功能說(shuō)明與康明斯知識

發(fā)電機電壓調節器原理與電源正確接線(xiàn)

 

摘要：為自動(dòng)電壓調節器（AVR）提供電源的最簡(jiǎn)單的方法是直接從定子繞組的輸出端子獲取電力。該系統具有成本效益，設計簡(jiǎn)單，可靠性好，是斯坦福系列小型交流發(fā)電機的基本產(chǎn)品，包括S0//S1、P0/P1、UC（S2/S3）、S4和HC5（S5）。在連接的負載和自動(dòng)電壓調節器（AVR）之間共享使用交流發(fā)電機的輸出電壓可能會(huì )很麻煩，但世界上70%的工作發(fā)電機組使用這種工作原理。在康明斯發(fā)電機技術(shù)的術(shù)語(yǔ)，這種類(lèi)型的交流發(fā)電機被稱(chēng)為自勵，這些交流發(fā)電機提供一個(gè)類(lèi)似的自動(dòng)電壓調節器（AVR），從SX或AS范圍-SX460，AS440，AS540，AS480。

 

      自動(dòng)電壓調節器（AVR）提供專(zhuān)用電源將允許交流發(fā)電機的勵磁保持，并在連接的電網(wǎng)內短路故障或交流發(fā)電機輸出連接的情況下強制供電。其作用是維持和迫使交流發(fā)電機勵磁系統，迫使交流發(fā)電機提供數倍額定電流的輸出電流，同時(shí)盡可能保持接近標稱(chēng)的輸出電壓，使交流發(fā)電機能夠對瞬間過(guò)載情況提供良好的響應，如電機啟動(dòng)和故障條件下，電流水平應激活受影響的電路過(guò)載保護斷路器或熔斷保險絲，從而繼續供應剩余的良好電路和連接設備。

 

一、勵磁系統的分類(lèi)

 

      為自動(dòng)電壓調節器（AVR）提供電源有幾種方法——這些方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。在確定哪個(gè)交流發(fā)電機最適合為給定的負載供電時(shí)，必須考慮勵磁功率的類(lèi)型。大多數交流發(fā)電機制造商將提供以下不同方法的產(chǎn)品：

1、自勵磁

      自勵磁交流發(fā)電機使用主定子輸出為自動(dòng)電壓調節器（AVR）供電，并為勵磁系統供電。這允許建立一個(gè)簡(jiǎn)單和成本效益高的系統。然而，如果交流發(fā)電機的加載方式使輸出電壓顯著(zhù)下降，這也會(huì )降低到自動(dòng)電壓調節器（AVR）的功率。如果電壓下降得足夠遠，自動(dòng)電壓調節器（AVR）將無(wú)法提供足夠的勵磁功率，交流發(fā)電機的輸出電壓將會(huì )崩潰。這就限制了自勵交流發(fā)電機的電機起動(dòng)能力。自勵式交流發(fā)電機將不會(huì )保持短路電流-如果短路情況沒(méi)有立即清除，短路電流將迅速衰減為0。其電路接線(xiàn)如圖1所示。

2、輔助繞組

      一個(gè)繞組可以安裝在交流發(fā)電機的定子中，它被專(zhuān)門(mén)設計為為數字或模擬自動(dòng)電壓調節器（AVR）提供一個(gè)獨立的電源。通過(guò)仔細的設計和繞組位置，這種“定子輔助繞組”能夠在所有正常的工作條件下為自動(dòng)電壓調節器（AVR）提供穩定的輸出電壓，包括高達150%的額定kVA。如果交流發(fā)電機發(fā)生嚴重過(guò)載或虛擬短路故障，則“定子輔助”將增加自動(dòng)電壓調節器（AVR）可用的電壓水平，因此，使高水平的勵磁強迫發(fā)展，以使交流發(fā)電機對過(guò)載情況作積極響應。這使得交流發(fā)電機可以在短路條件下維持其輸出，因此負載的保護設備有時(shí)間清除故障。在非線(xiàn)性負載（非線(xiàn)性負載（NLL）情況下，輔助繞組還提供一些自動(dòng)電壓調節器（AVR）功率的隔離。NLLs導致交流發(fā)電機輸出端的電流失真，從而使輸出電壓失真。這種失真對自動(dòng)電壓調節器（AVR）在調節勵磁機的功率方面提出了挑戰。通過(guò)有一個(gè)單獨的繞組提供電源，減少了從nll到自動(dòng)電壓調節器（AVR）電源的失真。其電路接線(xiàn)如圖2所示。

 

自激勵發(fā)電機AVR接線(xiàn)圖.

