新聞主題	發(fā)電機自動(dòng)電壓調節器的工作原理

 

自勵同步發(fā)電機是靠剩磁建立電壓，而且電壓受電樞反應影響很大，從空載到滿(mǎn)載其電壓變化率高達20％-40％，不能保證負載的正常工作。因此同步發(fā)電機都必須設有自動(dòng)電壓調整裝置。自動(dòng)電壓調整裝置的作用是使發(fā)電機起動(dòng)后能建立起額定空載電壓，并且使電壓不受負載大小和負載性質(zhì)變化的影響，能保持電壓基本恒定。

 

一、自動(dòng)電壓調整裝置分類(lèi)

 

按照自動(dòng)調節原理分主要有三種類(lèi)型：

（1）按電壓偏差調節型

它是一種閉環(huán)調節系統。它檢測發(fā)電機的輸出電壓并與給定電壓相比較得出電壓的偏差，系統按照電壓偏差的大小和正負相應地調節發(fā)電機的勵磁電流，以消除電壓偏差。只要有偏差系統就進(jìn)行調整，故穩態(tài)電壓調整精度比較高。但其動(dòng)態(tài)性能差，因為它是先有偏差后調整。

（2）按負載擾動(dòng)調節型

因為發(fā)電機電壓的變化主要是由于負載變化而引起的，所以這類(lèi)調壓裝置是根據發(fā)電機負載電流的大小和負載性質(zhì)的變化來(lái)調節勵磁電流，以維持電壓恒定。只要負載有變化它就進(jìn)行調節，故動(dòng)態(tài)調節性能好。由于它是一種不檢測發(fā)電機電壓和電壓偏差的開(kāi)環(huán)調節系統，所以穩態(tài)調壓精度差。但這種恒壓裝置結構簡(jiǎn)單、工作可靠，被廣泛采用。

（3）復合調節型

它是以上兩種類(lèi)型的復合調節系統，即按負載擾動(dòng)和電壓偏差綜合調節發(fā)電機勵磁電流實(shí)現恒壓。所以它具有穩態(tài)調壓精度高和動(dòng)態(tài)調節性能好的雙重優(yōu)點(diǎn)。僅根據負載電流的大小進(jìn)行勵磁調節的作用為復勵補償調節，根據負載功率因數的變化進(jìn)行勵磁調節的作用稱(chēng)為相位補償調節。既根據負載電流又根據負載功率因數的變化進(jìn)行勵磁調節的稱(chēng)為相復勵恒壓調節系統。相復勵恒壓系統的調節規律與同步發(fā)電機的“調節特性”基本相符。僅按負載擾動(dòng)調節的相復勵系統稱(chēng)為不可控相復勵系統，復合調節的相復勵系統稱(chēng)為可控相復勵系統。

相復勵恒壓裝置又分為：電流疊加型、電磁疊加型和電勢疊加型三種類(lèi)型，其作用和原理是一致的。

 

二、相復勵自勵恒壓裝置

 

1、系統組成原理

圖1為不可控電流疊加型相復勵恒壓裝置原理圖。該類(lèi)裝置是由具有氣隙的三相鐵心電抗器X、電流互感器CT、二極管三相橋式整流器和三相起勵諧振電容器組成。

由于這些部件是三相對稱(chēng)的，故可用圖2的單線(xiàn)原理圖表示。由于電抗X遠大于勵磁回路的電阻，電抗器電壓降幾乎等于發(fā)電機的電壓，故通過(guò)電抗器X的電流Iv與發(fā)電機電壓U近似成正比，而相位比電壓落后90°。由此可知，只要電壓U保持恒定，則v也基本保持恒定，即具有恒流特性。由于電抗器X將發(fā)電機的電壓U轉換成了落后于電壓90°的恒定電流Iv，所以電抗器又稱(chēng)為移相電抗器。移相電抗器是實(shí)現相復勵的關(guān)鍵部件。

 

圖1  發(fā)電機電流疊加相復勵恒壓裝置

圖2  發(fā)電機電流疊加相復勵單線(xiàn)原理圖

 

