技術(shù)與安全知識(shí)
交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性
并聯(lián)發(fā)電機(jī)組的無功負(fù)載分配取決于各發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的特性。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的方案和路線很多，把它們逐一介紹是困難的。但是，為了建立無功負(fù)載分配的一般概念，康明斯發(fā)電機(jī)可以避開具體調(diào)壓線路和其動(dòng)作過程，而只用調(diào)壓器調(diào)節(jié)勵(lì)磁的最終結(jié)果來進(jìn)行分析。
大家知道，影響發(fā)電機(jī)電壓變化的主要因素是無功電流，而調(diào)壓器調(diào)節(jié)勵(lì)磁的目的，康明斯發(fā)電機(jī)簡單地說，就是恢復(fù)和保持發(fā)電機(jī)的端電壓。這種發(fā)電機(jī)無功電流和發(fā)電機(jī)電壓的因果關(guān)系，叫做發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性，或簡稱調(diào)壓特性。它實(shí)際上表征了勵(lì)磁調(diào)節(jié)的最終結(jié)果，而且這一特性是可以從發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)（電壓、電流、功率）直接測(cè)取的，并不需要知道調(diào)壓器的具體線路特點(diǎn)。
δ* 表示了發(fā)電機(jī)無功電流由零變化到額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓相對(duì)其額定值的百分?jǐn)?shù)。習(xí)慣上認(rèn)為下降的調(diào)差率為正，即對(duì)δ>0的特性稱為具有正調(diào)差率的有差特性，對(duì)δ<0的特性稱為負(fù)有差特性，而δ=0的特性稱為無差特性。當(dāng)用直線代替調(diào)壓特性的曲線后，在某一無功負(fù)載下，將具有電壓偏差△uy，稱為調(diào)壓特性的非線性度。
交流發(fā)電機(jī)電壓空載特性曲線圖
1、發(fā)電機(jī)電壓調(diào)控
調(diào)控的目的就是實(shí)現(xiàn)在同步發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)住輸出電壓。調(diào)控技術(shù)的理念是實(shí)時(shí)地從主發(fā)電機(jī)電樞取得電壓和電流，經(jīng)整流和負(fù)反饋調(diào)理后供給勵(lì)磁機(jī)的定子線圈，使其產(chǎn)生變化規(guī)律與主發(fā)電機(jī)輸出電壓變化規(guī)律相反的直流電磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)也必然使勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞的輸出電壓及旋轉(zhuǎn)整流器供給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的直流電流按同樣的規(guī)律而變化。從而起到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)大小，使主發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷范圍內(nèi)保持良好輸出特性的作用。
2、同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)控
對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)節(jié)過程，可以用以下的流程表示；由于負(fù)荷增加使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↓(降) →經(jīng)負(fù)反饋調(diào)理后勵(lì)磁機(jī)定子電流及磁場(chǎng)↑→勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞輸出電壓↑→旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流↑→主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)↑→使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↑若主發(fā)電機(jī)電壓升高，則其反饋調(diào)控使以上各環(huán)節(jié)作用降低，導(dǎo)致電壓回到額定值。可見通過勵(lì)磁機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)控主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的大小，就可以穩(wěn)住輸出電壓。這其中起重要作用的是負(fù)反饋調(diào)節(jié)單元，通常稱其為恒壓勵(lì)磁裝置和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。
3、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器