輔助繞組勵磁系統發(fā)電機AVR接線(xiàn)圖

 

3、永磁發(fā)電機

      一個(gè)小型永磁發(fā)電機（PMG）安裝在交流發(fā)電機軸的非驅動(dòng)端，該單元的輸出作為一個(gè)獨立的和完全隔離的電源供應給數字和磁鐵激勵（MX）型AVRs。PMG和相關(guān)范圍的數字AVRs和MX型模擬AVRs已被設計為在過(guò)載和故障條件下提供良好的性能。PMG提供了更高的電機啟動(dòng)能力，當交流發(fā)電機連接到nll或期望滿(mǎn)足關(guān)于EMC規范的高性能期望時(shí)，也提供了卓越的性能。其電路接線(xiàn)如圖3所示。

4、勵磁增強系統

      如果PMG在較小的交流發(fā)電機上不兼容，則可以使用一個(gè)勵磁增強系統（EBS），根據負載需求為交流發(fā)電機的勵磁機定子提供并聯(lián)勵磁功率。EBS由一個(gè)小型永磁勵磁升壓發(fā)生器（EBG）和一個(gè)勵磁升壓控制器（EBC）組成。當交流發(fā)電機轉子旋轉時(shí)，EBG就提供了電壓，而EBC根據來(lái)自自動(dòng)電壓調節器（AVR）的驅動(dòng)信號確定了提供給勵磁的升壓水平。

      當交流發(fā)電機在小于滿(mǎn)載時(shí)運行，且負載恒定時(shí)，自動(dòng)電壓調節器（AVR）使用來(lái)自電壓感應的功率進(jìn)行激勵?；谧詣?dòng)電壓調節器（AVR）對維持電壓傳感設定點(diǎn)所需的勵磁水平的需求，EBS將補充來(lái)自自動(dòng)電壓調節器（AVR）的勵磁電壓。與同一交流發(fā)電機的自勵電機啟動(dòng)kVA相比，EBS允許增加電機啟動(dòng)，并允許交流發(fā)電機維持短路的必要的時(shí)間來(lái)清除故障。其電路接線(xiàn)如圖4所示。

 

圖3  永磁發(fā)電機AVR接線(xiàn)圖

圖4  勵磁增強系統發(fā)電機AVR接線(xiàn)圖

 

 

二、應用說(shuō)明

 

      由變壓器裝置組成的混合系統，通過(guò)使負載電流流過(guò)初級線(xiàn)圈，從而使勵磁成比例增加，在過(guò)載和故障條件下提供出色的性能。這個(gè)簡(jiǎn)單的系統已經(jīng)使用了許多年，至今仍被認為是在密封條件下運行的勵磁系統的理想解決方案。電壓增減調節百分比反倒不是最重要的關(guān)注問(wèn)題。

      根據規定，交流發(fā)電機需要能夠支持持續短路電流的條件。這將上述定子-輔助繞組（介質(zhì)規格）和PMG系統（大功率）確定為經(jīng)認證的船舶應用的兩個(gè)指定系統。

      如果仔細考慮勵磁系統的類(lèi)型，在指定的負荷階躍條件下指定低水平的瞬態(tài)電壓下降[TVD%]的應用程序可以選擇可能最小的交流發(fā)電機。

      由諧波扭曲的非線(xiàn)性負載組成的技術(shù)負載，只有通過(guò)確保交流發(fā)電機配備了一個(gè)為自動(dòng)電壓調節器（AVR）提供獨立電源的勵磁系統，才能令人滿(mǎn)意地供電。在這里，PMG系統遠遠優(yōu)于定子輔助繞組方案。在有些情況下，變壓器控制系統是理想的。

