曹東 鐔亮 陳嵩

【摘 ?要】發(fā)電機(jī)是船舶主要設(shè)備之一，多采用交流電制。電壓變化超標(biāo)和或頻率變化超標(biāo)，可能導(dǎo)致其保護(hù)電器動(dòng)作、電網(wǎng)解列甚至全船停電，危及船舶安全。目前無(wú)刷同步交流發(fā)電機(jī)應(yīng)用廣泛，其電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，但也常因管理人員對(duì)其功能原理理解不充分而調(diào)節(jié)和排除故障困難。本文從研究了無(wú)刷發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)原理及調(diào)整方法。

【關(guān)鍵詞】船舶無(wú)刷發(fā)電機(jī);自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng);電壓調(diào)整方法

1設(shè)備介紹

無(wú)刷發(fā)電機(jī)有一個(gè)與主發(fā)電機(jī)同軸的勵(lì)磁機(jī)。勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)一樣，也有定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。主發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組靠勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組供電產(chǎn)生磁場(chǎng)定子繞組感應(yīng)轉(zhuǎn)子繞組的磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電壓輸出電能。勵(lì)磁機(jī)，定子繞組靠主發(fā)電機(jī)定子繞組供電產(chǎn)生磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)定子繞組的磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電壓向主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組輸出電能，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷。所以，無(wú)刷發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)，就是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組向勵(lì)磁機(jī)定子繞組供應(yīng)的電流，主要由相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁裝置和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）兩部分組成。

1.1勵(lì)磁裝置

勵(lì)磁裝置見(jiàn)圖1主要由勵(lì)磁機(jī)定子繞組L和轉(zhuǎn)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(hào)的采集、處理、輸出等環(huán)節(jié)。

勵(lì)磁機(jī)定子繞組L，接受上項(xiàng)信號(hào)輸出而磁場(chǎng)變化，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，輸出至主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，使主發(fā)電機(jī)定子感應(yīng)電壓升高，向勵(lì)磁機(jī)定子提供更大勵(lì)磁電流勵(lì)磁機(jī)定子的更大勵(lì)磁電流使主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通再增大，主發(fā)電機(jī)定子產(chǎn)生更高電壓，如此正反饋循環(huán)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓逐漸升高。當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓達(dá)到AVR的設(shè)定的發(fā)電機(jī)電壓輸出值時(shí)，AVR開(kāi)始分流勵(lì)磁機(jī)定子繞組的電流，使發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)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(hào)電流輸人、信號(hào)電壓輸人、放大調(diào)節(jié)電路和整定電位器等。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，AVR檢測(cè)電壓和電流兩種信號(hào)輸人，發(fā)現(xiàn)電壓變化或電流變化預(yù)示電壓即將變化，AVR相應(yīng)改變其分流值，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)輸出電壓。通過(guò)手控開(kāi)關(guān)SA1連接并調(diào)節(jié)不可控電壓整定電阻RP3、RP4和調(diào)節(jié)固定分流電阻RP5，也可替代AVR的分流作用從而調(diào)整發(fā)電機(jī)額定輸出電壓，但發(fā)電機(jī)輸出電壓不能隨負(fù)載而變化，故只適用于發(fā)電機(jī)AVR損壞的應(yīng)急情況。

1.2.1 信號(hào)采集

電壓變化信號(hào)從U-V采集。變壓器UV1感應(yīng)U-V電壓輸出，通過(guò)B1-B2提供發(fā)電機(jī)電壓變化信號(hào)，同時(shí)A1-A2形成AVR電源。

電流負(fù)荷變化信號(hào)從C-CC采集。C-CC從調(diào)差互感器LIQ4感受發(fā)電機(jī)電流變化，經(jīng)開(kāi)關(guān)SA2、滑動(dòng)變阻器RP2輸人，在電阻R1上電壓降相應(yīng)變化，做為AVR的電流信號(hào)輸人，形成發(fā)電機(jī)電壓與負(fù)荷關(guān)系的電壓特性曲線。

1.2.2 信號(hào)處理

串聯(lián)電壓變化信號(hào)和電流變化信號(hào)，經(jīng)過(guò)V6-V9橋路等整流進(jìn)人圖2左上部的運(yùn)算電路運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)電壓的信號(hào)，控制場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通脈寬改變輸出電流大小，以分流勵(lì)磁機(jī)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(hào)

輸出電路，根據(jù)運(yùn)算電路輸出的調(diào)節(jié)電壓信號(hào)，經(jīng)圖2右上部的放大電路放大去調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管V1的導(dǎo)通脈寬以改變AVR分流電流大小，再?gòu)腅1-21輸出至勵(lì)磁電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

2調(diào)整方法

帶AVR的無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)，電壓調(diào)整包括調(diào)整空載電壓、調(diào)整電壓特性、調(diào)整電壓穩(wěn)定性（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)）等。

