利萊森瑪 (LSA50)系列無刷發電機勵磁系統故障分類分析

顧 輝

(中海工業有限公司立新船廠，上海 200124)

LSA50系列無刷同步發電機，是由法國 (LEROY－SOMER)利萊森瑪公司設計研發的產品，投產后，不斷改進，在同類產品中始終保持技術領先地位。它廣泛應用于高層民用建筑、鐵路、船舶、電信、軍工、油田和冷藏集裝箱等領域，我們國家也引進了該項技術并投入了生產。現在很多國內外船舶的電站都裝備了該系列產品，我們也能經常接觸到。

本文以LSA50系列440 V無刷同步發電機為例，介紹其勵磁系統結構特點和工作原理，分析該發電機在船舶應用時遇到的可現場修復的勵磁系統元件故障，并舉例介紹常見故障檢測步驟。

1 系統構成和功能原理

1)系統構成。

LSA50系列無刷同步發電機實際上是由兩個發電機——主發電機之外，增加了1個勵磁發電機。LSA50無刷發電機原理圖見圖1，從圖1可以看出，其結構簡單、明了。

2)功能和原理。

LSA50系統實際上也是一種按復合控制的自動勵磁調節系統，主調由電流疊加相復勵系統承擔，相復勵輸出電流的直流側用由半導體元件組成的電壓差信號控制電路進行控制，自動地調節勵磁電流的大小。

自動調節勵磁裝置包括相復勵系統和自動電壓校正器 (AVR)兩部分組成。

(1)相復勵系統。因相復勵的輸出主要是供給勵磁機的勵磁繞組，它通過三相橋式整流后，經13、14端子輸入到自動電壓校正器中，自勵與復勵分量經電流疊加后供給勵磁機繞組。負載電流變動時，該勵磁機電流隨之變化，改變勵磁機電樞電壓，該電壓又經旋轉二極管硅整流橋使主發電機勵磁繞組電流改變，實現電壓的校正。

(2)AVR部分。電壓差檢測電路，發電機的電壓信號由L1、L2、L3端子輸入AVR中，電壓差偏差信號經比較、積分、放大比較后至可控硅觸發控制電路，最終根據檢測的電壓偏差大小與正負，能夠相應的控制可控硅導通角α的大小，可控制發電機的勵磁電流大小，達到校正發電機端電壓的目的。

(3)無功功率平均分配裝置。

無功功率平均分配部分由電流互感器將L2相電流信號通過11、12端子引入到自動調壓器中，以便當發電機并聯運行時，平衡無功分配用。

圖1 LSA50無刷發電機原理圖

2 LSA50系列無刷同步發電機系統性能

從以上可知，LSA50系列無刷同步發電機的勵磁系統相復勵加自動電壓調節器，它具有一般相復勵的一切優點。由于根據LSA50系列的設計，所以它又具有以下獨特的優點。

1)發電機由于無碳刷、滑環，運行時無火花和碳粉的磨損，對保證發電機的絕緣電阻和防止對無線電的干擾有利。

2)勵磁機的勵磁采用相復勵系統，有較好的強勵能力，結構簡單，工作可靠。

3)勵磁裝置中的元件體積小，通用性強。

4)靜態恒壓精度高，動態性能好。

5)并聯運行穩定性好，不需要連接均壓線，發電機并聯時電流分配均勻。

6)自動調壓裝置由分立元件組成，安裝于配電板內，易檢查、易修理、可換性強、成本低。

3 故障分類檢測、分析

LSA50系列無刷同步發電機與任何產品一樣也會發生故障，以船上具體條件是否可現場修復，故障可分為不具備現場修復的繞組損壞故障和可現場修復的勵磁系統元件故障，下面就用故障樹形式來對LSA50發電機勵磁系統故障分類分析。

1)發電機無電壓見圖2。

2)發電機電壓過高，見圖3。

3)電壓不穩定或異常波動，見圖4。

圖2 發電機無電壓分析圖

圖3 發電機電壓過高分析圖

圖4 電壓不穩定或異常波動分析圖

4 故障舉例

1)某輪在進廠修理期間，LSA50發電機進廠維護保養修理，當修理完畢對該系統發電機進行試驗，啟動柴油機達到額定轉速后合上發電機的勵磁系統調壓裝置開關時，發電機儀表電壓指示幾乎為0。

