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新聞主題 |
發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)壓器的原理 |
摘要：要想掌握柴油發(fā)電機(jī)組的基本知識(shí)，首先要掌握同步發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)單原理和電壓自動(dòng)控制原理。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子切割磁力線產(chǎn)生交流電，同步的由來(lái)，是因?yàn)殡姌O電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，而且它們的轉(zhuǎn)向也相同（前者的轉(zhuǎn)向由后者決定），所以二者在空間上是相對(duì)靜止的，稱為同步發(fā)電機(jī)。
一、調(diào)壓板基本原理
發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器是一種用于控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的裝置，它可以根據(jù)負(fù)載的變化來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓，以保持輸出電壓的穩(wěn)定性。下面將介紹發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的工作原理。
發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器主要由電動(dòng)機(jī)、電壓感應(yīng)器、自激勵(lì)勵(lì)磁電源、電壓調(diào)節(jié)電路和電動(dòng)機(jī)控制電路等組成。
當(dāng)發(fā)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器的電壓調(diào)節(jié)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。電壓感應(yīng)器通過(guò)感應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出電壓的大小，將電壓信號(hào)傳遞給電壓調(diào)節(jié)電路。電壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)感應(yīng)到的電壓信號(hào)來(lái)判斷發(fā)電機(jī)的輸出電壓是否正常，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在調(diào)節(jié)過(guò)程中，電壓調(diào)節(jié)電路會(huì)控制自激勵(lì)勵(lì)磁電源的輸出電流，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，輸出電壓會(huì)下降，電壓感應(yīng)器會(huì)感應(yīng)到這一變化，并將信號(hào)傳遞給電壓調(diào)節(jié)電路。電壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)感應(yīng)到的信號(hào)來(lái)判斷發(fā)電機(jī)的輸出電壓是否低于額定電壓，并通過(guò)控制自激勵(lì)勵(lì)磁電源的輸出電流來(lái)增加勵(lì)磁電流，從而提高發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
同樣的道理，當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載減少時(shí)，輸出電壓會(huì)上升，電壓感應(yīng)器也會(huì)感應(yīng)到這一變化，并將信號(hào)傳遞給電壓調(diào)節(jié)電路。電壓調(diào)節(jié)電路根據(jù)感應(yīng)到的信號(hào)來(lái)判斷發(fā)電機(jī)的輸出電壓是否高于額定電壓，并通過(guò)控制自激勵(lì)勵(lì)磁電源的輸出電流來(lái)減小勵(lì)磁電流，從而降低發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
通過(guò)這樣的調(diào)節(jié)過(guò)程，發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器可以保持發(fā)電機(jī)的輸出電壓在額定電壓范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，調(diào)節(jié)器會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以使發(fā)電機(jī)的輸出電壓保持恒定。這樣可以確保供電系統(tǒng)中的設(shè)備正常工作，避免因電壓波動(dòng)而引起的故障。
二、調(diào)壓裝置的分類
1、TD1型碳阻式自動(dòng)調(diào)壓裝置
這種調(diào)壓方式，在國(guó)產(chǎn)柴油發(fā)電機(jī)組上有所運(yùn)用，其原理是：當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)柴油發(fā)電機(jī)組使用與維修荷為額定值時(shí)，調(diào)壓器保持穩(wěn)定不動(dòng)，這時(shí)發(fā)電機(jī)激磁電流、電壓和主激磁電流都穩(wěn)定不變；如果發(fā)電機(jī)負(fù)載發(fā)生變化，電壓降低，此時(shí)，調(diào)壓器開(kāi)始調(diào)節(jié)碳片電阻，使其電阻減小，從而使發(fā)電機(jī)激磁電流增大，促使發(fā)電機(jī)輸出電壓上升。反之，載減小，調(diào)節(jié)調(diào)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(fù)勵(lì)自動(dòng)調(diào)壓裝置
因?yàn)樘厥庠O(shè)備的啟動(dòng)和運(yùn)行中負(fù)載變化較大，采用相復(fù)勵(lì)自動(dòng)調(diào)壓可以較好地滿足特殊設(shè)備的需要，因此，目前在特殊設(shè)備供電中，發(fā)電機(jī)控制部分一般采用相復(fù)勵(lì)自動(dòng)調(diào)壓方式。