      與電磁兼容性（EMC）相關(guān)的低水平“噪聲”的要求需要仔細考慮到自動(dòng)電壓調節器（AVR）的電源來(lái)源。

 

三、勵磁系統的選擇

 

1、選型考慮因素

       在確定哪種勵磁系統適合該應用時(shí)，應考慮以下因素：

（1）應用程序是否需要交流發(fā)電機維持短路？如果需要持續短路，勵磁系統必須配備輔助繞組、EBS或PMG。

（2）負載需要什么電機起動(dòng)方式？通過(guò)適當的尺寸，自勵和輔助繞組交流發(fā)電機將啟動(dòng)電機，但如果它有一個(gè)EBS或PMG，也可以指定一個(gè)更小的交流發(fā)電機。請咨詢(xún)應用程序工程部以獲得幫助。

（3）如果存在NLL（非線(xiàn)性負載），負載將接受的最大諧波電壓失真是多少？NLL（非線(xiàn)性負載）將驅動(dòng)最大允許電壓失真的規格，而不是交流發(fā)電機的無(wú)能。如果NLL（非線(xiàn)性負載）特性（6脈沖、12脈沖等），請咨詢(xún)應用工程部以協(xié)助指定正確的交流發(fā)電機。并提供了最大的THD（諧波畸變率）。為了最佳地隔離自動(dòng)電壓調節器（AVR）電源，建議采用PMG勵磁系統。

2、選型注意事項

      并非所有勵磁系統都可用于每種交流發(fā)電機型號。

（1）小功率

      在P0/P1、S4和HC5系列交流發(fā)電機上使用自激類(lèi)似物（S5）型AVRs，具有標準規格。AS型AVRs也可在UC22（S2）和UC27（S3）系列交流發(fā)電機上提供，作為一個(gè)可選的規格。

（2）中等功率

      AS540型自動(dòng)電壓調節器（AVR），由定子輔助繞組供電，可在S0/S1系列交流發(fā)電機上作為標準規格，標識為繞組706。許多AvK交流發(fā)電機也使用這種介質(zhì)規格設計的勵磁系統與數字AVRs。

（3）大功率

      EBS（ 勵磁助推系統）可在P0/P1交流發(fā)電機上使用，PMG與數字AVRs一起使用，作為一些斯坦福和一些AvK交流發(fā)電機的可選規格——P80系列交流發(fā)電機的設計標準。MX 自動(dòng)電壓調節器（AVR）型PMG是S6和P7（S7）系列交流發(fā)電機的標準設計選擇。此外，PMG是在UC22（S2）、UC27（S3）和S4系列交流發(fā)電機上使用MX型自動(dòng)電壓調節器（AVR）的可選規格。

      有關(guān)自動(dòng)電壓調節器（AVR）與交流發(fā)電機類(lèi)型的兼容性的進(jìn)一步信息，請參閱AGN024-自動(dòng)電壓調節器（AVR）選擇。

 

四、激勵系統的過(guò)載性能比較

 

      下列圖5是基于一個(gè)85kVA（斯坦福型號為UCI224G）交流發(fā)電機的測試數據。

 

圖5  交流發(fā)電機的勵磁系統比較圖

 

      它配有一個(gè)實(shí)驗性的定子輔助繞組。該圖顯示了用于為自動(dòng)電壓調節器（AVR）供電的各種類(lèi)型系統的性能的比較性，以及交流發(fā)電機的激勵水平。圖5不包括變壓器控制系統的曲線(xiàn)，但這將顯示一條曲線(xiàn)，在標稱(chēng)400V線(xiàn)下，在2.5 pu負載、短路、0pu電流和5.0 pu電流下通過(guò)350V。

 

五、加載平均電壓感應變壓器

 

      從一個(gè)良好的工程定制和實(shí)踐的位置來(lái)看，自動(dòng)電壓調節器（AVR）電壓傳感變壓器，通常用于480V以上的機器，不應該用于為客戶(hù)提供“負載”（負載電路）。

