柴油发电机组输出电压过低的故障分析与排除

输出电压过低是发电机组常见故障。发生该故障后，用电设备工作在欠电压状态，将导致电机功率不足，转速下降，噪音增大，温升超标，烧毁用电设备，严重时会危及供电系统的运行安全与稳定。在应急发电时，如果发现发电机组输出电压过低，应迅速妥当处理，及时恢复供电质量，避免造成供电系统和用电设备的损坏。一、故障与分析1、故障现象某50GF－W6－3925.4a型康明斯柴油发电机组，运行在1500r/min时，输出电压低于330V，旋转整定电阻，电压没有变化，欠压保护装置随即动作，停止发电，同时发出声光报警信号。2、故障范围的判定通常情况下，引起柴油发电机组输出电压过低的原因主要有两个方面，一是柴油机转速过低，励磁系统在提供最大励磁电流的情况下也无法建立额定电压;

二是励磁系统发生故障，如晶闸管励磁系统，在导通时间过短的情况下，励磁电流过小，从而导致发电机组输出电压过低。由于文中所示故障是在额定转速下发生的，所以故障范围只限定在励磁系统上。​3、调压系统工作原理分析50GF－W6－3925.4a型康明斯柴油发电机组采用的是三次谐波励磁的无刷同步发电机，其电机与普通同步发电机不同之处是在定子铁芯槽里多加了一套三次谐波绕组。当磁极被原动机带动旋转时，这套绕组把气隙磁场中的三次谐波能量引出，经过整流向励磁机励磁，然后再由励磁机提供本机励磁。这种无刷同步发电机，不仅省去了电刷装置，而且本身就具有一定的自动稳定电压的能力，再加上配用按发电机电压偏差△Uf进行负反馈调压的DTW5型自动电压调节器，使该调压系统既具有良好的静态性能，又具有良好的动态性能，静态调压率δu

=±1%，动态调压率:+20%＜Bu＜－15%，恢复时间TP＜0.5s。(1)调压系统的基本组成励磁系统主要由三部分组成:

三次谐波绕组、DTW5电压自动调节器、励磁回路。励磁系统的线路连接如图1所示。​图1

发电机与调节器接线图中S1、S2为三次谐波绕组，E1、E2为励磁机励磁绕组。发电机工作时，三次谐波绕组中产生的三次谐波电势，经过电压调节器DTW5整流和调节后加到励磁绕组E1、E2上供励磁机工作，同时，励磁机电枢绕组产生的三相电势经旋转硅整流器整流后给主发电机提供励磁。（2）DTW5工作原理DTW5为晶闸管式电压调节器，当发电机电压偏离设定值时，通过三次谐波绕组自动补偿和改变晶闸管导通时间的共同作用，自动调节发电机励磁电流，使发电机端电压稳定在额定值。DTW5电压调节器主要按电压偏差对励磁电流进行调节，是影响供电质量的重要因素。DTW5自动电压调节器主要由电压测量、PID调节器、单晶管移相触发、晶闸管主回路4个部分组成，原理线路如图2所示。​图2

