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发电机AVR自动调压板怎样调电压和电流 |
摘要：电压自动调节器又叫调压板AVR，是专门为配套基波、谐波复式励磁或装配有永磁发电机励磁（PGM系统）的交流无刷发电机而设计。由于发电机与柴油机的传动比是固定的，所以发电机的转速将随发动机转速的变化而变化。柴油发电机在运行过程中转速变化范围很大，发电机的端电压也将随发动机的转速变化而在很大范围内变化。发电机对用电设备供电都要求其电压稳定，所以为使电压始终保持在某一数值基本不变，就必须对发电机的输出电压进行调节。
一、调压板AVR的原理
柴油发电机组的调压板需要通过交流采集来获取发电机输出的电压值，以下是柴油发电机组调压板交流采集的一种设计方案：
（1）将发电机输出的交流电压信号通过一个变压器进行隔离和降压。变压器的选择应该根据实际应用来确定，一般来说，需要选择能够满足系统电压和电流要求的变压器。变压器输出的信号将被传输到下一个电路中。
（2）使用整流电路将变压器输出的交流电压转换为直流电压。整流电路可以采用半波整流、全波整流等方案，具体应根据实际情况选择。整流电路的输出将被传输到下一个电路中。
（3）使用电容滤波电路对整流电路输出的直流电压进行滤波处理。电容滤波器的选择应该根据输出电压和输出电流来确定，以确保能够有效地降低电压的纹波。滤波后的信号将被传输到下一个电路中。
（4）使用一个模拟信号处理器对滤波后的直流电压信号进行采集和处理，以获得准确的电压值。模拟信号处理器可以采用集成电路或者单独设计，具体应根据系统要求来选择。处理后的电压值将被传输到调压板的控制电路中，用于计算电位器的值。
（5）在实际设计过程中，还需要考虑到一些因素，例如噪声、温度、电源波动等，以确保采集的电压值准确可靠。此外，还需要设计适当的保护电路，以防止发生过压、过流等故障。
由交流发电机的工作原理我们知道，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值
Eφ==CeФn（V）
式中，Ce为发电机的结构常数；n为转子转速；Ф为转子的磁极磁通；
因此，交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。
当转速升高时，Eφ增大，输出端电压UB升高，当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。又磁极磁通Ф与励磁电流If成正比，减小磁通Ф也就是减小励磁电流If。
所以，交流发电机调节器的工作原理是当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通Ф，使发电机的输出电压UB保持不变。触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。
二、AVR调压板结构与接线
常用AVR （自动电压调节器）外形及结构如图1所示，不同厂家开发生产的 AVR外形、结构有差异，但其与发电机的接口与调节功能基本相同。图2是AVR电路接线图，主要接线口如下：
1、检测电压输入
接于发电机三相输出端线电压400V或相电压230V上。
2、电源电压输入
P1、P2，接于发电机定子主绕组U、V相中点抽头200V或机端相电压 230V上（有的AVR不分检测输入和电源输入，仅设置一个电压信号接口，接于机端相电压或线电压上）。
3、励磁输出
F+、F-（有的标志为F1、F2），接于无刷发电机交流励磁机定子主励磁绕组线端E1、E2。
4、调差输入
K1、K2 （露出电位器旋钮），接于W相上的调差互感器二次绕组线端，考虑到50kW以下发电机一般不作并列运行，有的小型AVR就不设置调差环频率转折（低频保护用），已在AVR内部接好线而不外接。
5、电压调节
露出电位器旋钮，已在AVR内部接好线而不外接；
6、电压稳定性
露出电位器旋钮，已在AVR内部接好线而不外接；
7、远程控制
有的AVR 还设置有外接电位器接口，用于需远程外接调节电压的发电机；有的AVR还设罝有外接常开起励按钮，用于铁心容易失磁的发电机。AVR与发电机组装时，可装在机座顶上的励磁箱内，也可装在控制箱或控制屏内，并已按AVR说明书的规定正确接线。
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图1 发电机AVR自动电压调节器 |
图2 交流发电机调压板电路接线图 |
三、自动电压板功能
柴油发电机组AVR电压调节器旋钮功能示意图如图3所示。
1、自励建立电压可靠性检查
