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（PMG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，发电机的转速将随发动机转速的变化而变化，导致端电压在很大范围内变化。为使电压始终保持稳定，就必须对发电机的输出电压进行调节。本文系统阐述AVR基于“转速变化→调节励磁电流→改变磁通→稳定电压”的工作原理，介绍AVR调压板的检测电压输入、电源电压输入、励磁输出、调差输入等接口结构与接线方式，详细说明自励建立电压可靠性、电压整定范围、低频保护、电压稳定性和并列运行调差精度等五项功能的检查方法与判定标准，为AVR的调试与故障排查提供技术参考。
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. 交流电压信号的隔离与降压
（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，其变比应使次级输出电压在后续电路可处理的范围内（通常为10～20VAC）。变压器输出的信号将被传输到下一个电路中。
（2）变压器应具有良好的线性度和频率响应特性，以保证不同负载和转速下采集精度的一致性。此外，变压器原副边之间应有足够的绝缘等级（通常不低于2.5kV），以确保安全隔离。
2. 整流电路
（1）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。全波整流（桥式整流）具有更高的效率和更低的纹波系数，在AVR中应用更为广泛。
（2）整流二极管应选用快恢复型或肖特基二极管，以减小开关损耗和反向恢复时间，提高整流效率。整流电路的输出将被传输到下一个电路中。
3. 滤波电路
（1）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。滤波电容的容量一般为1000～4700μF，耐压值应不低于输出电压峰值的1.5倍。
（2）为提高滤波效果，可在电容滤波后增加一级RC或LC滤波网络，进一步抑制交流纹波分量。滤波后的信号将被传输到下一个电路中。
4. 模拟信号处理
（1）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。常用的方案包括运算放大器构成的电压跟随器、差分放大器或专用的电压测量芯片。
（2）信号处理电路中应设置电压分压网络，将直流电压信号调整至ADC（模数转换器）的最佳输入范围（通常为0～5V或0～10V），以保证采样精度。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. 抗干扰与保护措施
（1）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。输入回路应设置低通滤波器（截止频率约100Hz），以抑制高频噪声和电磁干扰对采样信号的影响。
（2）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。保护措施包括输入端瞬态抑制二极管（TVS）、输出端限流电阻及热敏电阻过温保护等。关键信号线应采用屏蔽走线，并尽量远离大电流、高电压的功率回路。
6. AVR电压调节的基本原理
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：
式中，为发电机的结构常数；为转子转速；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，增大，输出端电压 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 不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通 来实现。又磁极磁通 与励磁电流 成正比，减小磁通 也就是减小励磁电流 。
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 来减小磁通 ，使发电机的输出电压 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 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 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
（1）接于发电机三相输出端线电压400V或相电压230V上，用于实时监测发电机的实际输出电压，作为AVR的反馈信号。
（2）检测电压输入通常采用三线制或两线制接入。三线制适用于三相检测（可检测三相不平衡），两线制适用于单相检测。检测回路应采用屏蔽线，防止电磁干扰影响采样精度。
2. 电源电压输入
（1）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）。
（2）电源输入应配置相应容量的熔断器或断路器（通常2～4A），以防止调压板内部短路时故障扩大。电源输入线应选用耐温不低于105℃的阻燃导线，线径不小于1.0mm²。
3. 励磁输出
（1）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。
（2）励磁输出线应选用足够截面的导线（通常不小于1.5mm²），以承载最大励磁电流（一般3～7A）。接线应牢固，防止接触电阻过大造成发热或压降。F+和F-极性不得接反，否则发电机的剩磁电压方向相反，可能导致建压失败。
4. 调差输入
（1）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。
（2）调差互感器应按规定的变比和精度选用，其二次绕组应短路保护，严禁在运行时开路，否则会产生高压危及人身和设备安全。
5. 电压调节
（1）露出电位器旋钮，已在AVR内部接好线而不外接。该电位器用于调整发电机的空载输出电压，顺时针旋转输出电压升高，逆时针旋转输出电压降低。
（2）调节时应缓慢旋转，每次调整后待电压稳定（约3～5秒）再观察电压表读数，避免过调。
6. 电压稳定性
（1）露出电位器旋钮，已在AVR内部接好线而不外接。该电位器用于调整AVR的动态响应特性，影响电压波动率和瞬态调整率。
（2）顺时针旋转可使电压波动率减小（更稳定），但瞬态响应变慢；逆时针旋转可加快瞬态响应，但波动率增大。调整时应根据发电机实际负载特性进行折中选择。
7. 远程控制
（1）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。远程电位器应采用屏蔽线连接，屏蔽层在AVR端单端接地，以防止干扰引入。
（2）有的AVR还设置有外接常开起励按钮，用于铁心容易失磁的发电机。起励按钮通常在发电机启动后按下2～3秒，待电压建立后松开。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。
|
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. 电压整定范围检查
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，若电位器已调至最大位置，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牌规定值，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. 电压稳定性检查
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，电压越稳定。
（2）稳态电压调整率。稳定性好，稳态电压调整率小，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，瞬态电压调整率小，从空载突加负载至满载，或从满载突减负载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%)三类指标，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。
电压稳定性检查方法：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。
|
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： AVR基于 的原理，通过调节励磁电流改变磁通以稳定电压。其接线包括检测电压输入（400V线电压或230V相电压）、电源电压输入（P1/P2）、励磁输出（F+/F-）和调差输入（K1/K2）等接口。功能检查应覆盖：自励建压（转速接近额定值时电压应自动建立）、电压整定范围（空载时可调至≥1.05UN和≤0.95UN）、低频保护（45Hz拐点前励磁电流不超限）、电压稳定性（电压波动率≤0.5%，稳态调整率≤±1.0%～±5.0%，瞬态调整率三类指标）及并列调差（调节无功调差电位器应改变无功分配）。AVR的“电压稳定性”电位器顺时针改善波动率但恶化调整率，逆时针反之，任一项不合格应更换AVR。掌握AVR原理与检测方法对确保发电机输出电压质量至关重要。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
- 上一篇：柴油发电机的母线槽和电缆连接方案对比
- 下一篇：发电机数字式自动准同期并列装置的构成
