船舶无刷发电机电压自动调整原理的研究

曹东 镡亮 陈嵩

【摘  要】发电机是船舶主要设备之一，多采用交流电制。电压变化超标和或频率变化超标，可能导致其保护电器动作、电网解列甚至全船停电，危及船舶安全。目前无刷同步交流发电机应用广泛，其电压自动调节系统简单可靠，但也常因管理人员对其功能原理理解不充分而调节和排除故障困难。本文从研究了无刷发电机电压自动调整系统原理及调整方法。

【关键词】船舶无刷发电机;自动调压系统;电压调整方法

1设备介绍

无刷发电机有一个与主发电机同轴的励磁机。励磁机与发电机一样，也有定子绕组和转子绕组。主发电机，转子绕组靠励磁机转子绕组供电产生磁场定子绕组感应转子绕组的磁场变化产生电压输出电能。励磁机，定子绕组靠主发电机定子绕组供电产生磁场转子绕组感应定子绕组的磁场变化产生电压向主发电机转子绕组输出电能，从而实现无刷。所以，无刷发电机的电压调节，就是调节发电机定子绕组向励磁机定子绕组供应的电流，主要由相复励励磁装置和自动电压调节器（AVR）两部分组成。

1.1励磁装置

励磁装置见图1主要由励磁机定子绕组L和转子绕组以及控制线路组成。控制线路，按一般控制原理，包括电压和电流变化信号的采集、处理、输出等环节。

励磁机定子绕组L，接受上项信号输出而磁场变化，励磁机转子绕组产生感应电压，输出至主发电机转子绕组，使主发电机定子感应电压升高，向励磁机定子提供更大励磁电流励磁机定子的更大励磁电流使主发电机转子磁通再增大，主发电机定子产生更高电压，如此正反馈循环，发电机的输出电压逐渐升高。当发电机的输出电压达到AVR的设定的发电机电压输出值时，AVR开始分流励磁机定子绕组的电流，使发电机输出电压稳定在空载额定值。

1.2 AVR

AVR是控制线路，按一般控制原理，包括电源、信号电流输人、信号电压输人、放大调节电路和整定电位器等。发电机正常运转中，AVR检测电压和电流两种信号输人，发现电压变化或电流变化预示电压即将变化，AVR相应改变其分流值，稳定发电机输出电压。通过手控开关SA1连接并调节不可控电压整定电阻RP3、RP4和调节固定分流电阻RP5，也可替代AVR的分流作用从而调整发电机额定输出电压，但发电机输出电压不能随负载而变化，故只适用于发电机AVR损坏的应急情况。

1.2.1 信号采集

电压变化信号从U-V采集。变压器UV1感应U-V电压输出，通过B1-B2提供发电机电压变化信号，同时A1-A2形成AVR电源。

电流负荷变化信号从C-CC采集。C-CC从调差互感器LIQ4感受发电机电流变化，经开关SA2、滑动变阻器RP2输人，在电阻R1上电压降相应变化，做为AVR的电流信号输人，形成发电机电压与负荷关系的电压特性曲线。

1.2.2 信号处理

串联电压变化信号和电流变化信号，经过V6-V9桥路等整流进人图2左上部的运算电路运算，输出调节电压的信号，控制场效应管导通脉宽改变输出电流大小，以分流励磁机定子绕组的电流，由此控制输出电压。

1.2.3 输出改变电压的信号

输出电路，根据运算电路输出的调节电压信号，经图2右上部的放大电路放大去调节场效应管V1的导通脉宽以改变AVR分流电流大小，再从E1-21输出至励磁电机的定子励磁绕组调节发电机的输出电压。

2调整方法

带AVR的无刷交流发电机，电压调整包括调整空载电压、调整电压特性、调整电压稳定性（静态和动态）等。

2.1调节空载电压

AVR出厂前，制造厂将电位器K逆时针旋到底，使发电机的输出电压最小，以防发电机安装后甫一起动就出现高压。所以，新安装发电机后需调整空载电压。当然，更换AVR后也需调整空载电压。从前述AVR工作原理知，调节发电机空载电压稳定值，有可调电位器K的粗调，和配电板上电位器RP1的微调。调整方法如下：

（1）发电机运转之前：

检查电位器K，确认逆时针旋到底（若不是，逆时针旋到底）。

检查确认控制屏上的电压调节电位器RP1在中间位置（若不是，旋到中间位置）。

（2）起动发电机，至空载额定频率，查看空载电压（可看配电板电压表或用数字万用表的交流电压档测量），此时发电机的输出电压低于额定空载电压较多。

（3）顺时针旋转电位器K，检查确认发电机电压升高;左右旋动电位器RP1，检查确认发电机电压随之升/降。

（4）旋动电位器K，直至空载电压达到额定值。注意：电位器K只可在发电机空载时调整，因调节电位器K是粗调，调整时电压变化幅值较大，易损坏负载。

2.2调节静态电压

若需要微量改变发电机输出静态电压，可在发电机带载运行状态下调节配电板上微量调整电位器RP1。电位器RP1为微调，调整时电压变化幅值较小，可在发电机有负载时调整。

2.3调整电压特性曲线

发电机在单机运行时没有电压降特性，不需要调整;并车运行时，若各并电发电机电压特性存在差异，可用滑动变阻器RP2微量调整发电机输出电压特性。

调整标准：按前述规范要求，静态电压调整率Δu%≤±2.5%。

调整方法：检测、调节运转发电机空载电压至额定电压。待并电发电机单独运行，检测、调节待并电发电机空载电压至额定电压。待并电发电机与运转发电机并电运行，调节调节电压调节电位器RP1，检测新并车电发电机的满载电压，满足静态电压调整率Δu%≤±2.5%，且与并电的其他发电机一致。

2.4调整动态电压调整率

发电机出厂前，制造厂已调整完毕，一般不需要调整;若发电机输出电压出现震荡或波动幅值较大时，则需微量调整。

调整标准：按前述规范要求，电压瞬态值在85%～120%额定电压之间;电压恢复到与最后稳定值相差3%以内所需要时间，不超过1.5秒。

调整方法：使用AVR的可调电位器T调节。调节方向，一般是逆时针不稳定，顺时针稳定。电位器T的最佳位置是接近不稳定的临界点，故：顺时针方向旋动电位器T（增大数值），使控制系统趋于稳定，减弱其调节作用的强度;逆时针缓慢旋动电位器T，调节到电压刚刚开始不稳定时停;然后略微顺时针旋动电位器T一点点，使电压稳定。

3结束语

为了船舶安全，必须熟悉船舶交流同步无刷发电机电压自动调节系统，掌握AVR的安装调试方法及其常见故障的诊断和消除，提高船舶电站的可靠性和工作连续性。

参考文献：

[1]丛培亭.船舶电站.北京：人民交通出版社，2006.08 第1版;

[2]船舶电气实用指南.大连海运学院出版社，1993.03 第1版.

（作者單位：渤海造船厂集团有限公司）