发电机电压调节器工作原理及改进电路.pdf

设计研究 发电机电压调节器工作原理及改进电路 杨永清 罗晨荣 兰州电源车辆研究所 甘肃 兰州 730050 摘 要 论述电压调节器的工作过程 提出整流管管压降问题的解决方法 关键词 电压调节器 原理 改进电路 中图分类号 TM714 2 文献标识码 A 文章编号 1003 4250 2002 03 0001 03 1 引言 随着内燃机电站在现代武器装备上的广泛应 用 用电负载对电源设备提出了越来越高的要求 电站的电气性能指标取决于发电机的性能 而发电 机电压调节器的性能是决定发电机电气性能的重要 因素之一 由兰州电机厂生产的 SLT 型自动电压 调节器曾在 50 kW 75 kW 柴油机发电机组上得到 应用 通过大量的试验工作 我们发现 SLT 型直流 电压调节器在小负载 200A 工作的情况下 需增 加预负载才能有效减小整流二极管管压降引起的电 压降 增加预负荷意味着损耗功率增加 使机组带载 能力减小 这是大家所不愿看到的 本文分析了 SLT 型直流电压调节器原理电路及工作过程 提出 了改进电路以解决上述问题 2 SLT型直流电压调节器原理介绍 见图1 a 图1 b 调压器励磁电源引自交流中频发电机副绕组 Z1 Z2 Z3 经三相整流桥整流并经电容 C9滤波后 通过励磁线圈 E1 E2经 V14的 C E 极构成回路 V20的基极受调节器控制回路的控制 V10是续流二 极管 V12 V13 R25 C10构成串联型基本稳压电路 给控制电路提供工作电源 在发电机建压过程中 靠J1 J2端引入的直流电压作为E1 E2的励磁电源 使发电机很快建压 这样 发电机定子绕组和副绕 组均发电 副绕组 Z1 Z2 Z3交流电经全波整流成直 流电供调压器作为电源 使调压器正常工作 测量反馈信号由发电机定子绕组经整流块 见图 1 a 整流后接入 G E 端 在电路板内部通过 R24接到由 RP1 R1 R2组成的分压电路 从 RP1的 滑动端获得直流测量反馈信号 经R6送入运算放大 器 N2 3的正向输入端 N2 3及其周围元件组成一 个比例积分微分即 PID 环节 正电源给定电压经电 阻 R3等输入其反相端 测量反馈信号及给定电压 在 N2 3内进行 PID运算后输出一直流信号 该信号 通过 R9进入N2 4的反向输入端 N2 4为比较器 其 正向输入端输入的是一个三角波信号 N2 1和 N2 2 及其周围元件构成标准的三角波产生电路 N2 1 输出三角波 调整 RP3将三角波的频率整定在 800Hz 左右 直流控制信号和三角波信号在 N2 4 中比较后 输出一个随直流控制信号变化而占空比 也变化的方波信号 此信号经 V1放大后送到 V14的 基极 控制励磁电流的大小 从而实现对发电机端电 压的自动调节 如果由于某种原因使发电机端电压 上升 则经 整流后输出的直流信号电压上升 该信 号经 RP1 R1 R2分压后与正向给定电压在 N2 3中 通过 PID 运算后 其输出的直流控制信号将上升 经与三角波比较后交点上移 N2 4输出的方波信号 占空比减小 送入 V14基极后使 V14的导通时间缩 短 这样 E1 E2端输出的励磁电流减小 使得发电机 输出的电压降低 反之 若因扰动使发电机端电压减 小 则反馈信号减小 经运算后 V14导通时间增长 E1 E2端输出的励磁电流增大 发电机端电压上升 从而维持发电机端电压基本不变 电站在实际工作过程中 整流输出的直流电 压经输出电缆送至负载端 在低电压 大电流的情 况下 电缆压降随电流的增大而增加 这样负载端的 电压就会低于额定电压 为了保证电缆末端即负载 12002 年 第 3期 移 动 电 源 与 车 辆 收稿日期 2002 05 28 作者简介 杨永清 1969 男 甘肃武山县人 本科 工程师 从事电站控制系统的研究 设计工作 端电压基本维持在额定电压 就需在调压器外围电 路中增加由电流互感器 单相整流桥 及电位器 等组成的压降补偿环节 这样当负载工作时 发电 机定子绕组间有电流输过 互感器次端电压经整流 桥整流成直流电压 该电压反向迭加在调压器测量 反馈回路的 G1 E 端 使反馈信号减少 从而使发电 机端电压上升 增高的电压用以补偿电缆压降 通 过调节电位器 可使压降补偿得到最佳效果 3 问题的产生 用电负载的多样化对电站的供电品质提出了更 高的要求 在实际使用过程中 当负载电流大于 200A 时 该调节器可使电机满足电站稳态和瞬态指 标 在负载电流小于 200A 时 发电机交流侧经过互 感器变换后输入至调压器的信号太小 调压器并不 能使发电机输出电压有所升高 而整流器 中二极 管管压降显著 致使电缆末端电压要比额定电压降 低 1 5V 这样就不能满足特定负载在特殊用电作业 环境下的供电要求 如果增大预负荷 即 中的电阻 R 就可以消 除整流器 中整流二极管压降的影响 但带来的负 面作用是预负荷发热严重 对控制柜内线路和元件 有损伤 也使