電流互感器的副邊電流I與原邊發(fā)電機的負載電流I成正比、同相位，L稱(chēng)為勵磁電流的復勵分量。發(fā)電機空載時(shí)I和l均為零，只有電壓電流Iv，故稱(chēng)Iv為勵磁電流的空載分量。根據圖中節點(diǎn)電流關(guān)系，空載分量、復勵分量與勵磁電流I的相量關(guān)系為：

I_f＝Iv＋Ii

相量合成的交流勵磁電流l，經(jīng)整流后即為發(fā)電機的直流勵磁電流。該勵磁電流具有復勵補償和相位補償作用，從而能夠補償電樞反應等對發(fā)電機電壓的影響。

2、相復勵恒壓原理

下面用相量圖證明其復勵和相位補償作用。設任取空載分量Iv為參考正弦量，則發(fā)電機電壓U比Iv超前90°，電感性負載電流I及其復勵電流分量I比電壓落后φ角（負載功率因數角）。根據這些相位關(guān)系可作相量圖。

圖3是表明復勵補償作用的相量圖，即當負載電流為Ii時(shí)，根據上式作相量加法，得合成勵磁電流 If。當負載功率因數不變，而負載電流由Ii增加到I″i時(shí)，Ii與IV相量相加所得合成勵磁電流Ii＞ If。這表明雖然負載電流的增加會(huì )引起電壓的下降，但同時(shí)負載電流又使勵磁恒壓裝置增加勵磁電流，使電壓上升，所以可使發(fā)電機電壓基本保持不變。

用同樣方法可證明相位補償作用，如圖4所示。即負載電流Ii的幅度大小不變，而功率因數變低（Ψ′＞Ψ），由圖可見(jiàn)，功率因數低的合成勵磁電流I′f大于功率因數高的合成勵磁電流If。功率因數低，電樞反應的去磁效應引起電壓降低，但同時(shí)它又使勵磁恒壓裝置增加勵磁電流以抵償去磁效應，所以可使電壓保持不變。

 

圖3  發(fā)電機復勵作用相量圖.

圖4  發(fā)電機相位補償作用相量圖

 

3、發(fā)電機的調壓特性

如果相復勵的補償作用恰好抵消負載引起的電壓下降，在任何負載下都能保持發(fā)電機的電壓絕對不變，則其調壓特性為無(wú)差特性。如果相復勵的作用不能完全補償（即欠補償）負載引起的電壓下降，則其調壓特性為下降的有差特性。如果補償有余（即過(guò)補償），則其調壓特性為上升的有差特性。對于單機運行，只要滿(mǎn)足穩態(tài)調壓精度的要求，這三種調壓特性都是可以的。但是對于并聯(lián)運行的發(fā)電機，其調壓特性必須是下降的有差特性，而且應該是在低功率因數負載下（即有最大補償作用時(shí)）具有下降的有差特性，以保證無(wú)功功率分配的穩定性，也即保證并聯(lián)運行的穩定性。

4、自勵起壓

由于整流二極管的非線(xiàn)性特性，開(kāi)始導通前后的初始電阻較大，剩磁電壓Ur往往不能使二極管導通，因此需要有可靠的自勵起壓的措施。

自勵起壓可有多種方法，其中最簡(jiǎn)便最常用的方法是采用諧振電容。通常是當發(fā)電機起動(dòng)后頻率達到額定頻率的95％左右，使移相電抗器X與電容C發(fā)生諧振（即此時(shí)X＝Xc）。利用高的電容諧振電壓使二極管導通?？梢宰C明，電容的諧振電壓與此時(shí)直流勵磁回路的等效電阻（包括二極管導通前后的電阻）R_o成正比（Uc＝R_oUr/X），而勵磁電流等于電容諧振電壓除以R_o，即If＝Ur/X，故勵磁電流的大小只決定于剩磁電壓Ur和線(xiàn)性電抗器的電抗X，而與包括二極管的非線(xiàn)性電阻的勵磁電阻R。的大小無(wú)關(guān)，所以無(wú)論R_o多大都能順利地起壓。

 

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