相復(fù)勵(lì)自動(dòng)調(diào)壓的基本原理是當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，電樞抽頭繞組的剩磁電壓，通過(guò)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(chǎng)繞組進(jìn)行勵(lì)磁，當(dāng)剩磁電壓太低時(shí)，可用直流電進(jìn)行充電。當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有負(fù)載時(shí)，其負(fù)載電流通過(guò)電流互感器的一次繞組，產(chǎn)生一個(gè)和一次繞組電流成比例關(guān)系的二次電流，此電流能隨不同功率因數(shù)的負(fù)載變化時(shí)所需勵(lì)磁電流而相應(yīng)增減。在適當(dāng)參數(shù)配合下，供應(yīng)和發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁電流相適應(yīng)，故能自動(dòng)調(diào)整電壓，保持電壓恒定在一定的范圍內(nèi)。由于它的這種特性，所以在工程建筑和特殊負(fù)載變化較大的設(shè)備中，較多地采用相復(fù)勵(lì)調(diào)壓方式的發(fā)電機(jī)組。
3、可控硅自動(dòng)調(diào)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(jī)的輸出電壓隨負(fù)載的變化而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，原理如圖1所示?？煽毓璧目刂品绞接卸喾N，主要分為以下兩種：
（1）利用單結(jié)晶體管組成弛張振蕩電路產(chǎn)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(chǎn)生的時(shí)間，改變可控硅導(dǎo)通角。
（2）利用三極管導(dǎo)通截止開(kāi)關(guān)特性，改變電容的充電電壓，控制三極管的打開(kāi)時(shí)間而產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，同樣也可以可控制的導(dǎo)通角。
4、柴油機(jī)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一種取消電壓調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)方案，原理如圖2所示。
（1）結(jié)構(gòu)：
具有永磁同步發(fā)電機(jī)和制動(dòng)電阻，永磁同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)與柴油機(jī)械耦合，在定子側(cè)與電壓型變換器導(dǎo)電相連，電壓型變換器在發(fā)電機(jī)側(cè)和負(fù)載側(cè)分別具有一個(gè)自換相脈沖變流器，自換相脈沖變流器在直流電壓側(cè)通過(guò)直流電壓中間電路彼此相連，制動(dòng)電阻可與直流電壓中間電路導(dǎo)電相連。
（2）原理
電壓型變換器的發(fā)電機(jī)側(cè)自換相變流器的每個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)接點(diǎn)(R，S，T)均可通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置與一個(gè)制動(dòng)電阻導(dǎo)電相連，制動(dòng)電阻彼此導(dǎo)電相連，借此獲得一種無(wú)需再使用附加電壓調(diào)節(jié)器的柴油電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
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圖1 發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)壓器原理圖 |
圖2 柴油機(jī)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 |
三、調(diào)壓板基本功能
1、自勵(lì)建立電壓可靠性檢查
起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速，已投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)都應(yīng)該能自動(dòng)建立電壓，交流電壓表指示的電壓應(yīng)接近額定電壓，電路如圖3所示。若未有電壓指示，調(diào)節(jié)“電壓調(diào)節(jié)”電位器，順時(shí)針轉(zhuǎn)電壓應(yīng)上升，若電位器已調(diào)至最大位置仍無(wú)電壓，用萬(wàn)用表直流擋檢測(cè)勵(lì)磁輸出F+、F-，用萬(wàn)用表交流擋檢測(cè)電源電壓輸入端和檢測(cè)電壓輸入端，若輸入端有電壓，而勵(lì)磁輸出端仍無(wú)電壓，說(shuō)明該調(diào)壓板已損壞，應(yīng)換上同型號(hào)、規(guī)格新的調(diào)壓板。
2、電壓整定范圍檢査
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)電機(jī)電壓整定范圍≧1.05倍額定電壓和≦0.95倍額定電壓。檢測(cè)時(shí)， 發(fā)電機(jī)已處于空載轉(zhuǎn)速（頻率達(dá)52.5Hz）。順時(shí)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(jī)電壓應(yīng)大于1.05倍額定電壓，若小于此值，用萬(wàn)用表直流檔檢測(cè)勵(lì)磁輸出F+、F-端子，測(cè)得的勵(lì)磁電壓沒(méi)有超過(guò)銘牌規(guī)定值，說(shuō)明調(diào)壓板電壓整定范圍上限不夠高。再逆時(shí)針轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”電位器旋鈕，發(fā)電機(jī)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(jī)電壓未能小于此值，說(shuō)明調(diào)壓板電壓整定范圍下限不夠低，應(yīng)更換調(diào)壓板。
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圖3 發(fā)電機(jī)自勵(lì)建立電壓原理圖 |
圖4 柴油發(fā)電機(jī)組電壓整定范圍檢査 |
3、低頻保護(hù)檢查
