖UB寬度變窄，開關(guān)管VT3導(dǎo)通時(shí)間短，勵(lì)磁機(jī)定子磁場減弱，轉(zhuǎn)子電樞電壓及旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流隨之減小，導(dǎo)致供給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流變小，則主發(fā)電機(jī)因其轉(zhuǎn)子磁場的減小而使輸出電壓降低。反之，AVR的負(fù)反饋調(diào)控功能就會(huì)使主發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高，在主發(fā)電機(jī)因負(fù)荷超出額定值而輸出極大電流時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也需隨之輸出巨大的動(dòng)力以致導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速低于額定值。

 

6、低頻保護(hù)單元的作用

 

就是在這種情況下限制勵(lì)磁機(jī)定子線圈里電流的超額增大。它以電阻和電容構(gòu)成的充放電支路預(yù)先設(shè)定一個(gè)低頻保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)主發(fā)電機(jī)負(fù)荷正常時(shí)，從電壓測量單元來的UC小于低頻保護(hù)點(diǎn)，則低頻保護(hù)單元輸出的電壓Ud高，二極管VD8被截止，Ud到不了脈寬調(diào)制器，起不了作用。若主發(fā)電機(jī)超載則Ud變低，VD8導(dǎo)通，Ud和UA就可同時(shí)作用于脈寬調(diào)制器，使其輸出的脈沖UB隨Ud的下降而變窄，調(diào)制管VT3導(dǎo)通時(shí)間隨之變短，勵(lì)磁電流減小勵(lì)磁機(jī)定子磁場變?nèi)?，從而?dǎo)致主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場減小。發(fā)電機(jī)輸出電壓下降、電流減小。低頻保護(hù)單元起到了保護(hù)勵(lì)磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)的作用。

 

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