2.1調(diào)節(jié)空載電壓

AVR出廠前，制造廠將電位器K逆時(shí)針旋到底，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓最小，以防發(fā)電機(jī)安裝后甫一起動(dòng)就出現(xiàn)高壓。所以，新安裝發(fā)電機(jī)后需調(diào)整空載電壓。當(dāng)然，更換AVR后也需調(diào)整空載電壓。從前述AVR工作原理知，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)空載電壓穩(wěn)定值，有可調(diào)電位器K的粗調(diào)，和配電板上電位器RP1的微調(diào)。調(diào)整方法如下：

（1）發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之前：

檢查電位器K，確認(rèn)逆時(shí)針旋到底（若不是，逆時(shí)針旋到底）。

檢查確認(rèn)控制屏上的電壓調(diào)節(jié)電位器RP1在中間位置（若不是，旋到中間位置）。

（2）起動(dòng)發(fā)電機(jī)，至空載額定頻率，查看空載電壓（可看配電板電壓表或用數(shù)字萬(wàn)用表的交流電壓檔測(cè)量），此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電壓低于額定空載電壓較多。

（3）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電位器K，檢查確認(rèn)發(fā)電機(jī)電壓升高;左右旋動(dòng)電位器RP1，檢查確認(rèn)發(fā)電機(jī)電壓隨之升/降。

（4）旋動(dòng)電位器K，直至空載電壓達(dá)到額定值。注意：電位器K只可在發(fā)電機(jī)空載時(shí)調(diào)整，因調(diào)節(jié)電位器K是粗調(diào)，調(diào)整時(shí)電壓變化幅值較大，易損壞負(fù)載。

2.2調(diào)節(jié)靜態(tài)電壓

若需要微量改變發(fā)電機(jī)輸出靜態(tài)電壓，可在發(fā)電機(jī)帶載運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)節(jié)配電板上微量調(diào)整電位器RP1。電位器RP1為微調(diào)，調(diào)整時(shí)電壓變化幅值較小，可在發(fā)電機(jī)有負(fù)載時(shí)調(diào)整。

2.3調(diào)整電壓特性曲線

發(fā)電機(jī)在單機(jī)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有電壓降特性，不需要調(diào)整;并車(chē)運(yùn)行時(shí)，若各并電發(fā)電機(jī)電壓特性存在差異，可用滑動(dòng)變阻器RP2微量調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出電壓特性。

調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)：按前述規(guī)范要求，靜態(tài)電壓調(diào)整率Δu%≤±2.5%。

調(diào)整方法：檢測(cè)、調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)空載電壓至額定電壓。待并電發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，檢測(cè)、調(diào)節(jié)待并電發(fā)電機(jī)空載電壓至額定電壓。待并電發(fā)電機(jī)與運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)并電運(yùn)行，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)電位器RP1，檢測(cè)新并車(chē)電發(fā)電機(jī)的滿載電壓，滿足靜態(tài)電壓調(diào)整率Δu%≤±2.5%，且與并電的其他發(fā)電機(jī)一致。

2.4調(diào)整動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整率

發(fā)電機(jī)出廠前，制造廠已調(diào)整完畢，一般不需要調(diào)整;若發(fā)電機(jī)輸出電壓出現(xiàn)震蕩或波動(dòng)幅值較大時(shí)，則需微量調(diào)整。

調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)：按前述規(guī)范要求，電壓瞬態(tài)值在85%～120%額定電壓之間;電壓恢復(fù)到與最后穩(wěn)定值相差3%以內(nèi)所需要時(shí)間，不超過(guò)1.5秒。

調(diào)整方法：使用AVR的可調(diào)電位器T調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方向，一般是逆時(shí)針不穩(wěn)定，順時(shí)針?lè)€(wěn)定。電位器T的最佳位置是接近不穩(wěn)定的臨界點(diǎn)，故：順時(shí)針?lè)较蛐齽?dòng)電位器T（增大數(shù)值），使控制系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，減弱其調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)度;逆時(shí)針緩慢旋動(dòng)電位器T，調(diào)節(jié)到電壓剛剛開(kāi)始不穩(wěn)定時(shí)停;然后略微順時(shí)針旋動(dòng)電位器T一點(diǎn)點(diǎn)，使電壓穩(wěn)定。

3結(jié)束語(yǔ)

為了船舶安全，必須熟悉船舶交流同步無(wú)刷發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，掌握AVR的安裝調(diào)試方法及其常見(jiàn)故障的診斷和消除，提高船舶電站的可靠性和工作連續(xù)性。

參考文獻(xiàn)：

[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(shí)用指南.大連海運(yùn)學(xué)院出版社，1993.03 第1版.

（作者單位：渤海造船廠集團(tuán)有限公司）