根據故障樹檢查法，發電機無電壓輸出，首先檢查各路保險絲，檢查結果，情況正常。打開發電機的接線盒，發現由于安裝工藝上的疏忽，勵磁發電機上轉子輸出至旋轉二極管之間的連線被金屬物損壞而斷開。于是，對其進行連接處理固定，重新開啟了發電機，電壓指示仍為0。之后，檢查旋轉二極管確認完好，再開啟發電機，并用12 VDC電瓶電加于15、16端子上時，電壓表反映出電壓值，但撤離12 VDC后，電壓表電壓再次跌落。此時，馬上斷定，發電系統沒有問題，故障應該出在勵磁調壓系統上。

檢查自動調壓裝置 (AVR)，發現AVR內部的保險絲已燒毀，更換保險絲，開機，AVR內的工作指示燈一閃，保險絲又燒毀，因LSA50系列發電機用的自動調壓是由分立元件組成，可局部拆換，所以對該裝置內部元件進行逐一檢測，發現內部整流回路中的可控硅及整流管已壞損。根據分析判斷，當勵磁機轉子斷線后，由于該發電機有強勵作用，要起壓，此時，勵磁電流需要很大，而把元件毀壞，最終導致其內部的保險絲燒毀。由于一時沒有備件可換，用備用的自動調壓裝置換上，重新開啟發電機，顯示電壓正常。測量15、16端子，電壓穩定于11 VDC，由于此時發電機是空載運行，電壓沒有變化，AVR上測得L1、L2、L3端子電壓值為440 V，13、14端子為0，故障消除。

2)該輪在一次航行中，1臺發電機單機正常運行工作，另1臺發電機處于發電待機狀態，突然，待機狀態發電機電壓表為0。用電表檢測發電機的端電壓為15 V，船上電管人員馬上停機，根據本章1)敘述過程，檢查發電機的AVR，發現內部保險絲已經燒毀，換上新的保險絲，重新開啟發電機時，情況如上所述一樣，AVR內的工作指示燈一閃，保險絲又燒毀。為了使該機能馬上工作，船上電管人員換上了備用AVR裝置，其結果是AVR內的保險絲燒毀，不能正常工作。

該船回航后馬上組織人員修理，按故障樹檢查法步驟逐步進行檢查，最后對勵磁系統的相復勵電路進行了檢測，發現三相橋式整流模塊壞損，于是調換了新的三相橋式整流模塊，開啟發電機，電壓表顯示出正常電壓讀數，問題解決。根據以上情況發生的原因分析，由于元器件在使用過程中，會受到各種外加因素 (如電壓的突高、電流的突加)的影響，加上本身元器件的使用壽命原因，因此會發生意想不到的故障。

5 結束語

1)無刷勵磁系統是由相復勵及自動調壓裝置組成，處理LSA50系列440 V無刷同步發電機勵磁系統故障，要認真分析故障現象，針對性地檢測或檢查元器件以及連接各元器件的回路。

2)自動調壓裝置 (AVR)電路主要是由整流主回路、電流檢測回路、比較控制回路3部分組成，排除原有電氣元件本身質量上的原因造成損壞的可能性，在整塊AVR電路中，主回路和比較控制回路的工作頻率變化最大，其中主回路的整流橋和比較電路中的晶體管變動更頻，其損壞比例占整塊AVR損壞率的90%以上。所以要分析造成發電機AVR損壞的原因，盡可能避免AVR損壞是最重要的。只要使用得當，AVR的使用壽命可以提高。

3)故障有其共性，但也有其個性，對待故障檢查分析與處理要有區別，絕不可盲目隨意替換備件，以免擴大事故。

［1］叢培亭.船舶電站 ［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］中國船舶工業行業協會.中國船舶修理新工藝新技術與修理質量驗收標準全書［M］.中國科技文化出版社，2007.