DTW5型电压调节器原理发电机电压由变压器T的一组次级绕组降压，送入VD₁~VD₆组成的整流桥整流,整流后的直流电压经R₂、C₁滤波和测量比较电路(由R₃、Rp₁、R₄、R₅、VS₁组成)与稳压管VS₁的稳压值进行比较,所得差值电压加至PID放大调节器(由V₁、V₂、R₈、R₉、R11、R12、R₇、Rp₂、C₂、C₃、C₄、C₅,等组成)的V₁输入端，信号经放大后,使V₂集电极电位发生变化,从而使单结晶体管的充放电RC电路的R13、C₅两端电压少化。​此电压变化将改变C的充电时间,单结晶体管的输出脉冲产生移相,晶闸管VT的导通角发生变化,无刷发电机励磁电流得到调节,从而保持发电机输出电压恒定。线路中，VD₇~VD12、VS₂、VS₃,是单晶管和放大单元的工作电源。单结晶体管的同步信号通过VD15从晶闸管阳极直接取得。二极管VD16起续流作用,在谐波绕组S₂端电压由负变正时，晶闸管自行关断,此时励磁绕组电流经过二极管VD16构成通路,维持励磁电流。Rp₁为发电机电压整定电阻,能使发电机空载电压在±5%UN的范围内进行调节。（3）调节过程当发电机电压过低时,比较桥输出的电压为负值,V₁、V₂截止，VS₂、VS₃两端电压经过二极管VD14、R11R13向电容C₅充电。当C₅两端电压达到单结晶体管的峰点电压时,单结晶体管导通,电容C₅迅速放电;当C₅放电使其两端电压低于单结晶体管的谷点电压时,单结晶体管截止,这时,在电阻R15两端产生尖脉冲,触发晶闸管VT导通,谐波绕组S₁端电压经过励磁机励磁绕组E₁、E₂、整流二极管VD17、1E₂、开关K₂、晶闸管VT、S₂构成通路,励磁电流增强,发电机电压升高。当发电机电压偏高时，比较桥输出电压为正值，V₁、V₂导通，R19上端电压降低,向电容C₅充电的时间增长,触发晶闸管导通的时间滞后,励磁电流平均值减小,发电机电压降低。如此循环往复,使发电机电压稳定在额定值上。二、故障诊断与排除1、故障诊断步骤及方法诊断遵循先简单后复杂、从前端到后端、由外而内的原则。（1）检查三次谐波绕组和励磁绕组电阻将端子S₁和端子S₂脱开,测量发电机谐波绕组阻值,和正常值比较,电阻偏小,说明存在匝间短路。若其阻值正常,再将端子E₁、E₂脱开,测量励磁机励磁回路电阻,最后测量发电机励磁绕组电阻。以上三个绕组任何一个绕组阻值过小,均会造成电压过低。（2）检查晶闸管VT将晶闸管VT从电路中脱开，用万用表R×10挡检查控制极与阴极之间的正、反向电阻,应有明显的差别,若正、反向电阻均为无穷大,说明控制极断路,此时晶闸管不能导通,发电机电压会很低;若电阻均为零,说明控制极短路,会导致电压偏高。最后测量阴极和阳极之间的电阻,其正向电阻阻值远远大于一个PN结的反向电阻(硅管大于1MΩ),说明晶闸管断路,励磁回路断开,发电机将不能建压。如果有示波器,可将DTW5的输入端1、2、3接三相380V/50Hz电源,然后反复调节Rp₁，同时用示波器检查晶闸管的触发脉冲峰值电压，其值约为3V,宽度15us时,则说明触发电路无故障,可判定为晶闸管损坏。（3）测量整流桥输出电压向整流桥输入380V左右的电压,用万用表测量整流桥VD₁~VD₆的输出电压,若电压为12V左右,说明整流桥良好,若电压高于12V,说明测量变压器存在故障。（4）测量稳压管两端电压判断整流桥良好后，下一步测量稳压二极管两端电压,正常值约为9.4V,如果此电压低于9.4V，则整流桥输出电压将比正常值增大小,C₅充电时间延长，晶闸管VT导通滞后,励磁电流减大,导致发电机电压过低。（5）检查Rp₁、V₁、V₂工作状况调节电阻Rp₁,同时用万用表测量Rp₁,可调端与固定端之间电压是否变化,电压不变,即为Rp₁损坏,予以更换。若电压变化,则转而测量三极管V₁是否会由导通转为截止,或由截止转为导通。如果调节时V₁的工作状态发生变化,则说明可能V₂短路,如果工作状态没有变化,则说明V₁断路。V₁、V₂短路,发电机电压下降。检查步骤及流程如图3所示。​图3

故障检查流程2、故障的排除用万用表测量VS₁两端电压为8V,其VS₁稳压值小于标准值,导致V₁