浅谈无刷发电机空载和加载电压不稳定原因及故障排除方法
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【摘要】 随着科学技术的发展交流无刷发电机已经得到了越来越广泛的应用。简单的说无刷发电机是靠同轴的励磁发电机相互感应作用提供励磁电流的,它比自激式同步发电机少了电刷的摩擦环节,使日常维修和保养更加简单和方便,同时在工作环境非常恶劣和需要防爆的场合,电刷火花往往还是一种危险源。为了提供可靠和安全的电源,通常都可以采用无刷发电机。无刷发电机在60年代以来得到广泛的应用。国际很多跨国制造商纷纷和我国较具有实力的企业合资合作。如德国AFC公司就和我国兰州电机厂合资生产制造无刷发电机。
【关键词】 无刷 付励磁机 主励磁机 旋转整流器 电压调节器
Abstract:With the development of science and technology, the brushless generator has been used more and more widely. In order to provide the reliable and safe power supply, we often can use the brushless generator. Since the 1960s, the brushless generator was widely applied. Many multinational manufacturers in internation have been cooperating with the powerful enterprise in China.
概述
无刷发电机取消了滑环电刷;无火花高频干扰;无滑环与炭刷磨损问题;发电时工频和中频电压互不干扰,电压波形下弦性好,供电品质优良;发电机可靠性高,维护简单,容易实现电站的智能自动化控制。无刷发电机性能稳定这是不争的事实,但由于国内对无刷发电机应用才刚刚兴起。对无刷发电机特性及日常维护和保养差距还很大。现就无刷发电机空载及加载输出电压不稳定和日常维修中的处理方法和大家共同探讨。
辽渔集团三公司849 、 850 轮 就采用了德国AFC公司和兰电合资股份有限公司生产的DKBH4230/04 无刷发电机。无刷励磁同步发电机的组成主要由主发电机、励磁电机、旋转整流器以及励磁调节器组成。无刷交流发电机实际上是两台发电机构成的,一台作为励磁机,一台才是主发电机。主发电机的励磁绕组在转子,电枢绕组在定子(将发出的电输出);励磁机的电枢绕组在转子,励磁绕组在定子。
1.无刷交流发电机的工作原理
DKHB4163-4230/04无刷交流发电机的工作原理是励磁机由固定的磁场和旋转的电枢组成,励磁机定子被设计成能产生剩磁然后在励磁机转子(电枢)中感应交流电压,该电压经过旋转整流器整流后直接供给主磁场(转子),发电机转数继续增加,主转子在发电机的定子(电枢)中感应电压,到额定转数时,定子电压使电压调节器工作,电压调节器产生电压供给励磁机建立并稳定发电机的端电压发电机建立初始电压后,调压器就产生可控的直流电压供给励磁机定子从而控制发电机电压。
通过无刷发电机基本结构、原理及组成和原理图首先分析无刷发电机空载电压不稳定的原因。在空载的时候可以看出有副励磁机、励磁机磁场、励磁机转子、旋转整流器、转子、定子及电压调节器参加工作。提出第一个问题在这七个环节中,哪个环节有可能造成空载电压不稳定呢?我们不防一个一的分析分析,首先副励磁机是起励作用的,当原动机带着无刷发电机转动达到1000转/分以上时,副励磁机最先投入工作发出10伏左右的三相交流电,这时电压调节器就采集到了电压信号,通过接线端子×2―― 1 2 3 将电压信号整流、滤波、放大后,通过电压调节器的接线端子×2―― 4、5 送给主励磁机(励磁机磁场――励磁机定子)整个起励过程结束。励磁机定子上的励磁绕组提供励磁。其励磁机转子电枢绕组受到电磁感应将发出20伏-30伏的交流电。