      為了確保交流發(fā)電機輸出電壓調節性能的公布和合同約束功能，安裝在斯坦福交流發(fā)電機上的電壓傳感變壓器被設計為一個(gè)過(guò)容量的元件作為安全裕度。有時(shí)，客戶(hù)可能會(huì )要求授權將與發(fā)電機組相關(guān)的模塊以“負擔”負載連接到傳感變壓器，作為節省成本的一種手段，或作為為其設備包節省空間的解決方案。中壓（MV）和高壓（HV）交流發(fā)電機通常也是如此

      斯坦福交流發(fā)電機電壓傳感變壓器不適合提供“負載”的技術(shù)原因：

（1）侵蝕變壓器容量相關(guān)的安全裕度。

（2）引入了客戶(hù)負荷電路的電流消耗特性可能導致AVR電壓傳感水平的錯誤，甚至可能具有脈動(dòng)特性，進(jìn)而導致AVR不穩定的風(fēng)險。

（3）客戶(hù)連接的電纜可能損壞，或其負荷電路可能出現故障。這兩種情況都將導致AVR沒(méi)有接收到正確的傳感電壓水平，并有交流發(fā)電機可能被過(guò)度勵磁的風(fēng)險，危害如下：

① 在最好的情況下，一個(gè)過(guò)電壓探測器將使交流發(fā)電機停止工作。

② 在最壞的情況下，一些非常昂貴的連接電氣設備可能會(huì )被損壞。

      即使在上述三點(diǎn)與客戶(hù)分享后，他們的工程師的邏輯可能會(huì )挑戰和重新?tīng)幷?，變壓器設計的VA評級仍然輕松高于A(yíng)VR和客戶(hù)提出的負擔加總負荷水平。為了支持康明斯發(fā)電機技術(shù)政策，必須考慮以下幾點(diǎn)：

① 良好的防止措施是連接的電纜必須包括一個(gè)精心選擇的過(guò)流設備，如果發(fā)生故障，它將斷開(kāi)所有三個(gè)階段——即使只在一個(gè)階段。從而確保AVR仍然提供了一個(gè)精確和實(shí)時(shí)的3相位傳感輸入。

② 不會(huì )有與相鄰電纜的電磁連接，可能導致在電壓傳感方案中產(chǎn)生的諧波失真，這可能會(huì )對自動(dòng)電壓調節器（AVR）的性能產(chǎn)生不利影響。

③ 電纜提供了一個(gè)線(xiàn)路“導管”，這提供了足夠的機械保護，以確保它們不會(huì )意外地被機械損壞。

 

六、無(wú)電壓輸出的測試

 

      偶爾也有關(guān)于小功率、自激模擬AS型和SX型AVRs不提供輸出電壓的報告。本節提供了一個(gè)“測試程序”。本測試程序必須在不加載連接到交流發(fā)電機的輸出端子的情況下進(jìn)行。為了實(shí)現操作連續性，假定交流發(fā)電機為四極轉子設計：

1、斷開(kāi)自動(dòng)電壓調節器（AVR）的F1[X]和F2[XX]，并將這些勵磁磁場(chǎng)連接到12V直流電源，F1為正極。

2、在空載啟動(dòng)和運行下，安裝有標準定子繞組311或312的交流發(fā)電機，連接在串聯(lián)星（繞組311）或星（繞組312）連接，工作在50Hz。對于典型的60Hz電壓，其乘法系數為1.2。如果交流發(fā)電機裝有與標準繞組311/312不同的定子繞組，或者標準繞組連接在不同的配置（并聯(lián)運行或星三角接法），則對以下建議的電壓水平施加適當的因素。

3、測量交流發(fā)電機輸出端子之間的電壓：

       N- U；N- V；N- W所有電壓讀數應為相同的電壓，且讀數應在200V<250V范圍內。

4、測量交流發(fā)電機輸出端子之間的電壓：

      U - V ；U - W ；V - W 所有電壓讀數應為相同的電壓，且讀數應在380V~450 V范圍內。

5、測量自動(dòng)電壓調節器（AVR）感應輸入端子處的電壓：7~8。電壓讀數應為測量到的U-V電壓的一半。

6、停機測試。

      從勵磁機F1-F2引線(xiàn)上斷開(kāi)12V直流電源：

（1）如果以上所有測試都提供了平衡和預期的電壓水平，則重新連接F1和F2勵磁機場(chǎng)導致自動(dòng)電壓調節器（AVR）并重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機。交流發(fā)電機應自勵并產(chǎn)生額定電壓。如果交流發(fā)電機不自勵，則測量自動(dòng)電壓調節器（AVR）輸入端子上的電壓。這應該超過(guò)5V。

