船舶無刷發電機電壓自動調整原理的研究

曹東 鐔亮 陳嵩

【摘 ?要】發電機是船舶主要設備之一，多采用交流電制。電壓變化超標和或頻率變化超標，可能導致其保護電器動作、電網解列甚至全船停電，危及船舶安全。目前無刷同步交流發電機應用廣泛，其電壓自動調節系統簡單可靠，但也常因管理人員對其功能原理理解不充分而調節和排除故障困難。本文從研究了無刷發電機電壓自動調整系統原理及調整方法。

【關鍵詞】船舶無刷發電機;自動調壓系統;電壓調整方法

1設備介紹

無刷發電機有一個與主發電機同軸的勵磁機。勵磁機與發電機一樣，也有定子繞組和轉子繞組。主發電機，轉子繞組靠勵磁機轉子繞組供電產生磁場定子繞組感應轉子繞組的磁場變化產生電壓輸出電能。勵磁機，定子繞組靠主發電機定子繞組供電產生磁場轉子繞組感應定子繞組的磁場變化產生電壓向主發電機轉子繞組輸出電能，從而實現無刷。所以，無刷發電機的電壓調節，就是調節發電機定子繞組向勵磁機定子繞組供應的電流，主要由相復勵勵磁裝置和自動電壓調節器（AVR）兩部分組成。

1.1勵磁裝置

勵磁裝置見圖1主要由勵磁機定子繞組L和轉子繞組以及控制線路組成。控制線路，按一般控制原理，包括電壓和電流變化信號的采集、處理、輸出等環節。

勵磁機定子繞組L，接受上項信號輸出而磁場變化，勵磁機轉子繞組產生感應電壓，輸出至主發電機轉子繞組，使主發電機定子感應電壓升高，向勵磁機定子提供更大勵磁電流勵磁機定子的更大勵磁電流使主發電機轉子磁通再增大，主發電機定子產生更高電壓，如此正反饋循環，發電機的輸出電壓逐漸升高。當發電機的輸出電壓達到AVR的設定的發電機電壓輸出值時，AVR開始分流勵磁機定子繞組的電流，使發電機輸出電壓穩定在空載額定值。

1.2 AVR

AVR是控制線路，按一般控制原理，包括電源、信號電流輸人、信號電壓輸人、放大調節電路和整定電位器等。發電機正常運轉中，AVR檢測電壓和電流兩種信號輸人，發現電壓變化或電流變化預示電壓即將變化，AVR相應改變其分流值，穩定發電機輸出電壓。通過手控開關SA1連接并調節不可控電壓整定電阻RP3、RP4和調節固定分流電阻RP5，也可替代AVR的分流作用從而調整發電機額定輸出電壓，但發電機輸出電壓不能隨負載而變化，故只適用于發電機AVR損壞的應急情況。

1.2.1 信號采集

電壓變化信號從U-V采集。變壓器UV1感應U-V電壓輸出，通過B1-B2提供發電機電壓變化信號，同時A1-A2形成AVR電源。

電流負荷變化信號從C-CC采集。C-CC從調差互感器LIQ4感受發電機電流變化，經開關SA2、滑動變阻器RP2輸人，在電阻R1上電壓降相應變化，做為AVR的電流信號輸人，形成發電機電壓與負荷關系的電壓特性曲線。

1.2.2 信號處理

串聯電壓變化信號和電流變化信號，經過V6-V9橋路等整流進人圖2左上部的運算電路運算，輸出調節電壓的信號，控制場效應管導通脈寬改變輸出電流大小，以分流勵磁機定子繞組的電流，由此控制輸出電壓。

1.2.3 輸出改變電壓的信號

輸出電路，根據運算電路輸出的調節電壓信號，經圖2右上部的放大電路放大去調節場效應管V1的導通脈寬以改變AVR分流電流大小，再從E1-21輸出至勵磁電機的定子勵磁繞組調節發電機的輸出電壓。

2調整方法

帶AVR的無刷交流發電機，電壓調整包括調整空載電壓、調整電壓特性、調整電壓穩定性（靜態和動態）等。

2.1調節空載電壓

AVR出廠前，制造廠將電位器K逆時針旋到底，使發電機的輸出電壓最小，以防發電機安裝后甫一起動就出現高壓。所以，新安裝發電機后需調整空載電壓。當然，更換AVR后也需調整空載電壓。從前述AVR工作原理知，調節發電機空載電壓穩定值，有可調電位器K的粗調，和配電板上電位器RP1的微調。調整方法如下：

（1）發電機運轉之前：

檢查電位器K，確認逆時針旋到底（若不是，逆時針旋到底）。

檢查確認控制屏上的電壓調節電位器RP1在中間位置（若不是，旋到中間位置）。

（2）起動發電機，至空載額定頻率，查看空載電壓（可看配電板電壓表或用數字萬用表的交流電壓檔測量），此時發電機的輸出電壓低于額定空載電壓較多。

（3）順時針旋轉電位器K，檢查確認發電機電壓升高;左右旋動電位器RP1，檢查確認發電機電壓隨之升/降。

（4）旋動電位器K，直至空載電壓達到額定值。注意：電位器K只可在發電機空載時調整，因調節電位器K是粗調，調整時電壓變化幅值較大，易損壞負載。

2.2調節靜態電壓

若需要微量改變發電機輸出靜態電壓，可在發電機帶載運行狀態下調節配電板上微量調整電位器RP1。電位器RP1為微調，調整時電壓變化幅值較小，可在發電機有負載時調整。

2.3調整電壓特性曲線

發電機在單機運行時沒有電壓降特性，不需要調整;并車運行時，若各并電發電機電壓特性存在差異，可用滑動變阻器RP2微量調整發電機輸出電壓特性。

調整標準：按前述規范要求，靜態電壓調整率Δu%≤±2.5%。

調整方法：檢測、調節運轉發電機空載電壓至額定電壓。待并電發電機單獨運行，檢測、調節待并電發電機空載電壓至額定電壓。待并電發電機與運轉發電機并電運行，調節調節電壓調節電位器RP1，檢測新并車電發電機的滿載電壓，滿足靜態電壓調整率Δu%≤±2.5%，且與并電的其他發電機一致。

2.4調整動態電壓調整率

發電機出廠前，制造廠已調整完畢，一般不需要調整;若發電機輸出電壓出現震蕩或波動幅值較大時，則需微量調整。

調整標準：按前述規范要求，電壓瞬態值在85%～120%額定電壓之間;電壓恢復到與最后穩定值相差3%以內所需要時間，不超過1.5秒。

調整方法：使用AVR的可調電位器T調節。調節方向，一般是逆時針不穩定，順時針穩定。電位器T的最佳位置是接近不穩定的臨界點，故：順時針方向旋動電位器T（增大數值），使控制系統趨于穩定，減弱其調節作用的強度;逆時針緩慢旋動電位器T，調節到電壓剛剛開始不穩定時停;然后略微順時針旋動電位器T一點點，使電壓穩定。

3結束語

為了船舶安全，必須熟悉船舶交流同步無刷發電機電壓自動調節系統，掌握AVR的安裝調試方法及其常見故障的診斷和消除，提高船舶電站的可靠性和工作連續性。

參考文獻：

[1]叢培亭.船舶電站.北京：人民交通出版社，2006.08 第1版;

[2]船舶電氣實用指南.大連海運學院出版社，1993.03 第1版.

（作者單位：渤海造船廠集團有限公司）