发电机的调压方式和原理

摘要：AVR是英文automatic voltage regulator的缩写，是三相同步发电机的重要部件。稳压板是一种半波相近控制闸流管型的自动电压调节器，是康明斯公司生产的斯坦福交流发电机励磁系统的一部分。除调整康明斯柴油发电机组的电压外，稳压板还具有低速和无检测信号保护的功能，以保证对发电机安全可靠的控制，励磁电源直接由发电机输出端导出。调压板电源电路使用的高效半导体保证了由剩磁获得的起励电压。

      调压板自动电压调整器是一种密封电子装置，通过控制低功率的励磁机磁场，调节励磁机电枢的整流输出容量，从而达到控制主机磁场电流，稳定无刷发电机之输出电压要求，具有低频与无输入信号保护装置。并附有并列补偿作用，符合客户扩增容量需求。其具有电压整定、稳定度调整、F/V频率/电压特征设定、F/V低频保护、F/V电压下降设定、励磁电流限制、并车正交调差（下垂调整）等功用，同时可外接电压微调电位器、功率因数调节器进行控制。并附有并联补偿用途，符合客户扩增功率需求。对电力装置电压和无功功率进行调节的方式。一般有：逆调压、顺调压和常调压三种。

      考虑到高峰负载时供电线路上电压损耗大，将中枢点电压适当升高以抵消部分甚至全部损耗的电压损耗的增大；低谷负荷时供电线路上电压损耗小，将中枢点电压适当减少以补偿部分甚至全部电压损耗的减少，有可能满足负载对电压品质的要求。高峰负载时升高中枢点电压、低谷负荷时减轻中枢点电压的电压调节程序。通常用于供电线路较长、负载变动较大的情形。

      在任何负荷下都保持中枢点电压为基本不变数值的调压方法。一般实用于负荷变动小、线路上电压损耗小的情况。

      高峰负荷时允许中枢点电压略低，而低负载时却略高的调压方法。它实用于允许电压偏移较大的配大电。

由于发电机与发电机的传动比是固定的，于是发电机的转速将随发电机转速的变化而变化。康明斯发电机组在运转流程中，发电机转速变化范围很大，发电机的端电压也将随发电机的转速变化而在很大范围内变化。发电机对用电装置供电和向电瓶充电，都要求其电压稳定，所以为使电压始终保持在某一数值基础不变，就必须对发电机的输出电压进行调节。

    电压板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，稳压板还从输出绕组取样电压以实现对输出的控制。电压板根据获得的采样参数控制输出到励磁装置的电流，通过可控硅导通角的调节，把无功功率、容量因数和输出电压控制在一定的范围内。柴油发电机组的电压板接线程序国产和进口机基本一样，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整控制输出励磁电流从而调整发电机的输出电压。

      由交流发电机的工作原理康明斯发电机公司知道，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的高效值：Eφ==CeФn（V）。以斯坦福电压板调压板为例，实物图1为型号AS440；图2为规格MX450；图3为规格MX341。

      这里Ce为发电机的组成常数，n为转子转速，Ф为转子的磁极磁通，也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子速度和磁极磁通成正比。当转速升高时，Eφ增大，输出端电压UB升高，当速度升高到一定值时（空载速度以上），输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。又磁极磁通Ф与励磁电流If成正比，减小磁通Ф也就是减轻励磁电流If。

      于是，交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来降低磁通Ф，使发电机的输出电压UB保持不变。触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小晶体管调整器、集成电路调节器等利用大容量三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。

      以康明斯发电机组为例，其稳压板接线图和用途微调旋钮指示分别如图4、图5所示。

（1）分压器和整流器占发电机输出电压的一部分，并使其衰减。电位分器可由电压板伏特电位器和外部手动微调器(装配时)调节。从下垂CT的输出也被添加到这个信号。整流器将交流输入信号切换为直流，以便进一步排除。直流机添加模拟输入信号传感信号。

（2）放大器(Amp)将感应电压与参考电压进行比较，并放大差分(误差)，为电力装置提供控制信号。坡道发电机、液位检测器和驱动步骤无限控制功率控制系统的传导周期，因此提供了在*范围内维持发电机电压的激励装置。

（5）低通滤波器可防范失真波形危害电压板控制电路的运转。短路检验器检查发电机输出端存在短路，并迫使功率控制装置完全导通。这仅发生在调压板从辅助绕组供电时。功率控制装置根据放大器产生的误差信号来改变励磁电流的大小。

（7）过励磁检修器连续监测励磁机的励磁电压，并供应信号，如果在*的时间周期内连续存在励磁状态，则会使输出电压崩溃。

图4  康明斯发电机组电压板电压调节器接线  康明斯发电机组稳压板调节旋钮功用指示图

      发电机的输出电压设置在服务中心出厂前完成，但可以通过仔细调节电压板板上的电压控制，如需安装或可由外部手动微调。如果需要进行重大调整或失去稳定性，请遵循“电压设置”。如果手动微调端口1和端口2将短路。La和Lb的终端连接只用于特殊的低电压应用。

切勿将手动微调端子接地，因为这些终端可能超出了地电位。否则可能会引起装置损坏。如果更换的电压板已经装配或重新设置了电压调节，在运行发电机前，将电压控制完全反顺。2、电压设置程序

      具体用于调整和更替调压板。阅读并理解这个程序，然后再动手尝试。

      电压板包括一个稳定或阻尼电路，以供应良好的稳态和瞬态性能的发电机。提供了一个开关，以改变稳定电路的响应，以适应不同的框架大小的发电机和应用。该表显示了可用的选项。

从这一点(即机器电压稳定但靠近不稳定区域)，较优或临界阻尼位置是顺时针的。在频率下滚下(UFRO)（1）调节

红色发光二极管(LED)给出指示，UFRO电路操作。UFRO调节预置和密封，只需要选型50或60Hz操作跳线连接。

     康明斯公司生产的斯坦福发电机系列自动电压调整器是半波晶闸管相控型稳压板和形式的一部分，用于无刷发电机的励磁系统。该设计采用了表面贴装技术(SMT)的高集成度的特征，占地面积小的电压调节器。通过在电压调节器的电源电路中操作高效的半导体来确保从剩余电平积累的正电压。电源和电压检测电路具有独立的端子，如果需要持续的短路性能，可以直接从定子绕组获得励磁容量，或者从辅助绕组获得励磁容量。