（2）如果低于5V，請按照康明斯發(fā)電機技術(shù)手冊（安裝、維護和維護手冊）中的檢查交流發(fā)電機。這包括在額定速度下運行發(fā)電機組，然后安全將勵磁暫時(shí)接入12V蓄電池電源（F1[X]正端，AVR的F2 [XX]負端）。在自動(dòng)電壓調節器（AVR）的控制下，交流發(fā)電機的輸出電壓能達到所需的水平。

（3）如果上述測試產(chǎn)生了平衡和正確的電壓水平，并且AVR輸入端子上的電壓，一旦重新連接到AVR，超過(guò)5V，但交流發(fā)電機即使在“閃爍”后也不會(huì )自勵，那么應該安裝一個(gè)更換的AVR。

7、如果上述測試確實(shí)提供了平衡電壓，但不在規定的水平范圍內，則勵磁系統存在故障：

（1）檢查整體外觀(guān)，然后檢查勵磁機場(chǎng)的電阻應該是20±5歐姆。

（2）然后檢查主轉子繞組的整體外觀(guān)和電阻，它應該是2.0歐姆左右。

（3）檢查整體外觀(guān)，然后檢查勵磁機電樞繞組的電阻。這三相繞組是星形連接的，每個(gè)相有兩個(gè)導線(xiàn)，每對有一個(gè)是+ve和-ve二極管。繞組電阻值很低，需要用四端子橋進(jìn)行測量。

（4）檢查旋轉二極管組件組件的狀況和外觀(guān)。用“二極管測試”用萬(wàn)用表測試二極管，識別在電壓的正常工作水平下出現故障的二極管。

      拆卸240V 1ph電源上的二極管和臺式測試，每個(gè)二極管與40W<150W燈絲燈泡單獨連接。一個(gè)良好的二極管將被確定時(shí)，當燈泡是在一半的亮度。如果沒(méi)有光或燈完全亮，則識別出有故障的二極管。檢查旋轉二極管組件喘振抑制器。這個(gè)裝置有一個(gè)非常高的阻力，應該沒(méi)有顯示過(guò)熱的跡象。

      如果上述測試沒(méi)有在定子端子處提供平衡電壓，并且交流發(fā)電機在單獨被激勵時(shí)有故障，則定子繞組很可能被損壞。有關(guān)繞組電阻值和測試程序，請參閱康明斯發(fā)電機技術(shù)手冊（安裝、維護和維護手冊）。

 

七、自激型avr的工作臺測試

 

      下面的“臺架測試”系統是專(zhuān)門(mén)為SX460型自動(dòng)電壓調節器（AVR）生產(chǎn)的，但也可適用于所有其他SX和AS型自動(dòng)電壓調節器（AVR）。下列圖6參考了SX460類(lèi)型的自動(dòng)電壓調節器（AVR）。

 

斯坦福發(fā)電機電壓自動(dòng)調節器電源接線(xiàn)圖

 

      電壓調節器（AVR）測試步驟：

1.關(guān)閉電源，并連接自動(dòng)電壓調節器（AVR）。

2.完全逆時(shí)針旋轉自動(dòng)電壓調節器（AVR）伏特電位器。

3.將可變變壓器轉到最小電壓位置。

4.接通電源，調整可變變壓器，使端子7和8之間存在6伏交流電壓。5.測量各端子x（+）和xx（-）之間的電壓。這應該大于1伏特的直流電。6.緩慢調整可變變壓器，使端子之間存在100伏交流7和8。

7.確保指示燈現在已經(jīng)亮起來(lái)了。

8.緩慢調整可變變壓器，使端子7和8之間存在200伏交流。

9.確保指示燈現在未點(diǎn)亮。

10.將可變變壓器調整到最低電壓位置。

11.關(guān)閉市電電源，并斷開(kāi)自動(dòng)電壓調節器（AVR）的連接。測試完成。

 

 

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