柴油發(fā)電機(jī)組工作原理——同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控" width="500" height="334" title="柴油發(fā)電機(jī)組工作原理——同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控" align="">?

同步發(fā)電機(jī)在其額定負(fù)載范圍內(nèi)允許帶各種用電負(fù)荷。這些負(fù)荷的輸入特性會(huì)直接影響發(fā)電機(jī)的輸出電壓;當(dāng)負(fù)載為純電阻性時(shí)，因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)的定子端電壓——電樞端電壓與負(fù)載電流是同相的，所以使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的前一半被定子磁場(chǎng)削弱，而后一半又被定子磁場(chǎng)加強(qiáng)，一周內(nèi)合成磁場(chǎng)平均值不變，發(fā)電機(jī)輸出電壓不變。負(fù)載呈現(xiàn)為純電感性時(shí)，則因負(fù)載電流滯后電樞端電壓90°而使得定子磁場(chǎng)削弱了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，合成磁場(chǎng)降低，造成發(fā)電機(jī)輸出電壓下降。若負(fù)載是純電容性的，負(fù)載電流就會(huì)超前電樞端電壓90°，從而使定子磁場(chǎng)加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，合成磁場(chǎng)增大，發(fā)電機(jī)輸出電壓上升?？梢?jiàn);合成磁場(chǎng)是使發(fā)電機(jī)性能變化的一個(gè)重要因素。而合成磁場(chǎng)中起主要作用的是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)即主磁場(chǎng)，因此，調(diào)控轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就可以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓改善其帶負(fù)載能力，從而達(dá)到在額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)住發(fā)電機(jī)輸出電壓的目的。

(1)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁

所謂勵(lì)磁即是向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電使其產(chǎn)生直流電磁場(chǎng)的過(guò)程。同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)的線圈就是由稱(chēng)做勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備為其供以直流電形成直流磁場(chǎng)的。早期的發(fā)電機(jī)是采用單獨(dú)的勵(lì)磁機(jī)給轉(zhuǎn)子線圈提供直流電的，系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)都是將發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)組裝在一起構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)電機(jī)。

勵(lì)磁機(jī)其實(shí)就是個(gè)小發(fā)電機(jī)，它的工作原理與同步發(fā)電機(jī)一樣。所不同的是它的定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈所起的作用與同步發(fā)電機(jī)——主發(fā)電機(jī)正好相反;固定在主發(fā)電機(jī)定子旁的勵(lì)磁機(jī)的定子線圈通以直流電形成直流磁場(chǎng)，而安裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈成為輸出電動(dòng)勢(shì)的電樞。勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)壁之間也是保持著小而均勻的間隙。這也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)的無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)。安裝在主發(fā)電機(jī)定子旁的勵(lì)磁機(jī)定子線圈的直流電，是由主發(fā)電機(jī)定子線圈即電樞的部分輸出電壓經(jīng)整流后而得到的。與主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子線圈在其定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)、切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)同軸安裝在它旁邊的整流器也就是旋轉(zhuǎn)整流器變成直流電流，輸?shù)街靼l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈使其產(chǎn)生直流轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。從而達(dá)到了對(duì)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)磁的要求。

(2)同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(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。

對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)節(jié)過(guò)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(jiàn)通過(guò)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(chēng)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(lèi)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(kāi)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。

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(lái)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(guò)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(zhǎng)，通過(guò)的電流增多。

勵(lì)磁機(jī)定子線圈一端接在端子X(jué)1上，另一端接在XX1端子上。由主發(fā)電機(jī)電樞送來(lái)的EA、EB、Ec三相電壓，經(jīng)過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)，它導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，則定子線圈流過(guò)電流時(shí)間長(zhǎng)，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。

AVR就是這樣調(diào)控主發(fā)電機(jī)的電壓的;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(kāi)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。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(lái)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)?，從而?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。

一家專(zhuān)業(yè)從事柴油發(fā)電機(jī)組、船用柴油機(jī)、船用機(jī)組、農(nóng)業(yè)排灌用柴油機(jī)生產(chǎn)、銷(xiāo)售和服務(wù)的廠家。?

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