交流無刷發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器的應用研究

關鍵詞：自動調(diào)壓器(AVR)可控電源型分流型2、船舶交流發(fā)電機需要電壓調(diào)節(jié)器必要性2.1發(fā)電機外部原因從發(fā)電機外部原因來說：交流發(fā)電機需要自動電壓調(diào)節(jié)器的理由有兩首先，當大容量的電動機啟動時，會產(chǎn)生強大的啟動電流，由于船舶電網(wǎng)是一個有限量電網(wǎng)，從而會對電網(wǎng)造成巨大沖擊，并且電動機的啟動電流基本上都是無功電流，當這其次，當外部電路發(fā)生短路時，為了使得短路點迅速脫離電網(wǎng)，保護系統(tǒng)需立即動作，而要使保護系統(tǒng)在短路時迅速工作，發(fā)電機必須進行強勵磁以維持一定幅值的端電壓使保護系統(tǒng)投入工作。顯而易見靠手動調(diào)節(jié)勵磁，響應速度肯定不行。因此必須要有自動電壓調(diào)2.2發(fā)電機內(nèi)部從發(fā)電機內(nèi)部而言：當發(fā)電機在原動機的驅動下運轉后，轉子繞組流過電流，產(chǎn)生氣隙磁場，氣隙磁場的磁極方向在直軸上，見圖2-1。而當負載接通以后，就有電流流過定子電樞繞組，該電流產(chǎn)生電樞磁場。此時主磁場是轉子產(chǎn)生的氣隙磁場和定子產(chǎn)生的電樞磁場的合成。而電樞磁場對主磁場必定產(chǎn)生影響，這種影響即電樞反應。同時電樞反應的即交軸電樞反應。電樞反應的結果使得主磁場一側被增加，另外一側被削弱。如果磁路飽和的話，會減少主磁場，使得電壓有所下降，見圖2-2。當電樞電流滯后電壓90°(COSφ=0)純電感負載，此時電樞磁場的磁極方向在直軸上，方向和氣隙磁場相反，即直軸去磁電樞反應。其結果使得主磁場大大削弱，導致電壓下降，見圖2-3。當電樞電流超前電壓90°時(COSφ=0)即純電容負載，此時電樞磁場的磁極方向在直軸上，方向和氣隙磁場相同，即直軸助磁電樞反應。其結果使得主磁場大大增加，導致電壓上升，見圖2-4。船舶的負載是電阻性和電感性的綜合，功率因數(shù)永遠小于1,因此當發(fā)電機負載以后，總是使得發(fā)電機的端電壓下降。為了保證不管在什么性質的負載下船舶電網(wǎng)電壓的恒定，必須需要自動電壓調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，確保電壓在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。直軸交軸s圖2-1無負載主磁場分布圖圖2-2純電阻負載主磁場分布圖直軸轉向直軸轉向交軸sAVRU放大(勵磁輸出)E電源輸出給定值勵磁機比較3.1AVR的電源電樞繞組輔助繞組原動機勵磁繞組電流檢測電壓檢測AVR(a)AVR由輔助繞組供電的無刷勵磁系統(tǒng)電樞繞組電樞繞組勵磁繞組原動機電源輸出發(fā)電機整流器電流檢測電壓檢測AVR電源輸入(b)AVR由機端供電的無刷勵磁系統(tǒng)永磁發(fā)電機電流檢測電壓檢測AVR發(fā)電機整流器原動機電源(c)AVR由永磁發(fā)電機供電的無刷勵磁系統(tǒng)圖3-2經(jīng)典勵磁系統(tǒng)幾種供AVR方式3.2電壓電流的檢測(轉速)保護，即低頻時使AVR退出工作。4、船用交流無刷發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的主要調(diào)節(jié)方式船用交流無刷發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的主要調(diào)節(jié)方式有兩種，一種是可控電源型，如圖4-1a,第二種是分流型，如圖4-1b?