現(xiàn)代交流同步發(fā)電機(jī)常用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器avr這種電子部件調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)定子磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。雖然avr的種類很多，但性能大同小異；都是實(shí)時(shí)采樣主發(fā)電機(jī)的輸出電壓值與預(yù)先設(shè)定的值相比較，用比較的結(jié)果去調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制器pwm；輸出電壓值高則調(diào)制器輸出脈沖寬度窄，反之則寬。然后再用這些脈沖去調(diào)控大功率開關(guān)器件即三極管或場(chǎng)效應(yīng)管控制送入勵(lì)磁機(jī)定子線圈的電流的時(shí)間。從而使它的磁場(chǎng)強(qiáng)弱隨著主發(fā)電機(jī)輸出電壓的變化而相反變化；即輸出電壓升高則勵(lì)磁機(jī)定子磁場(chǎng)減小，輸出電壓降低勵(lì)磁機(jī)定子磁場(chǎng)增強(qiáng)。從而達(dá)到負(fù)反饋調(diào)控的目的。
4、常用avr類型
取樣自主發(fā)電機(jī)輸出電壓的信號(hào)從8、9兩端輸入到電壓測(cè)量比較單元，與內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的電壓值(例如380v)相比較。比較結(jié)果以輸出電壓ua送入脈沖寬度調(diào)制單元pwm，輸出電壓uc送入低頻保護(hù)單元。電壓測(cè)量比較單元的l、s、h是連接主發(fā)電機(jī)輸出電壓幅值調(diào)節(jié)電位器的三個(gè)端子。脈沖寬度調(diào)制器由穩(wěn)壓器輸出的直流電壓ucc作為工作電源，以確保其性能穩(wěn)定。它的輸出電壓ub控制調(diào)制管vt3。若由電壓測(cè)量比較單元送來的ua大，表明主發(fā)電機(jī)輸出電壓升高，則大的ua就會(huì)使脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖ub的寬度變窄。窄的脈沖就會(huì)使vt3導(dǎo)通時(shí)間短，通過的電流少。反之，主發(fā)電機(jī)電壓降低ua變小，脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖ub的寬度隨之變寬，從而使vt3導(dǎo)通時(shí)間變長，通過的電流增多。
勵(lì)磁機(jī)定子線圈一端接在端子x1上，另一端接在xx1端子上。由主發(fā)電機(jī)電樞送來的ea、eb、ec三相電壓，經(jīng)過三個(gè)二極管vd10、vd11、vd12整流后，電流從x1端流入勵(lì)磁機(jī)的定子線圈，由xx1流出，再經(jīng)過調(diào)制管vt3和xn端子流回主發(fā)電機(jī)電樞，形成勵(lì)磁機(jī)定子線圈的勵(lì)磁電流通路。vt3是這個(gè)通路上的開關(guān)，它導(dǎo)通時(shí)間長，則定子線圈流過電流時(shí)間長，定子磁場(chǎng)強(qiáng)度大；vt3導(dǎo)通時(shí)間短，定子線圈電流少，定子磁場(chǎng)強(qiáng)度小。
5、avr調(diào)控主發(fā)電機(jī)電壓
主發(fā)電機(jī)由于負(fù)荷原因輸出電壓升高，電壓測(cè)量比較單元輸出的ua隨著升高，受ua控制的脈寬調(diào)制器輸出脈沖ub寬度變窄，開關(guān)管vt3導(dǎo)通時(shí)間短，勵(lì)磁機(jī)定子磁場(chǎng)減弱，轉(zhuǎn)子電樞電壓及旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流隨之減小，導(dǎo)致供給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流變小，則主發(fā)電機(jī)因其轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的減小而使輸出電壓降低。反之，avr的負(fù)反饋調(diào)控功能就會(huì)使主發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高，在主發(fā)電機(jī)因負(fù)荷超出額定值而輸出極大電流時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也需隨之輸出巨大的動(dòng)力以致導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速低于額定值。
6、低頻保護(hù)單元的作用
就是在這種情況下限制勵(lì)磁機(jī)定子線圈里電流的超額增大。它以電阻和電容構(gòu)成的充放電支路預(yù)先設(shè)定一個(gè)低頻保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)主發(fā)電機(jī)負(fù)荷正常時(shí)，從電壓測(cè)量單元來的uc小于低頻保護(hù)點(diǎn)，則低頻保護(hù)單元輸出的電壓ud高，二極管vd8被截止，ud到不了脈寬調(diào)制器，起不了作用。若主發(fā)電機(jī)超載則ud變低，vd8導(dǎo)通，ud和ua就可同時(shí)作用于脈寬調(diào)制器，使其輸出的脈沖ub隨ud的下降而變窄，調(diào)制管vt3導(dǎo)通時(shí)間隨之變短，勵(lì)磁電流減小勵(lì)磁機(jī)定子磁場(chǎng)變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)減小。發(fā)電機(jī)輸出電壓下降、電流減小。低頻保護(hù)單元起到了保護(hù)勵(lì)磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)的作用。

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