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發(fā)電機AVR自動調(diào)壓板怎樣調(diào)電壓和電流 |
摘要：電壓自動調(diào)節(jié)器又叫調(diào)壓板AVR，是專門為配套基波、諧波復(fù)式勵磁或裝配有永磁發(fā)電機勵磁（PGM系統(tǒng)）的交流無刷發(fā)電機而設(shè)計。由于發(fā)電機與柴油機的傳動比是固定的，所以發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化。柴油發(fā)電機在運行過程中轉(zhuǎn)速變化范圍很大，發(fā)電機的端電壓也將隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化而在很大范圍內(nèi)變化。發(fā)電機對用電設(shè)備供電都要求其電壓穩(wěn)定，所以為使電壓始終保持在某一數(shù)值基本不變，就必須對發(fā)電機的輸出電壓進行調(diào)節(jié)。
一、調(diào)壓板AVR的原理
柴油發(fā)電機組的調(diào)壓板需要通過交流采集來獲取發(fā)電機輸出的電壓值，以下是柴油發(fā)電機組調(diào)壓板交流采集的一種設(shè)計方案：
（1）將發(fā)電機輸出的交流電壓信號通過一個變壓器進行隔離和降壓。變壓器的選擇應(yīng)該根據(jù)實際應(yīng)用來確定，一般來說，需要選擇能夠滿足系統(tǒng)電壓和電流要求的變壓器。變壓器輸出的信號將被傳輸?shù)较乱粋€電路中。
（2）使用整流電路將變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。整流電路可以采用半波整流、全波整流等方案，具體應(yīng)根據(jù)實際情況選擇。整流電路的輸出將被傳輸?shù)较乱粋€電路中。
（3）使用電容濾波電路對整流電路輸出的直流電壓進行濾波處理。電容濾波器的選擇應(yīng)該根據(jù)輸出電壓和輸出電流來確定，以確保能夠有效地降低電壓的紋波。濾波后的信號將被傳輸?shù)较乱粋€電路中。
（4）使用一個模擬信號處理器對濾波后的直流電壓信號進行采集和處理，以獲得準(zhǔn)確的電壓值。模擬信號處理器可以采用集成電路或者單獨設(shè)計，具體應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求來選擇。處理后的電壓值將被傳輸?shù)秸{(diào)壓板的控制電路中，用于計算電位器的值。
（5）在實際設(shè)計過程中，還需要考慮到一些因素，例如噪聲、溫度、電源波動等，以確保采集的電壓值準(zhǔn)確可靠。此外，還需要設(shè)計適當(dāng)?shù)谋Ｗo電路，以防止發(fā)生過壓、過流等故障。
由交流發(fā)電機的工作原理我們知道，交流發(fā)電機的三相繞組產(chǎn)生的相電動勢的有效值
Eφ==CeФn（V）
式中，Ce為發(fā)電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；Ф為轉(zhuǎn)子的磁極磁通；
因此，交流發(fā)電機所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁極磁通成正比。
當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，Eφ增大，輸出端電壓UB升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到一定值時（空載轉(zhuǎn)速以上），輸出端電壓達到極限，要想使發(fā)電機的輸出電壓UB不再隨轉(zhuǎn)速的升高而上升，只能通過減小磁通Ф來實現(xiàn)。又磁極磁通Ф與勵磁電流If成正比，減小磁通Ф也就是減小勵磁電流If。
所以，交流發(fā)電機調(diào)節(jié)器的工作原理是當(dāng)交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)節(jié)器通過減小發(fā)電機的勵磁電流If來減小磁通Ф，使發(fā)電機的輸出電壓UB保持不變。觸點式電壓調(diào)節(jié)器通過觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小晶體管調(diào)節(jié)器、集成電路調(diào)節(jié)器等利用大功率三極管的導(dǎo)通和截止，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小。
二、AVR調(diào)壓板結(jié)構(gòu)與接線
常用AVR （自動電壓調(diào)節(jié)器）外形及結(jié)構(gòu)如圖1所示，不同廠家開發(fā)生產(chǎn)的 AVR外形、結(jié)構(gòu)有差異，但其與發(fā)電機的接口與調(diào)節(jié)功能基本相同。圖2是AVR電路接線圖，主要接線口如下：
