摘要： 发电机主机励磁绕组是由励磁机转子绕组经过三相桥式整流装置获得励磁电流。励磁装置和可控硅电压调节器合成为励磁系统。所需的励磁电流是由主发电机通过励磁装置提供的。用这种方式来调节，使在电压调节器不起作用时，在整个负载范围内，发电机电压高于其整定值。电压调节器将励磁装置所供给的励磁电流中的一小部分提供一个旁路，从而控制发电机电压。电压调节器组件由调节器和功率组件（整流器、补偿回路的可控硅电阻）组成。本文系统阐述电压调节器的运行模式（含实测值采集、调差补偿、脉冲触发及过压保护）、安装连接方式，详细说明发电机在单机运行和并联运行时的电压调整、电位器功能（U、K、T、R47、S）及整定方法，并提供并联运行时无功功率均匀分配的调差装置整定原则与补偿压降计算公式，为励磁系统的调试与维护提供技术参考。
一、电压调节器
独立外置式电压调节器（AVR）是单独一个模块，上面通常有调节旋钮和接线端子，如图1所示。当电阻作为内部电路时，其串联在分压电路或反馈回路中，和稳压管、晶体管等配合，同样需要打开外壳才能触及。当电阻作为外部可调元件时，可用螺丝刀旋转的电位器，用来微调输出电压，通常标在模块面板上。
1. 电压调节器运行模式
（1）电压信号的采集与处理。发电机电压通过接插件X1以单相双线形式送至调节器。发电机电压经变压器 T1 降压后，由负载侧的桥式整流器V1-V4进行整流。这个整流电压为电压调节器提供所需的实测值脉冲信号值“Uist”、整定电压Usoll及电源电压。
（2）无功电流补偿的接入方式。如果励磁系统使用一只无功电流补偿器，则励磁装置的电流互感器T15或中间互感器T4经接插件X2/5和X2/9连接到负载电阻R1上。这样，实测电压就由T1的次级电压和电阻R1的电压叠加组成。发电机电压特性的斜率可用电位器S来设定。如果采用外部的电压整定电位器，则用接插件X2/1（A1）和X2/3（A3）连接，此时调节器上的微动开关S1/3必须断开。
（3）外部设定信号的接入。通过接插件X2/6和X2/2，可传回一个0-10V 的直流电压，这个电压作用于调节放大器的比较点。这个设定点可通过高电平信号设备预设，实现远程电压调整或与自动发电控制（AGC）系统接口。
（4）调节放大与脉冲形成。调节放大器（比例放大系数由电位器K和恢复时间电位器T调节）输出一个直流电压，这个直流电压用来控制脉冲单元，转换成一个时间可调的触发脉冲供给可控硅V18或V28。
（5）励磁电流的旁路控制原理。发电机励磁回路由整流桥 V29 供电。电阻R48和可控硅V28形成与励磁绕组相并联的旁路回路，由励磁装置所提供的被控制的电流就流过这个旁路。用这种方法使发电机的电压得到控制。为了获得最佳的校正作用，经过电阻R47而向调节器反馈一个偏差量。
（6）过电压保护。当励磁回路出现 600V以上的过电压时，过压保护器就起作用并连续触发可控硅。这样，发电机的励磁回路就得到了保护。
2. 安装
励磁装置、可控硅电压调节器、主机以及励磁机之间的连接线是由工厂连接好的。如果需要，电源连线和电压整定器按随机供应的接线图接到出线盒的接线端子上。接线时应注意屏蔽线的接地方式，避免引入干扰影响调节精度。
图1 发电机电压调节器电阻位置
二、运行
可控硅电压调节器将发电机电压调整到与设定值相一致。由于原动机的下垂特性而引起的频率变化不会影响电压精度。
如果铭牌上无其它规定，则发电机和励磁装置的设计和调节可使在稳定运行条件下，当负载从空载到额定负载以及当功率因数在0.8至1之间变化时，借助于整定电位器，发电机电压可在其额定值的±5%范围内调整。如需多机并联运行，则必须每台发电机先各自整定到同一电压值。如果铭牌上出现几个额定电压和频率，则上述数值对于所标明的每个额定电压都适用。若发电机要在超出±5%的电压下运行，则发电机的输出功率必须减少。如果降低转速，则电机可不受限制地空载运行。
在发电机运行过程中，励磁回路是不能断开的，否则会引起过电压。如果发电机必须灭磁，可将励磁机的励磁绕组（端子+F1和-F2）短接起来。
1. 变压器调节
使用的变压器抽头位置在试验报告上标出。强烈建议用户不要改变原来的抽头位置。在性能指标相同的情况下，励磁系统或单个结构部件可以互换，但是必须使用发电机接线图上原来的互感器抽头位置。
2. 调节器增益积分作用的设定点
（1）电位器功能说明。电压调节器包括电位器U、K、T、R47和S。发电机的额定电压在工厂已用电位器 U 整定好了，其动态性能也已由电位器K、T和R47调整好。各电位器的整定值在试验合格证书上都有记录。