；镜母拍疃际墙⒃诮涣靼l(fā)電機要維持機端電壓的恒定，必須根據(jù)發(fā)電機機端電壓的變化，不斷地調(diào)節(jié)勵磁繞組的電流。GARa.可控電源勵磁方式b.可控分流勵磁方式圖4-1發(fā)電機的勵磁當通了電的勵磁繞組(轉子)在原動機的驅動下，它所產(chǎn)生的主磁場切割了定子的三相繞組，三相繞組就會感生電勢，負載以后，三相繞組就有電流流過，負載電流使得三相繞組也產(chǎn)生了一個電樞磁場。這個電樞磁場和由勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場(氣隙磁場)必定會在發(fā)電機內(nèi)部相互作用，稱之電樞反應，電樞反應包括交軸電樞反應和直軸電樞反應。不管是那一種反應，其結果總是扭曲了主磁場，扭曲的程度完全決定于負載電流的大小和功率因數(shù)的高低。從而使得端電壓發(fā)生變化。要維持端電壓的恒定，就需要改變主磁場的強度，也即調(diào)節(jié)勵磁電流。當發(fā)電機制造好以后，只有兩種方法可以調(diào)節(jié)勵磁電流。第一種調(diào)節(jié)勵磁回路電源的電壓，改變勵磁電流，如圖4-1a。第二種給定勵磁電路一個恒流源，利用電阻R進行分流，調(diào)節(jié)勵磁電流，如圖4-1b。4.1可控電源勵磁方式：圖4-2可控直流電源圖4-2說明了可控直流電源實際上是可控全波整流，交流臂的輸入來自于發(fā)電機端電如果發(fā)電機的端電壓只需要按照機端電壓進行調(diào)節(jié)勵磁電流，就可以采用圖3模式可控電源形式的調(diào)壓器。5600箱和4100箱集裝箱船就采用Barler公司的MVC型調(diào)壓器作為發(fā)電機的備用調(diào)壓器，和該公司的SSR型(也是可控電源形式)主用調(diào)壓器組成一個調(diào)壓圖4-3可控直流電源框圖為了分析可控電源形式的調(diào)壓器基本工作原理，以圖4-4為例。圖4-4是圖4-3的具體圖4中，集成塊“A”包括了比較放大器、電壓一頻率變換器、同步電路以及消振電路等。它的6腳輸入信號(取樣電壓)直接來自勵磁電壓，也就是可控直流電源的輸出經(jīng)R8或R9、R10與R7的分壓。2腳是基準電壓輸入腳，調(diào)節(jié)電位器“W”能夠改變基準電壓數(shù)不同。當接在電阻R8上時，輸出的勵磁電壓為32V,當接在電阻R9上時，輸出的勵磁電A圖4-4取樣電壓的分壓電路當發(fā)電機被原動機拖帶到額定轉速時，由于鐵芯存在的剩磁，使得發(fā)電機端子上產(chǎn)生了剩磁電壓。剩磁電壓一般為發(fā)電機額定電壓的3～5%。(額定電壓為450V)該電壓直接加在可控整流橋的交流橋臂上，因為沒有其它任何起壓的措施。發(fā)電機的起壓，只能等待著可控硅控制極的觸發(fā)信號，而且是要讓可控硅到到SSR型主用調(diào)壓器3到發(fā)電機勵磁繞組GOO3-24-A82W906圖4-5MVC型調(diào)壓器原理圖最大角度導通的觸發(fā)信號。同時，剩磁電壓經(jīng)降壓、整流、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)作為控制電路的工作電源以及基準電源。此時，如此低的剩磁電壓，能否保證控制線路正常工作，提供可控硅最大角度導通的觸發(fā)信號，并且一旦發(fā)電機起壓后，又如何由最大角度導通的觸發(fā)信號轉為正常的控制脈沖，這是該電路的關鍵。為了更清楚的闡述這公司可控電源形式的調(diào)壓器來說明。見圖4-6。到發(fā)電機品硅繞用F2脈沖發(fā)生器來目發(fā)電機勵端電壓8圖4-6只是AVK調(diào)壓器起壓和起壓后的觸發(fā)脈沖的轉換部分。