1、檢測電壓輸入
接于發(fā)電機三相輸出端線電壓400V或相電壓230V上。
2、電源電壓輸入
P1、P2，接于發(fā)電機定子主繞組U、V相中點抽頭200V或機端相電壓 230V上（有的AVR不分檢測輸入和電源輸入，僅設(shè)置一個電壓信號接口，接于機端相電壓或線電壓上）。
3、勵磁輸出
F+、F-（有的標(biāo)志為F1、F2），接于無刷發(fā)電機交流勵磁機定子主勵磁繞組線端E1、E2。
4、調(diào)差輸入
K1、K2 （露出電位器旋鈕），接于W相上的調(diào)差互感器二次繞組線端，考慮到50kW以下發(fā)電機一般不作并列運行，有的小型AVR就不設(shè)置調(diào)差環(huán)頻率轉(zhuǎn)折（低頻保護用），已在AVR內(nèi)部接好線而不外接。
5、電壓調(diào)節(jié)
露出電位器旋鈕，已在AVR內(nèi)部接好線而不外接；
6、電壓穩(wěn)定性
露出電位器旋鈕，已在AVR內(nèi)部接好線而不外接；
7、遠程控制
有的AVR 還設(shè)置有外接電位器接口，用于需遠程外接調(diào)節(jié)電壓的發(fā)電機；有的AVR還設(shè)罝有外接常開起勵按鈕，用于鐵心容易失磁的發(fā)電機。AVR與發(fā)電機組裝時，可裝在機座頂上的勵磁箱內(nèi)，也可裝在控制箱或控制屏內(nèi)，并已按AVR說明書的規(guī)定正確接線。
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圖1 發(fā)電機AVR自動電壓調(diào)節(jié)器 |
圖2 交流發(fā)電機調(diào)壓板電路接線圖 |
三、自動電壓板功能
柴油發(fā)電機組AVR電壓調(diào)節(jié)器旋鈕功能示意圖如圖3所示。
1、自勵建立電壓可靠性檢查
起動柴油發(fā)電機至額定轉(zhuǎn)速，已投入運行的發(fā)電機，轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時都應(yīng)該能自動建立電壓，交流電壓表指示的電壓應(yīng)接近額定電壓。若未有電壓指示，調(diào)節(jié)“電壓調(diào)節(jié)”電位器，順時針轉(zhuǎn)電壓應(yīng)上升，若電位器已調(diào)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AVR已損壞，應(yīng)換上同型號、規(guī)格新的AVR。
2、電壓整定范圍檢査
國家標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)速（頻率達52.5Hz）。順時針轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”電位器旋鈕，若電位器己調(diào)至最大位置，發(fā)電機電壓應(yīng)大于1.05倍額定電壓，若小于此值，用萬用表直流擋檢測勵磁輸出F+、F-端子，測得的勵磁電壓沒有超過銘牌規(guī)定值，說明AVR電壓整定范圍上限不夠高。再逆時針轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”電位器旋鈕，發(fā)電機電壓應(yīng)小于0.95倍額定電壓，若電位器已調(diào)至最小位置，發(fā)電機電壓未能小于此值，說明AVR電壓整定范圍下限不夠低，應(yīng)更換AVR。
3、低頻保護檢查
設(shè)置有低頻保護環(huán)節(jié)的AVR，在發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至頻率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)勵磁電流超大，說明AVR低頻保護失效，應(yīng)更換AVR。低頻保護特性一般在AVR生產(chǎn)廠已調(diào)試好，其電位器旋鈕已固封，發(fā)電機調(diào)試時無需調(diào)節(jié)，但有的廠家未固封，此時可用小螺絲刀調(diào)節(jié)“頻率轉(zhuǎn)折”電位器，順時針轉(zhuǎn)，低頻保護點頻率升高，若升至45Hz之前，還出現(xiàn)超大勵磁電流，說明該AVR低頻保護功能不滿足要求，應(yīng)更換。
4、電壓穩(wěn)定性檢査
電壓穩(wěn)定性對發(fā)電機輸出電壓質(zhì)量的影響主要因素：
（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(shè)備。柴油發(fā)電機組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電壓波動率≦0.5%，穩(wěn)定性越好，電壓越隱定。
（2） 穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率
