新聞主題	斯坦福發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)和調(diào)節(jié)裝置工作原理

 

摘要：斯坦福無刷發(fā)電機(jī)是一種新型的電機(jī)類型，采用無刷電機(jī)技術(shù)，通過勵磁方式，實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音和穩(wěn)定運(yùn)行。斯坦福發(fā)電機(jī)總部設(shè)在英國，屬于康明斯公司旗下100%控股子公司。是世界交流發(fā)電機(jī)技術(shù)先導(dǎo)和首屈一指的生產(chǎn)商，交流4極5KW-3000KW發(fā)電機(jī)在世界市場上占有30％以上份額，在英國、印度、美國、印度尼西亞及中國設(shè)有生產(chǎn)廠，斯坦福發(fā)電機(jī)是在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9001要求中按多種國際標(biāo)準(zhǔn)制成。其中，設(shè)于中國的工廠為康明斯發(fā)電機(jī)技術(shù)（中國）有限公司，廠址位于江蘇省無錫國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)49號地塊。

 

一、工作原理

 

      斯坦福無刷發(fā)電機(jī)的勵磁原理基于永磁同步電機(jī)的工作原理。無刷發(fā)電機(jī)通過在轉(zhuǎn)子上裝配永磁體，使得發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生恒定的磁場，從而實(shí)現(xiàn)自激勵。勵磁系統(tǒng)通過控制換相器，可以實(shí)時調(diào)整磁場的強(qiáng)度和方向，從而控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

1、永磁發(fā)電機(jī)工作原理

      發(fā)電機(jī)工作時，永磁機(jī)定子輸出P2、P3、P4，電壓值約為130-150VAC之間，此電壓值輸入到穩(wěn)壓板（AVR）的P2、P3、P4 端子，經(jīng)AVR內(nèi)部的二極管予以整流后，輸出×、××（空載時約8-9VDC）到電球的勵磁機(jī)定子線圈，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子線圈感應(yīng)出交流電，經(jīng)安裝在勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子線圈上的6個二極管整流出直流。此直流電流到主轉(zhuǎn)子線圈，主轉(zhuǎn)子線圈在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生一個磁場，主定子線圈感應(yīng)出交流電（如400VAC輸出）。

      當(dāng)負(fù)載在瞬間增加或減小時，發(fā)電機(jī)的輸出電壓u、v、w會在瞬間相應(yīng)降低或提高，P6、P7、P8為400VAC輸出的一半（抽頭電壓），P6、P7、P8反饋到AVR板，若負(fù)載增加，則P6、P7、P8在負(fù)載增加的瞬間會降低，AVR板會自動提高的×、××輸出值，使u、v、w提高到400VAC。

2、勵磁方式

      斯坦福無刷發(fā)電機(jī)的勵磁方式有多種選擇，包括恒功率勵磁、恒磁勵磁和恒流勵磁等。下面將詳細(xì)介紹這幾種勵磁方式的特點(diǎn)和適用場景。

（1）恒功率勵磁

      恒功率勵磁方式是通過保持輸出功率不變來控制勵磁電流的大小。在這種勵磁方式下，無刷發(fā)電機(jī)的輸出功率保持不變，但是電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整。這種方式適用于負(fù)載波動較大的場景，如風(fēng)力發(fā)電、電動汽車等。

（2）恒磁勵磁

      恒磁勵磁方式是通過保持磁場強(qiáng)度不變來控制勵磁電流的大小。在這種勵磁方式下，無刷發(fā)電機(jī)的磁場保持不變，但是輸出功率可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整。這種方式適用于負(fù)載穩(wěn)定的場景，如工業(yè)機(jī)械、家用電器等。

（3）恒流勵磁

      恒流勵磁方式是通過保持電流大小不變來控制勵磁磁場的強(qiáng)度。在這種勵磁方式下，無刷發(fā)電機(jī)的電流保持不變，但是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁場強(qiáng)度可以根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整。這種方式適用于負(fù)載要求變化較大的場景，如電動工具、無人機(jī)等。

 

二、調(diào)壓性能要求

 