來自發(fā)電機的剩磁電壓從J1、K1輸入，加在由V6、V7、V8、V9組成的可控全波整流的交流橋臂上。同時經(jīng)變壓的穩(wěn)壓后，提供正、負15V的兩組工作電源。變壓器的另一繞組提供電壓—頻率變換器(脈沖發(fā)生器)的同步源。但是由于剩磁電壓很低，經(jīng)整流、濾波后的整流電壓只有幾伏，根本不可能使電壓—頻率變換器投入工作，沒有脈沖送到由三極管V10、V11和V12、V13組成的脈沖放大電路。但幾伏的整流電源卻通過R25和R26加到了三極管V20的基極，使其導通。正電位經(jīng)過V20的c、e極，再通過R5由此導致了可控硅的全導通。剩磁電壓經(jīng)過全波整流后，施加在勵磁繞組兩端，發(fā)電機電壓升高。這個正反饋過程的不斷延續(xù)，電壓迅速上升。正、負15V的兩組工作電源也同時上升，電壓—頻率變換器進入了工作狀態(tài)，向脈沖放大器發(fā)出了脈沖信號。不過由于可控硅控制極的正電位還是存在，脈沖不起作用而已。直到正、負15V兩組工作電源高到一定程度時，大約是發(fā)電機額定電壓的40～50%。三極管V19導通，使得V20的基極電位被嵌在零電平，V20截止?？煽毓杩刂茦O的正電位撤銷，由電壓—頻率變換器發(fā)出的脈沖所替代。此時，電壓比較器輸出的差值信號通過“Z”端子也進入了電壓—頻率變換器，脈沖按照端電壓的高低控制著可控硅的導通角。完成了發(fā)電機的起壓和脈沖的轉換過程。在MVC和SSR調(diào)壓器的比較放大器集成塊里，都具有以上的功能。保證發(fā)電機的起壓。船使用的ABB的發(fā)電機，如圖4-7所示，當發(fā)電機起壓時，端電壓很低，電壓繼電器KA不動作，發(fā)電機的輔助繞組AW的電壓直接經(jīng)過VC1整流后施加在勵磁繞組兩端。于是端電壓迅速上升，同時也提供了AVC63-12調(diào)壓器的工作電源。到電壓升高到大約30%的額oK2F無刷發(fā)電機圖4-8帶強勵和調(diào)差的可控電源調(diào)壓器在有些船舶上每臺發(fā)電機配置了兩套可控電源型自動電壓調(diào)節(jié)器，圖8給出了這種系統(tǒng)的配置原理。由SSR型作為發(fā)電機的主用調(diào)壓器，MVC型作為備用。通過備用調(diào)壓器面差電位器組成的調(diào)差補償電路。另外由電流互感器TK2和整流橋VC以及1、帶有起壓繞組的發(fā)電機，在發(fā)電機起壓過程中有時會發(fā)生電壓數(shù)值到達13額定值配電板的線路可能超過30米以上，因此電纜極有可能受到干擾，特別是那根用于調(diào)差補4.2可控電阻分流型勵磁方式RR圖4-9可控分流型原理圖G勵磁繞組RAVR圖4-10可控分流型單線圖從圖4-10的單線圖中可以看出，相復勵的電流分量和電壓分量合成輸出的電流是I,AVR本圖4-11采用分流原理的西門子調(diào)壓器5、系統(tǒng)通電調(diào)試過程中碰到的問題和解決辦法1)發(fā)電機勵磁和電壓調(diào)節(jié)裝置安裝在機端蓋上，因施工課施工進線和接線需要等原2)發(fā)電機運轉前，自動電壓調(diào)節(jié)進行絕緣電阻測量，特別注意一點是絕不能用500V5.2電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見故障1)發(fā)電機電壓超出額定值很多，并且配電板上的調(diào)節(jié)電位器也不能進行調(diào)節(jié)，遇到2)發(fā)電機電壓不平衡，一般來講用精度好的萬用表測量三線電壓，其誤差不超過1%V-W之間的電阻，其中RU-V,RU-W,RV-W之間最大允許3)發(fā)電機有電壓，