穩(wěn)定性好，穩(wěn)態(tài)電迅調(diào)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(diào)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(shè)備。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率有≦±1.0%、±2.5%、±5.0%三類指標(biāo)， 依不同勵磁方式發(fā)電機而定。穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率越小，電壓越穩(wěn)定。
（3） 瞬態(tài)電壓調(diào)整率
穩(wěn)定性好，瞬態(tài)電壓調(diào)幣率小，從空載突加負載至滿載，或從滿載突減負栽至空載瞬變的過程中，電壓變化小，電壓恢復(fù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)電機瞬態(tài)電壓調(diào)整率為≦ （-15%?＋20%）、 ≦ （-20%?+ 25%）、≦ （-25%?+ 30%） 3類指標(biāo)，依不同勵磁方式發(fā)電機而定。瞬態(tài)電壓調(diào)整率越小，電壓越穩(wěn)定。起動電動機能力也越強。
● 電壓穩(wěn)定性檢査方法
測試電路如圖4所示。先找到調(diào)節(jié)“電壓穩(wěn)定性”電位器，順時針轉(zhuǎn)，發(fā)電機電壓波動率好， 但穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電壓調(diào)整率變差；逆時針轉(zhuǎn)調(diào)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(diào)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(diào)整率，通過調(diào)節(jié)“電壓穩(wěn)定性"電位器，上述3項性能指標(biāo)中任1項不合格，說明該AVR不合格，應(yīng)更換AVR。
5、并列運行調(diào)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AVR，其內(nèi)部設(shè)置有調(diào)差環(huán)節(jié)（含調(diào)節(jié)電位器），外接調(diào)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(dāng)某臺發(fā)電機無功電流偏大時（該發(fā)電機負載功率因數(shù)滯后偏大），順時針方向緩慢調(diào)節(jié)“無功調(diào)差”電位器，無功電流偏小時（該發(fā)電機負載功率因數(shù)滯后偏?。?，逆時針 方向緩慢調(diào)節(jié)“無功調(diào)差”電位器。若順時針或逆時針方向調(diào)節(jié)電位器過程無功電流不改變，說明AVR的無功調(diào)差失效，應(yīng)更換AVR。
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圖3 MX321斯坦福自動電壓調(diào)節(jié)器功能指示圖 |
圖4 發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器的測試與調(diào)整 |
總結(jié)：
柴油發(fā)電機組的調(diào)壓板是一種用于控制發(fā)電機輸出電壓的裝置。它通常由一塊電子電路板和一個電子電路板上的電位器組成。當(dāng)發(fā)電機運行時，它會產(chǎn)生電壓，然后通過調(diào)壓板中的電路進行控制。調(diào)壓板中的電路會檢測輸出電壓的大小，并通過電位器調(diào)節(jié)電壓大小，以確保發(fā)電機輸出的電壓始終保持在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。具體來說，當(dāng)發(fā)電機輸出電壓高于預(yù)設(shè)值時，電路板會自動調(diào)節(jié)電位器的電阻值，使發(fā)電機輸出電壓降低。反之，當(dāng)發(fā)電機輸出電壓低于預(yù)設(shè)值時，電路板會自動調(diào)節(jié)電位器的電阻值，使發(fā)電機輸出電壓增加。需要注意的是，調(diào)壓板的具體實現(xiàn)方式可能因不同的發(fā)電機組而異。在某些情況下，調(diào)壓板可能采用機械方式來控制電位器，而在其他情況下，它可能使用數(shù)字控制電路來自動調(diào)節(jié)電位器的值。
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