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發(fā)電機自動調壓器的原理 |
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)電機的簡單原理和電壓自動控制原理。當轉子旋轉時，定子切割磁力線產生交流電，同步的由來，是因為電極電流產生的旋轉磁場的轉速與磁場的轉速相同，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，稱為同步發(fā)電機。
一、調壓板基本原理
發(fā)電機電壓調節(jié)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調節(jié)發(fā)電機的電壓，以保持輸出電壓的穩(wěn)定性。下面將介紹發(fā)電機電壓調節(jié)器的工作原理。
發(fā)電機電壓調節(jié)器主要由電動機、電壓感應器、自激勵勵磁電源、電壓調節(jié)電路和電動機控制電路等組成。
當發(fā)電機開始運行時，電動機通過傳動裝置驅動調節(jié)器的電壓調節(jié)電路進行調節(jié)。電壓感應器通過感應發(fā)電機輸出電壓的大小，將電壓信號傳遞給電壓調節(jié)電路。電壓調節(jié)電路根據感應到的電壓信號來判斷發(fā)電機的輸出電壓是否正常，并根據需要進行調節(jié)。
在調節(jié)過程中，電壓調節(jié)電路會控制自激勵勵磁電源的輸出電流，從而調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。當發(fā)電機的負載增加時，輸出電壓會下降，電壓感應器會感應到這一變化，并將信號傳遞給電壓調節(jié)電路。電壓調節(jié)電路根據感應到的信號來判斷發(fā)電機的輸出電壓是否低于額定電壓，并通過控制自激勵勵磁電源的輸出電流來增加勵磁電流，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，輸出電壓會上升，電壓感應器也會感應到這一變化，并將信號傳遞給電壓調節(jié)電路。電壓調節(jié)電路根據感應到的信號來判斷發(fā)電機的輸出電壓是否高于額定電壓，并通過控制自激勵勵磁電源的輸出電流來減小勵磁電流，從而降低發(fā)電機的輸出電壓。
通過這樣的調節(jié)過程，發(fā)電機電壓調節(jié)器可以保持發(fā)電機的輸出電壓在額定電壓范圍內的穩(wěn)定性。當負載變化時，調節(jié)器會根據需要自動調節(jié)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(tǒng)中的設備正常工作，避免因電壓波動而引起的故障。
二、調壓裝置的分類
1、TD1型碳阻式自動調壓裝置
這種調壓方式，在國產柴油發(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，調壓器保持穩(wěn)定不動，這時發(fā)電機激磁電流、電壓和主激磁電流都穩(wěn)定不變；如果發(fā)電機負載發(fā)生變化，電壓降低，此時，調壓器開始調節(jié)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(jié)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、相復勵自動調壓裝置
因為特殊設備的啟動和運行中負載變化較大，采用相復勵自動調壓可以較好地滿足特殊設備的需要，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調壓方式。
相復勵自動調壓的基本原理是當發(fā)電機空載時，電樞抽頭繞組的剩磁電壓，通過線性電抗器移相90。，施于三相橋式整流器上整流后，直流電流通向磁場繞組進行勵磁，當剩磁電壓太低時，可用直流電進行充電。當發(fā)電機帶有負載時，其負載電流通過電流互感器的一次繞組，產生一個和一次繞組電流成比例關系的二次電流，此電流能隨不同功率因數的負載變化時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行自動調節(jié)，原理如圖1所示。可控硅的控制方式有多種，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)脈沖產生的時間，改變可控硅導通角。
（2）利用三極管導通截止開關特性，改變電容的充電電壓，控制三極管的打開時間而產生觸發(fā)脈沖，同樣也可以可控制的導通角。
4、柴油機電力驅動系統(tǒng)
簡單來說，就是一種取消電壓調節(jié)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自換相脈沖變流器，自換相脈沖變流器在直流電壓側通過直流電壓中間電路彼此相連，制動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發(fā)電機側接點(R，S，T)均可通過開關裝置與一個制動電阻導電相連，制動電阻彼此導電相連，借此獲得一種無需再使用附加電壓調節(jié)器的柴油電力驅動系統(tǒng)。
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圖1 發(fā)電機自動調壓器原理圖 |
圖2 柴油機電力驅動系統(tǒng)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都應該能自動建立電壓，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(jié)“電壓調節(jié)”電位器，順時針轉電壓應上升，若電位器已調至最大位置仍無電壓，用萬用表直流擋檢測勵磁輸出F+、F-，用萬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，而勵磁輸出端仍無電壓，說明該調壓板已損壞，應換上同型號、規(guī)格新的調壓板。