电压调节器通过端子×1――1、4 ( U W )采集到发电机的电压信号通过电压调节器(变压器、整流桥、N1 N2两极电压信号放大又送给了×2―― 4 、5号端子即励磁机磁场)。随着原动机的转速的提高,采集到的电压信号不断增加。当原动机达到额定转速,经过周而复始的电压信号的叠加发电机将达到额定电压。发电机空载加压的全过程完毕。如果发电机的电压不精确可以通过Sr1(单独的电压整定电位器)和电压调节器里的R4共同调整,使电压达到精确值。辽渔集团二公司849 轮遇到的空载电压不稳定,观察配电板的电压表从380V可以低到100V一下,瞬间又起来。就这样上下跳动。经过图纸分析和万用表的检测发现R31接触不良,见图1原动机在转动的时候有震动,造成励磁机磁场在工作的时候有间歇的断路现象。换新R31电阻,空载电压不稳定圆满解决。空载电压不稳定还有可能出现其他的原因 例如:采集的电压信号不稳定、电压调节器损坏、接线端子接触不良、旋转整流器接触不良、旋转整流器性能不稳定等等。具体的情况还要具体的分析和判别。
3.发电机加载电压不稳定原因及故障排除方法
无刷发电机加载发电不稳定这也是849轮遇到的又一典型事例。简单的说就是加负荷加不上,表现为一加负载电压就从380V直往下跌落,负载与发电机切除发电机工作正常。发电机从起励至额定电压的全过程刚才已经分析了。现在引入一个名词 “电流信号的叠加”。
什么原因能造成无刷发电机加载发电不稳定呢? 我们将额定电压下的发电机并入全船电网运行,同时要加一些负荷,发电机端电压有可能要跌落的,发电机端电压跌落不是我们想要的结果,实际上我们需要发电机的电压是恒定不变的,或是略有变动而后就能迅速恢复正常。见图2是电流互感器(LK),它有两种功能:其一AVR通过电流互感器采集的电流信号自动调节励磁电流的大小,使多台发电机并车后工作稳定,不会出现例如环流过大,功率分配不均等现象。其二就是单台加额定负荷无异常现象,工作原理分析。
电流互感器 ( L K ) 感应到主电路有电流流过 , 通过电压调节器的接线端子×2 ―― 8 、9 将感应到的电流信号叠加到电压调节器(N3一级放大在经过电压调节器N1 N2二级放大送给了×2 ―― 4 、 5号端子即励磁机磁场)。随着负荷的增加 ,电流互感器感应的电流信号也增加,叠加到电压上的电流信号也增加,从而使发电机能顺利加载至额定功率。发电机端电压不至跌落,这样的发电机工作性能才算是稳定。辽渔集团二公司849 轮遇到的加载发电不稳定,在理论上分析是电流互感器没有投入工作或是部分投入工作。利用万用表和绝缘表检测电流互感器 ( L K )及线路,发现电流互感器接线端子接地,从而造成同电位,在加负载时电压调节器感应不到电流互感器二次端电流的变化(也就是说电流信号没有叠加到电压信号上)。所以 一加负载端电压就跌落。将接地的故障排除后再从新开机并重新加负荷发电机工作一切正常。无刷发电机加负荷发电不稳定的故障圆满解决。发电机加载发电不稳定还有可能出现其它的可能性例如:旋转整流器软击穿(二极管性能不稳定)、励磁机转子软击穿(匝间短路 造成三相电压有偏差)、电压调节器损坏等等在遇到具体问题的时候还要具体加以分析和判断。
结束语
无刷发电机在日常使用和保养过程中要注意对易坏、易损部件及接线端子的检查,加强日常保养五步原则听、看、动、量、监测的力度。努力学习提高自身的文化修养和技术水平,熟知各个电气设备及部件的性能,必能将故障和事故解决在日常保养和维修当中。在国外由于电子技术发展较早, 较快,使无刷发电机技术已走向成熟。在我国伴随现代科学技术发展, 无刷发电机一定具有广泛的应用前景, 将逐渐取代传统式的发电机。同时也会使日常维修和保养的水平“更上一层楼” !
参考文献
[1]船舶电气. 渔业船舶轮机专材2000.11.
[2]渔船电气设备.农业大学出版社1985. 9.
[3]电机学.哈尔滨工业大学出版社1996. 5.
[4]电工学. 劳动人事出版社1985. 4.
[5]电路.高等教育出版社2004. 4.
(作者单位: 林 江 辽渔集团大连麦克轻钢彩板工程有限公司周 帅 辽渔集团船厂)