起动柴油发电机至额定转速，已投入运行的发电机，转速接近额定转速时都应该能自动建立电压，交流电压表指示的电压应接近额定电压。若未有电压指示，调节“电压调节”电位器，顺时针转电压应上升，若电位器已调至最大位置仍无电压，用万用表直流挡检测励磁输 出F+、F-，用万用表交流挡检测电源电压输入端和检测电压输入端，若输入端有电压，而励磁输出端仍无电压，说明该AVR已损坏，应换上同型号、规格新的AVR。
2、电压整定范围检査
国家标准规定：发电机电压整定范围≧1.05倍额定电压和≦0.95倍额定电压。检测时， 发电机已处于空载转速（频率达52.5Hz）。顺时针转“电压调节”电位器旋钮，若电位器己调至最大位置，发电机电压应大于1.05倍额定电压，若小于此值，用万用表直流挡检测励磁输出F+、F-端子，测得的励磁电压没有超过铭牌规定值，说明AVR电压整定范围上限不够高。再逆时针转“电压调节”电位器旋钮，发电机电压应小于0.95倍额定电压，若电位器已调至最小位置，发电机电压未能小于此值，说明AVR电压整定范围下限不够低，应更换AVR。
3、低频保护检查
设置有低频保护环节的AVR，在发电机转速升至频率转折拐点（一般为45HZ）之前， 发电机励磁电流不允许大于铭碑规定值，否则有刷发电机转子绕组或无刷发电机交流励磁机定子绕组、电枢绕组将因持续的超大励磁电流而过热直至烧毁。在发电机升速过程，若出现励磁电流超大，说明AVR低频保护失效，应更换AVR。低频保护特性一般在AVR生产厂已调试好，其电位器旋钮已固封，发电机调试时无需调节，但有的厂家未固封，此时可用小螺丝刀调节“频率转折”电位器，顺时针转，低频保护点频率升高，若升至45Hz之前，还出现超大励磁电流，说明该AVR低频保护功能不满足要求，应更换。
4、电压稳定性检査
电压稳定性对发电机输出电压质量的影响主要因素：
（1） 发电机电压波动率
稳定性好电压波动率小。稳定性差电压波动率大，不适用于几乎所有用电设备。柴油发电机组标准规定：电压波动率≦0.5%，稳定性越好，电压越隐定。
（2） 稳态电压调整率
稳定性好，稳态电迅调整率小，即从空载到满载电压变化小。稳定性差，则稳态电压调整率大，从空载到满载电压上升或下降大，也不适用于几乎所有用电设备。国家标准规定：发电机稳态电压调整率有≦±1.0%、±2.5%、±5.0%三类指标， 依不同励磁方式发电机而定。稳态电压调整率越小，电压越稳定。
（3） 瞬态电压调整率
稳定性好，瞬态电压调幣率小，从空载突加负载至满载，或从满载突减负栽至空载瞬变的过程中，电压变化小，电压恢复速度快。稳定性差，则瞬态过程电压变化大，反映速度慢。国家标准规定：发电机瞬态电压调整率为≦ （-15%〜＋20%）、 ≦ （-20%〜+ 25%）、≦ （-25%〜+ 30%） 3类指标，依不同励磁方式发电机而定。瞬态电压调整率越小，电压越稳定。起动电动机能力也越强。
● 电压稳定性检査方法
测试电路如图4所示。先找到调节“电压稳定性”电位器，顺时针转，发电机电压波动率好， 但稳态、瞬态电压调整率变差；逆时针转调节器旋钮，发电机电压波动率变差，但稳态、瞬态电压调整率变好。发电机要求既有合格的电压波动率，也有合格的稳态、瞬态电压调整率，通过调节“电压稳定性"电位器，上述3项性能指标中任1项不合格，说明该AVR不合格，应更换AVR。
5、并列运行调差精度检查
适用于两台或多台发电机并列运行或并网运行的AVR，其内部设置有调差环节（含调节电位器），外接调差互感器，改善各台发电机的无功功率的自动合理分配，使各发电机稳定运行。当某台发电机无功电流偏大时（该发电机负载功率因数滞后偏大），顺时针方向缓慢调节“无功调差”电位器，无功电流偏小时（该发电机负载功率因数滞后偏小），逆时针 方向缓慢调节“无功调差”电位器。若顺时针或逆时针方向调节电位器过程无功电流不改变，说明AVR的无功调差失效，应更换AVR。
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图3 MX321斯坦福自动电压调节器功能指示图 |
图4 发电机自动电压调节器的测试与调整 |
总结：
柴油发电机组的调压板是一种用于控制发电机输出电压的装置。它通常由一块电子电路板和一个电子电路板上的电位器组成。当发电机运行时，它会产生电压，然后通过调压板中的电路进行控制。调压板中的电路会检测输出电压的大小，并通过电位器调节电压大小，以确保发电机输出的电压始终保持在预设的范围内。具体来说，当发电机输出电压高于预设值时，电路板会自动调节电位器的电阻值，使发电机输出电压降低。反之，当发电机输出电压低于预设值时，电路板会自动调节电位器的电阻值，使发电机输出电压增加。需要注意的是，调压板的具体实现方式可能因不同的发电机组而异。在某些情况下，调压板可能采用机械方式来控制电位器，而在其他情况下，它可能使用数字控制电路来自动调节电位器的值。
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