2、電壓整定范圍檢査
根據國家標準規(guī)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， 發(fā)電機已處于空載轉速（頻率達52.5Hz）。順時針轉“電壓調節(jié)”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，用萬用表直流檔檢測勵磁輸出F+、F-端子，測得的勵磁電壓沒有超過銘牌規(guī)定值，說明調壓板電壓整定范圍上限不夠高。再逆時針轉“電壓調節(jié)”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(jié)的調壓板，在發(fā)電機轉速升至頻率轉折拐點（一般為45HZ）之前， 發(fā)電機勵磁電流不允許大于銘碑規(guī)定值，否則有刷發(fā)電機轉子繞組或無刷發(fā)電機交流勵磁機定子繞組、電樞繞組將因持續(xù)的超大勵磁電流而過熱直至燒毀。在發(fā)電機升速過程，若出現勵磁電流超大，說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廠已調試好，其電位器旋鈕已固封，發(fā)電機調試時無需調節(jié)，但有的廠家未固封，此時可用小螺絲刀調節(jié)“頻率轉折”電位器，順時針轉，低頻保護點頻率升高，若升至45Hz之前，還出現超大勵磁電流，說明該調壓板低頻保護功能不滿足要求，應更換。
4、電壓穩(wěn)定性檢査
調節(jié)“電壓穩(wěn)定性”電位器，順時針轉，發(fā)電機電壓波動率好， 但穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電壓調整率變差；逆時針轉調節(jié)器旋鈕，發(fā)電機電壓波動率變差，但穩(wěn)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率，也有合格的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電壓調整率，通過調節(jié)“電壓穩(wěn)定性"電位器，上述3項性能指標中任1項不合格，說明該調壓板不合格，應更換調壓板。
電壓穩(wěn)定性對發(fā)電機輸出電壓質量的影響主要有：
（1） 發(fā)電機電壓波動率
穩(wěn)定性好電壓波動率小。穩(wěn)定性差電壓波動率大，不適用于幾乎所有用電設備。柴油發(fā)電機組標準規(guī)定：電壓波動率≦0.5%，穩(wěn)定性越好，電壓越穩(wěn)定。
（2） 穩(wěn)態(tài)電壓調整率
穩(wěn)定性好，穩(wěn)態(tài)電壓調整率小，即從空載到滿載電壓變化小。穩(wěn)定性差，則穩(wěn)態(tài)電壓調整率大，從空載到滿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(guī)定：發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電壓調整率有≦±1.0%、±2.5%、±5.0%三類指標， 依不同勵磁方式發(fā)電機而定。穩(wěn)態(tài)電壓調整率越小，電壓越穩(wěn)定。
（3） 瞬態(tài)電壓調整率
穩(wěn)定性好，瞬態(tài)電壓調整率小，從空載突加負載至滿載，或從滿載突減負載至空載瞬變的過程中，電壓變化小，電壓恢復速度快。穩(wěn)定性差，則瞬態(tài)過程電壓變化大，反映速度慢。國家標準規(guī)定：發(fā)電機瞬態(tài)電壓調整率為≦ （-15%?＋20%）、 ≦ （-20%?+ 25%）、≦ （-25%?+ 30%） 3類指標，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(wěn)定。起動電動機能力也越強。
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運行的調壓板，其內部設置有調差環(huán)節(jié)（含調節(jié)電位器），外接調差互感器，改善各臺發(fā)電機的無功功率的自動合理分配，使各發(fā)電機穩(wěn)定運行。當某臺發(fā)電機無功電流偏大時（該發(fā)電機負載功率因數滯后偏大），順時針方向緩慢調節(jié)“無功調差”電位器，無功電流偏小時（該發(fā)電機負載功率因數滯后偏?。?，逆時針方向緩慢調節(jié)“無功調差”電位器。若順時針或逆時針方向調節(jié)電位器過程無功電流不改變，說明調壓板的無功調差失效，應更換調壓板。
總結：
總的來說，發(fā)電機調壓器是發(fā)電機穩(wěn)定輸出電壓的關鍵設備之一。它的主要作用是通過控制發(fā)電機的勵磁電流來調節(jié)發(fā)電機的輸出電壓，以保證電壓穩(wěn)定，防止電壓過高或過低對電氣設備造成損壞，同時保證穩(wěn)定的電能供應。在發(fā)電機運行時，發(fā)電機內部產生的電壓需要通過調壓器進行調節(jié)，使電壓滿足負載的要求，并保持一定的穩(wěn)定性。因此，調壓器在電力系統(tǒng)中具有重要的地位，可以保持供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，確保柴油發(fā)電機組正常工作。
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