      斯坦福發(fā)電機(jī)分為很多種，有單相或三相、四級、單支點(diǎn)或雙支點(diǎn)、陸用或船用等不同規(guī)格，可以根據(jù)自己的實(shí)際情況來選擇合適的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、電刷、機(jī)座及軸承等部件構(gòu)成（外形如圖1所示）。可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、礦業(yè)、余熱發(fā)電、建筑、通訊、遠(yuǎn)洋作業(yè)等各種領(lǐng)域，甚至在最惡劣的環(huán)境下，斯坦福發(fā)電機(jī)都能作為主電源或備用電源提供極可靠的電力。

1、穩(wěn)態(tài)電壓變化值

      由調(diào)速特性符合要求的發(fā)動機(jī)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)連同其勵磁系統(tǒng)（如圖2所示），應(yīng)能在負(fù)載自空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)，且其功率因數(shù)為額定值情況下，保持其穩(wěn)態(tài)電壓的變化值在額定電壓的±2.5%以內(nèi)。應(yīng)急發(fā)電機(jī)可為±3.5%以內(nèi)。

2、瞬態(tài)電壓值

      交流發(fā)電機(jī)在負(fù)載為空載，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，電壓接近額定值的狀態(tài)下，突加和突卸60%額定電流及功率因數(shù)不超過0.4（滯后）的對稱負(fù)載時，當(dāng)電壓跌落時，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不低于額定電壓的85%；當(dāng)電壓上升時，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不超過額定電壓的120%，而電壓恢復(fù)到與最后穩(wěn)定值相差3%以內(nèi)所需的時間應(yīng)不超過1.5s。應(yīng)急發(fā)電機(jī)電壓恢復(fù)到與最后穩(wěn)定值相差4%以內(nèi)所需的時間，可不超過5s。

 

圖1  斯坦福發(fā)電機(jī)外形圖

圖2  同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)

 

三、調(diào)壓方式

 

1、自勵A(yù)VR控制的發(fā)電機(jī)

      主機(jī)定子通過SX440（或SX421）自動電壓調(diào)節(jié)器為勵磁機(jī)磁場提供勵磁源。自動電壓調(diào)節(jié)器簡稱AVR，是調(diào)節(jié)勵磁機(jī)磁場勵磁電流的控制裝置。AVR根據(jù)來自主機(jī)定子繞組的電壓感應(yīng)信號作出反饋，通過控制低功率的勵磁機(jī)磁場，調(diào)節(jié)勵磁機(jī)電樞的整流輸出功率，從而達(dá)到控制主機(jī)磁場電流的要求。發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)如圖3、圖4所。

（1）SX440調(diào)壓板

      AVR通過感應(yīng)兩相平均電壓，確保較高的電壓調(diào)整率.除此之 外，它還監(jiān)測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速.如低于預(yù)選轉(zhuǎn)速（HZ）設(shè)定，則相應(yīng)降低輸出電壓，以防止發(fā)動機(jī)低速時的過勵，緩減加載時的沖擊，以減輕發(fā)動機(jī)的負(fù)擔(dān)。

（2）SX421調(diào)壓板

      除了SX440調(diào)壓板的特點(diǎn)外，還具有三相均方根感應(yīng)的特點(diǎn).在與外部斷路器（裝在開關(guān)板上）一起使用時，它還提供過電壓保護(hù)。

 

圖3  斯坦福發(fā)電機(jī)自勵磁系統(tǒng)框圖

圖4  斯坦福發(fā)電機(jī)自勵磁調(diào)壓系統(tǒng)

 

2、永磁發(fā)電機(jī)（PMG）勵磁

      PMG系統(tǒng)提供一個與定子負(fù)載無關(guān)的恒定的勵磁電源，提供較高的電動機(jī)啟動承受能力，并不受由非線性負(fù)載（例如可控硅直流電動機(jī)民）產(chǎn)生的主機(jī)定子輸出電壓的波形畸變的干擾。

（1）MX341調(diào)壓板

      結(jié)構(gòu)如圖5所示。AVR通過檢測二相平均電壓來確保較高電壓調(diào)整率，另外它還監(jiān)測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速.如低于預(yù)選的轉(zhuǎn)速設(shè)定，則相應(yīng)降低輸出電壓主，以防止發(fā)動機(jī)低速時的過勵，緩減加載時的沖擊，以減輕發(fā)動機(jī)的負(fù)擔(dān).它還提供延時的過勵保護(hù)，在勵磁機(jī)磁場電壓過高的情況下對發(fā)電機(jī)滅磁。

