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发电机自动调压器的原理 |
摘要：要想掌握柴油发电机组的基本知识，首先要掌握同步发电机的简单原理和电压自动控制原理。当转子旋转时，定子切割磁力线产生交流电，同步的由来，是因为电极电流产生的旋转磁场的转速与磁场的转速相同，而且它们的转向也相同（前者的转向由后者决定），所以二者在空间上是相对静止的，称为同步发电机。
一、调压板基本原理
发电机电压调节器是一种用于控制发电机输出电压的装置，它可以根据负载的变化来调节发电机的电压，以保持输出电压的稳定性。下面将介绍发电机电压调节器的工作原理。
发电机电压调节器主要由电动机、电压感应器、自激励励磁电源、电压调节电路和电动机控制电路等组成。
当发电机开始运行时，电动机通过传动装置驱动调节器的电压调节电路进行调节。电压感应器通过感应发电机输出电压的大小，将电压信号传递给电压调节电路。电压调节电路根据感应到的电压信号来判断发电机的输出电压是否正常，并根据需要进行调节。
在调节过程中，电压调节电路会控制自激励励磁电源的输出电流，从而调节发电机的励磁电流。当发电机的负载增加时，输出电压会下降，电压感应器会感应到这一变化，并将信号传递给电压调节电路。电压调节电路根据感应到的信号来判断发电机的输出电压是否低于额定电压，并通过控制自激励励磁电源的输出电流来增加励磁电流，从而提高发电机的输出电压。
同样的道理，当发电机的负载减少时，输出电压会上升，电压感应器也会感应到这一变化，并将信号传递给电压调节电路。电压调节电路根据感应到的信号来判断发电机的输出电压是否高于额定电压，并通过控制自激励励磁电源的输出电流来减小励磁电流，从而降低发电机的输出电压。
通过这样的调节过程，发电机电压调节器可以保持发电机的输出电压在额定电压范围内的稳定性。当负载变化时，调节器会根据需要自动调节励磁电流，以使发电机的输出电压保持恒定。这样可以确保供电系统中的设备正常工作，避免因电压波动而引起的故障。
二、调压装置的分类
1、TD1型碳阻式自动调压装置
这种调压方式，在国产柴油发电机组上有所运用，其原理是：当发电机负柴油发电机组使用与维修荷为额定值时，调压器保持稳定不动，这时发电机激磁电流、电压和主激磁电流都稳定不变；如果发电机负载发生变化，电压降低，此时，调压器开始调节碳片电阻，使其电阻减小，从而使发电机激磁电流增大，促使发电机输出电压上升。反之，载减小，调节调压器碳片电阻，使其电阻增大，而使激磁电流减小，又促使电压下降。
2、相复励自动调压装置
因为特殊设备的启动和运行中负载变化较大，采用相复励自动调压可以较好地满足特殊设备的需要，因此，目前在特殊设备供电中，发电机控制部分一般采用相复励自动调压方式。
相复励自动调压的基本原理是当发电机空载时，电枢抽头绕组的剩磁电压，通过线性电抗器移相90。，施于三相桥式整流器上整流后，直流电流通向磁场绕组进行励磁，当剩磁电压太低时，可用直流电进行充电。当发电机带有负载时，其负载电流通过电流互感器的一次绕组，产生一个和一次绕组电流成比例关系的二次电流，此电流能随不同功率因数的负载变化时所需励磁电流而相应增减。在适当参数配合下，供应和发电机所需的励磁电流相适应，故能自动调整电压，保持电压恒定在一定的范围内。由于它的这种特性，所以在工程建筑和特殊负载变化较大的设备中，较多地采用相复励调压方式的发电机组。
3、可控硅自动调压装置
利用串入或并入激磁回路的可控硅控制激磁电流，从而使发电机的输出电压随负载的变化而进行自动调节，原理如图1所示。可控硅的控制方式有多种，主要分为以下两种：
（1）利用单结晶体管组成弛张振荡电路产生触发脉冲，改变电容的充电电压，从而控制触发脉冲产生的时间，改变可控硅导通角。
（2）利用三极管导通截止开关特性，改变电容的充电电压，控制三极管的打开时间而产生触发脉冲，同样也可以可控制的导通角。
4、柴油机电力驱动系统
简单来说，就是一种取消电压调节装置的设计方案，原理如图2所示。
（1）结构：
具有永磁同步发电机和制动电阻，永磁同步发电机在转子侧与柴油机械耦合，在定子侧与电压型变换器导电相连，电压型变换器在发电机侧和负载侧分别具有一个自换相脉冲变流器，自换相脉冲变流器在直流电压侧通过直流电压中间电路彼此相连，制动电阻可与直流电压中间电路导电相连。
（2）原理
电压型变换器的发电机侧自换相变流器的每个发电机侧接点(R，S，T)均可通过开关装置与一个制动电阻导电相连，制动电阻彼此导电相连，借此获得一种无需再使用附加电压调节器的柴油电力驱动系统。
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图1 发电机自动调压器原理图 |
图2 柴油机电力驱动系统原理图 |
三、调压板基本功能
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，电路如图3所示。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，说明该调压板已损坏，应换上同型号、规格新的调压板。
2、电压整定范围检査
根据国家标准规定，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，用万用表直流档检测励磁输出F+、F-端子，测得的励磁电压没有超过铭牌规定值，说明调压板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，说明调压板电压整定范围下限不够低，应更换调压板。
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图3 发电机自励建立电压原理图 |
图4 柴油发电机组电压整定范围检査 |
3、低频保护检查
设置有低频保护环节的调压板，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，说明调压板低频保护失效，应更换调压板。低频保护特性一般在调压板生产厂已调试好，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，说明该调压板低频保护功能不满足要求，应更换。
4、电压稳定性检査
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，说明该调压板不合格，应更换调压板。
电压稳定性对发电机输出电压质量的影响主要有：
（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%） 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。
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调压板，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，说明调压板的无功调差失效，应更换调压板。
总结：
总的来说，发电机调压器是发电机稳定输出电压的关键设备之一。它的主要作用是通过控制发电机的励磁电流来调节发电机的输出电压，以保证电压稳定，防止电压过高或过低对电气设备造成损坏，同时保证稳定的电能供应。在发电机运行时，发电机内部产生的电压需要通过调压器进行调节，使电压满足负载的要求，并保持一定的稳定性。因此，调压器在电力系统中具有重要的地位，可以保持供电系统的电压稳定，确保柴油发电机组正常工作。
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