淺析船舶交流發電機的AVR

摘 要：在交流電制的船舶配電系統中，由于用電設備多為感性負載，負載電流的大小和功率因數的變化會引起發電機端電壓的變化，為保證發電機輸出電壓的穩定，以確保用電設備的正常工作，發電機必須有AVR，即自動調壓裝置，本文主要對AVR的作用、性能要求及AVR的工作原理作一個初步的分析和探討。

關鍵詞：船舶交流發電機；自動調壓裝置；AVR

通常，船上為都是由非常有限的幾臺發電機提供電源，因此船舶電網是一個有限電網。當船舶電力負荷發生變化或電力系統發生故障時，很容易引起電網電壓的波動，為了船舶電網電壓的穩定，必須要穩定發電機的端電壓，這個非常重要的任務就是由自動調壓裝置來完成的。由于目前船舶大多采用交流同步發電機作為電源裝置，因此本文在這里僅對交流同步發電機的自動調壓裝置（下文統稱AVR），從AVR的作用、性能要求和工作原理幾個方面作一個簡單的分析和探討。

1 AVR 的作用

AVR 有以下幾方面的主要作用：

（1）在船舶電力系統的正常工況下，維持發電機的端電壓不變。

（2）為了保持發電機組并聯運行的穩定，合理分配各并聯發電機間的無功功率。

（3）在船舶電力系統發生短路故障時，為了提高發電機組并聯運行的穩定性以及其它繼電保護動作的可靠性，能對勵磁系統強行勵磁。

2 AVR 的性能要求

針對AVR的幾個主要作用，因此有以下不同的性能要求：

（1）為了保證用電質量，規范對發電機的調壓性能的靜態指標和動態指標有了明確的規定。《鋼質海船入級規范》對靜態指標的規定為：發電機從空載至滿載，功率因素保持為額定值，主發電機的靜態電壓變化率應在±2.5%以內，應急發電機的靜態電壓變化率應在±3.5%以內。《鋼質海船建造及入級規范》對動態指標的規定為：發電機突加或突減50%額定電流及功率因數不超過0.4（滯后）的對稱負荷時，當電壓跌落時，發電機的瞬態電壓不低于額定值的85%；當電壓上升時，其瞬態電壓不超過額定值的120%。電壓恢復到與最后穩定值相差3%以內所需的時間不超過1.5s。

（2）當電壓突然下降很大時，要求AVR有足夠的強勵磁能力，能迅速把勵磁電流升高至超過額定狀態的最大值，以提高電壓的上升速度。實船中，勵磁電壓達到95%頂峰電壓的時間為0.1～0.5s。

（3）關于合理分配各并聯發電機組的無功功率，《鋼質海船入級規范》的規定為：并聯運行的交流發電機組，當負荷在額定功率20%～100%范圍內變化時，各發電機實際承擔的無功功率與按發電機各自容量比例計算值之差不應超過下列數值中的較小者：

最大機組額定無功功率的±10%；最小機組額定無功功率的±25%。

（4）必須要有合適的放大倍數，AVR的放大系數是被調量的變化值與被測量變化值的比值，一般來說，提高放大系數可以提高發電機的靜態特性等指標，但放大系數不能過大，否則會使調節系統不穩定，甚至影響整個電力系統。

（5）當然對于自勵同步發電機來說，AVR須能在任何情況下保證發電機的起始勵磁，以保證發電機正常電壓的建立。

3 AVR的工作原理

盡管由于同步發電機的各種勵磁方式不同，可看見很多種自動電壓調節器，如可控硅自勵恒壓裝置，可控相復勵勵磁恒壓裝置，不可控相復勵勵磁恒壓裝置以及基于微機的數字式AVR等。但是無論是哪種自動調壓，都是按照以下三種工作原理。

（1）按發電機電壓偏差調節。這類AVR，由于被檢測量和被調量都是發電機端電壓，恒壓裝置與發電機構成一個閉環調節系統，靜態特性較好。

（2）按負載電流和功率因數調節。由于被測量只是負載電流和功率因數，而用來調節勵磁電流以致穩定發電機電壓，因為被測量和被調量不同，所以是一個開環系統，靜態特性比較差，但動態特性較好。

（3）按發電機電壓偏差與負載電流和功率因數綜合調節。這類復合調節是將上述兩種調壓方式結合在一起，靜態和動態特性都比較好，是一種較理想的勵磁調節裝置。

4 結束語

由于篇幅有限，本文只是比較粗淺地了分析了自動調壓裝置的作用、性能要求和工作原理。總的來說，電壓是衡量電能質量的一個重要指標，對于船舶有限電網來說，能得到相對穩定的電壓非常重要，所以研究AVR的意義非常重大。傳統的模擬式AVR調節性能差、調節精度低、與機艙監控系統進行實時通訊困難，相信新一代的基于微型計算機控制的數字式自動電壓調節系統在這些方面能有更好的突破，以滿足船舶自動化程度越來越高的需要。

參考文獻

[1]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊（電氣分冊）[Z].

[2]中國船級社.鋼質海船入級規范[S].2006.

[3]王文義.船舶電站[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社.

作者簡介：王云（1979，10-）男，湖南人，本科，中級，主要研究：船舶電氣。