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，是因为电枢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。所谓自动控制电压，就是当负载减小或增加或其他方面的变化而引起发电机电压升高或降低时，相对减小或增加励磁电流，使发电机输出电压稳定。通过改变励磁回路电阻或可控硅导通角而达到控制励磁电流的目的，促使电压恒定。发电机励磁电流与输出电压的变化，始终是负反馈的作用。本文说明调压板的基本原理、调压装置的分类，以及调压板的自励建压、电压整定范围、低频保护、电压稳定性与并列运行调差精度等基本功能检查方法。
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。
1. 调压器的组成
（1）主要组成部件
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。
（2）各部件的分工
电动机通过传动装置驱动调节器；电压感应器负责检测发电机输出电压；自激励励磁电源提供励磁电流；电压调节电路负责比较与判断；电动机控制电路负责执行调节动作。
2. 调压器的工作过程
（1）运行初期的调节
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。
（2）负载增加时的调节
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。
（3）负载减少时的调节
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。
（4）负反馈的作用
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。励磁电流与输出电压之间始终是负反馈关系：电压偏高则减小励磁，电压偏低则增大励磁。
二、调压装置的分类
1. TD1型碳阻式自动调压装置
（1）基本结构
这种调压方式，在国产柴油发电机组上有所运用。
（2）调节原理
其原理是：当发电机负荷为额定值时，调压器保持稳定不动，这时发电机励磁电流、电压和主励磁电流都稳定不变。
（3）负载变化时的调节
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，从而使发电机励磁电流增大，促使发电机输出电压上升。反之，负载减小，调节调压器碳片电阻，使其电阻增大，而使励磁电流减小，又促使电压下降。
（4）特点与适用场合
碳阻式调压结构简单、成本较低，但碳片磨损后需更换，适用于对调压精度要求不高的小型机组。
2. 相复励自动调压装置
（1）适用场合
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。
（2）空载时的励磁
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。
（3）负载时的复励作用
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。
（4）特点
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
（1）基本原理
利用串入或并入励磁回路的可控硅控制励磁电流，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。
（2）单结晶体管触发方式
可控硅的控制方式有多种，主要分为以下两种：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。
（3）三极管开关触发方式
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，同样也可以控制可控硅的导通角。
（4）特点
可控硅调压响应速度快、调压精度高，但电路相对复杂，对元器件质量与抗干扰能力要求较高。
4. 柴油机电力驱动系统
（1）基本思路
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。
（2）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。
（3）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。
（4）特点
该方案以电力电子变换替代传统调压器，结构上与常规励磁调压方式差异较大，适用于对调压方式有特殊要求的驱动系统。
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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
（1）检查方法
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。
（2）无电压时的处理
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。
（3）检查意义
自励建压可靠性直接关系到机组能否正常投入运行，若建压失败，机组虽能达到额定转速，但无法向负载供电。
2. 电压整定范围检查
（1）标准要求
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。
（2）上限检查
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。
（3）下限检查
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。
（4）检查意义
电压整定范围决定了机组能否根据现场需要调整输出电压，上限不足会影响远距离供电，下限不足会影响轻载时的电压控制。
3. 低频保护检查
（1）低频保护的作用
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。
（2）检查方法
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。
（3）电位器的调节
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）检查意义
低频保护是保护励磁绕组免于在低速启动阶段过热的关键环节，若失效，可能在启动过程中即造成励磁系统损坏。
4. 电压稳定性检查
（1）电位器调节的权衡
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。
（2）合格判断
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。
（3）发电机电压波动率
电压稳定性对发电机输出电压质量的影响主要有：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。
（4）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。
（5）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
（1）调差环节的作用
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。
（2）无功电流偏大时的调节
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。
（3）无功电流偏小时的调节
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。
（4）失效判断
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。
（5）检查意义
并列运行调差精度直接关系到多台机组并机时无功功率能否合理分配，若调差失效，可能出现某台机组无功出力过大而过热，或无功分配不均引起环流。
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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 |
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。其意义在于：掌握同步发电机的基本原理与电压自动控制的负反馈关系，理解碳阻式、相复励、可控硅以及柴油机电力驱动系统等不同调压方式的特点与适用场合，并按自励建压、电压整定范围、低频保护、电压稳定性与并列运行调差精度逐项检查调压板功能，可以在机组出现不建压、电压偏差过大、启动阶段励磁过热或多机并列无功分配不均等故障时，准确判断问题是否出在调压环节，避免因调压板失效造成励磁绕组烧毁或供电质量下降，从而保障柴油发电机组的正常供电。
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