（2）MX321調(diào)壓板

      結(jié)構(gòu)如圖6所示。MX321調(diào)壓板除提供MX341調(diào)壓板具有的保護(hù)發(fā)動機(jī)的減荷特性外，還具有三相均方根檢測和過電壓保護(hù)的特點(diǎn)。

 

圖4 斯坦福發(fā)電機(jī)MX341電壓調(diào)節(jié)器

圖5  斯坦福發(fā)電機(jī)MX321電壓調(diào)節(jié)器

 

3、AVR附件

      SX440，SX421，MX341和MX321系列自動電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)置回路若與附件連接使用，可使發(fā)電機(jī)在下”下垂”或”無靜差”控制，AVR（無功率）/PF（功率因素）控制下并聯(lián)運(yùn)行；MX321自動電壓調(diào)節(jié)器還可提供短路電流限位控制。

 

四、斯坦福產(chǎn)品優(yōu)勢

 

1、勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢

      斯坦福無刷發(fā)電機(jī)采用勵磁方式的優(yōu)勢在于以下幾個方面：

（1）高效率：勵磁系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載情況實(shí)時調(diào)整磁場的強(qiáng)度和方向，從而提高發(fā)電機(jī)的效率。

（2）低噪音：無刷發(fā)電機(jī)棄用了傳統(tǒng)的刷子和換向器，減少了機(jī)械摩擦和電火花的產(chǎn)生，從而降低了噪音水平。

（3）穩(wěn)定運(yùn)行：勵磁方式可以根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁場強(qiáng)度，使得電機(jī)能夠在不同的負(fù)載情況下保持穩(wěn)定的運(yùn)行。

2、機(jī)械特性的優(yōu)勢

（1）空?過濾器：作為任選件，可在發(fā)電機(jī)上裝備空?過濾器，但額定值下降5%。我們建議所有安裝空?過濾器的電機(jī)加裝定?繞組?溫報警裝置。

（2）軸和鍵：所有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)?都經(jīng)動平衡校驗，校驗振動?BS6861第1部分第2 5級中規(guī)定的最?值還要低。雙?點(diǎn)發(fā)電機(jī)帶半鍵校動平衡。

（3）過濾接套和聯(lián)軸器：發(fā)電機(jī)都具有單?點(diǎn)和雙?點(diǎn)兩種結(jié)構(gòu)。接套和盤?聯(lián)軸器符合SAE標(biāo)準(zhǔn)，可以和所有帶SAE標(biāo)準(zhǔn)接?的柴油機(jī)配套。

（4）防護(hù)等級：所有斯坦福發(fā)電機(jī)都滿?IP23標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)等級作為可選項可以向客戶提供IP44空冷防護(hù)的發(fā)電機(jī)，但建議所有IP44發(fā)電機(jī)加裝定?繞組?溫報警裝置。

（5）海拔和環(huán)境溫度：所有陸?發(fā)電機(jī)的額定功率均指海拔不超過1000?，環(huán)境溫度?于400C時的功率。若海拔超過1000?，每升?500?，功率下降3%; 海拔超過4000?時，請咨詢康明斯發(fā)電機(jī)廠家。環(huán)境溫度超過40時，每上升5，電機(jī)功率下降3%；當(dāng)環(huán)境溫度超過600C咐，請和康明斯發(fā)電機(jī)??聯(lián)系并咨詢。

 

總結(jié)：

      斯坦福無刷發(fā)電機(jī)勵磁技術(shù)的應(yīng)用給電機(jī)領(lǐng)域帶來了新的突破。通過勵磁方式，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高效率、低噪音和穩(wěn)定運(yùn)行。無論是工業(yè)機(jī)械、家用電器還是新能源領(lǐng)域，斯坦福無刷發(fā)電機(jī)都表現(xiàn)出了巨大的潛力。未來隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無刷發(fā)電機(jī)將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

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