（2）K、T、R47的调整原则。电位器K用来调节放大器的放大倍数。电位器T用来调节积分反应时间，电位器R47则用以向调节放大器的输入比较端引入偏差信号以改善动态性能。将旋钮K朝着刻度数字减小的方向旋转且旋钮T朝着刻度数字增大的方向旋转，通常是使控制系统趋于稳定，减弱其调节作用的强度。电压调节器的稳定性亦可利用增加分流回路内的电阻而得到改善，但此时调节器在下限的电压整定范围将减小。
（3）电压整定方式。发电机电压可由整定电位器U整定，也可借助连接到接插件A1和A3的外附整定电位器（R=4.7kΩ，P>1W）来设定。整定电位器 U 应设置在其刻度数字的中部位置。当使用外附整定电位器时，印刷线路板上的开关S1/3应断开。
3. 并联运行，调差装置
（1）并联运行的基本条件。无刷同步发电机如带有调差装置，就能与其它发电机或电网并联运行。输出有功功率通过原动机的调速器来调节。原动机的速度特性应该是线性的，在额定负载至空载之间的转速上升值最小为3%，最大为5%。
（2）调差装置的作用。励磁机并联连接或调差装置保证了无功功率的均匀分配，并且随着无功电流的增加发电机的输出电压正比地减小。
（3）调差电位器S的整定原则。对于带有调差装置的发电机，应该这样来整定调节器内的电阻S：使在功率因数为1时，发电机的电压不降低；而在功率因数为0时，发电机电压降低6%。当功率因数为0.8时，电压相应地降低3.6%。
（4）补偿压降计算公式。
发电机压降特性曲线如图1所示。单机运行时，在任何负载条件下，发电机电压所提供的补偿压降可用如下公式计算：
例如在功率因数0.8时，：
（5）单机运行的设置。如果发电机单机运行时，不需要调差装置，可将调差互感器的次级短路，并将调节器印刷电路板上的调差电位器S设置在最左边位置。
（6）中线电流的限制。如果几台发电机的中性点连接在一起或是与变压器或负载的中性点连接在一起，那就会产生三次谐波电流。用仪器接到发电机的中性线上测量在各种负载情况下的中线电流。为避免发电机过热，这些中线电流不应超过发电机额定电流的50%，过大的中线电流必须限制，例如用中线电抗器或类似设备。
图2 发电机压降特性曲线图
三、励磁系统的常见故障与处理
1. 发电机建压失败
（1）现象。柴油机达到额定转速后，发电机端电压不能建立或电压极低。
（2）可能原因。剩磁消失（长期停机或线路改动后）；励磁机励磁绕组开路或接触不良；电压调节器电源输入无电压；调差互感器次级短路。
（3）处理方法。检查剩磁电压（可用电池对励磁机定子绕组充磁）；测量调节器电源输入端（X1）是否有电压；检查调差互感器接线是否正常；检查励磁回路接线是否松动。
2. 电压不稳定或波动
（1）现象。发电机输出电压在负载不变时出现周期性波动。
（2）可能原因。电位器K、T设置不当导致系统振荡；电压调节器内部元件老化；调差装置参数设置不合理；原动机转速波动大。
（3）处理方法。检查并记录各电位器整定值，按合格证书恢复；检查原动机调速器工作是否正常；检查调差电位器S是否在正确位置。
3. 励磁回路过电压
（1）现象。保护装置动作，过压指示灯亮。
（2）可能原因。励磁回路突然断开（如保险熔断、接线松脱）；整流桥故障导致换相过电压。
（3）处理方法。检查励磁回路各连接点是否接触良好；检查整流桥V29是否完好；确认过压保护装置工作正常。
4. 调差功能失效
（1）现象。多台并联运行时无功功率分配严重不均。
（2）可能原因。调差互感器接线极性错误；电位器S设置不当或损坏；各机组调差特性不一致。
（3）处理方法。核对调差互感器接线极性；重新整定S电位器，按本节3（3）原则进行调整；确认所有并网机组的调差特性一致。
总结： 发电机可控硅电压调节器通过采样发电机端电压，经变压器降压、整流后与设定值比较，由调节放大器输出控制脉冲触发可控硅旁路回路，调节励磁电流以稳定电压。电位器U用于电压整定（空载时可在额定值±5%范围内调节），K调节放大器比例放大倍数，T调节积分反应时间，R47引入偏差反馈改善动态性能，S设定调差斜率。并联运行时，调差装置保证无功功率均匀分配，整定原则为：功率因数1时不降压，功率因数0时降压6%（0.8时对应3.6%），补偿压降按 计算。单机运行时应将调差互感器次级短路，电位器S置于最左边。励磁回路运行中严禁断开（否则引起过电压），灭磁时须将励磁机励磁绕组短接。并联系统须监测中线电流，不应超过额定电流50%，否则应加装中线电抗器限制。各电位器出厂整定值记录在试验合格证书上，用户不应随意改变变压器抽头位置。常见故障包括建压失败、电压波动、励磁过电压和调差失效，排查时应从剩磁检查、接线、电位器整定和保护装置四个方面依次进行。
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