設(shè)置有低頻保護(hù)環(huán)節(jié)的調(diào)壓板，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升至頻率轉(zhuǎn)折拐點(diǎn)（一般為45HZ）之前， 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不允許大于銘碑規(guī)定值，否則有刷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組或無(wú)刷發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)定子繞組、電樞繞組將因持續(xù)的超大勵(lì)磁電流而過(guò)熱直至燒毀。在發(fā)電機(jī)升速過(guò)程，若出現(xiàn)勵(lì)磁電流超大，說(shuō)明調(diào)壓板低頻保護(hù)失效，應(yīng)更換調(diào)壓板。低頻保護(hù)特性一般在調(diào)壓板生產(chǎn)廠已調(diào)試好，其電位器旋鈕已固封，發(fā)電機(jī)調(diào)試時(shí)無(wú)需調(diào)節(jié)，但有的廠家未固封，此時(shí)可用小螺絲刀調(diào)節(jié)“頻率轉(zhuǎn)折”電位器，順時(shí)針轉(zhuǎn)，低頻保護(hù)點(diǎn)頻率升高，若升至45Hz之前，還出現(xiàn)超大勵(lì)磁電流，說(shuō)明該調(diào)壓板低頻保護(hù)功能不滿足要求，應(yīng)更換。
4、電壓穩(wěn)定性檢査
調(diào)節(jié)“電壓穩(wěn)定性”電位器，順時(shí)針轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)率好， 但穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電壓調(diào)整率變差；逆時(shí)針轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器旋鈕，發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)率變差，但穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電壓調(diào)整率變好。發(fā)電機(jī)要求既有合格的電壓波動(dòng)率，也有合格的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電壓調(diào)整率，通過(guò)調(diào)節(jié)“電壓穩(wěn)定性"電位器，上述3項(xiàng)性能指標(biāo)中任1項(xiàng)不合格，說(shuō)明該調(diào)壓板不合格，應(yīng)更換調(diào)壓板。
電壓穩(wěn)定性對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓質(zhì)量的影響主要有：
（1） 發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)率
穩(wěn)定性好電壓波動(dòng)率小。穩(wěn)定性差電壓波動(dòng)率大，不適用于幾乎所有用電設(shè)備。柴油發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電壓波動(dòng)率≦0.5%，穩(wěn)定性越好，電壓越穩(wěn)定。
（2） 穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率
穩(wěn)定性好，穩(wěn)態(tài)電壓調(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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)電機(jī)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(lì)磁方式發(fā)電機(jī)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)整率小，從空載突加負(fù)載至滿載，或從滿載突減負(fù)載至空載瞬變的過(guò)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(guò)程電壓變化大，反映速度慢。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)電機(jī)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(lì)磁方式發(fā)電機(jī)而定。瞬態(tài)電壓調(diào)整率越小，電壓越穩(wěn)定。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)能力也越強(qiáng)。
5、并列運(yùn)行調(diào)差精度檢查
適用于兩臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行或并網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)壓板，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(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率的自動(dòng)合理分配，使各發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)某臺(tái)發(fā)電機(jī)無(wú)功電流偏大時(shí)（該發(fā)電機(jī)負(fù)載功率因數(shù)滯后偏大），順時(shí)針?lè)较蚓徛{(diào)節(jié)“無(wú)功調(diào)差”電位器，無(wú)功電流偏小時(shí)（該發(fā)電機(jī)負(fù)載功率因數(shù)滯后偏?。?，逆時(shí)針?lè)较蚓徛{(diào)節(jié)“無(wú)功調(diào)差”電位器。若順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛘{(diào)節(jié)電位器過(guò)程無(wú)功電流不改變，說(shuō)明調(diào)壓板的無(wú)功調(diào)差失效，應(yīng)更換調(diào)壓板。
總結(jié)：
總的來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓器是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定輸出電壓的關(guān)鍵設(shè)備之一。它的主要作用是通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓，以保證電壓穩(wěn)定，防止電壓過(guò)高或過(guò)低對(duì)電氣設(shè)備造成損壞，同時(shí)保證穩(wěn)定的電能供應(yīng)。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的電壓需要通過(guò)調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電壓滿足負(fù)載的要求，并保持一定的穩(wěn)定性。因此，調(diào)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(jī)組正常工作。
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