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AVR调节 |
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1.1 同步发电机自动调压器应用的必要性
各种电气设备都要求在额定电压下工作，同步发电机的端电压变化很严重的情况下，电机本身，负载和整个电力系统都会受到极大的不利影响，甚至直接影响整个系统的工作和生存。因此，保持一定的电压水平，是供电质量的重要指标之一。在运行中，电压的变化是随机的，迅速的，不可能实现人工调节。因此需要给同步发电机加入自动电压调整器。
同步发电机的稳定性主要取决于其电磁参数。电机参数特别是自动励磁调节系统的参数对其有很大影响。同时，为了使多台同步发电机组高效稳定的并联运行，也需要良好的自动励磁调节系统。
1.2 励磁系统的作用和基本要求
为保证提供高质量的电能，自动励磁装置应具有下列一些主要功能：
1. 在发电机组起动后，转速接近额定转速时，自动励磁装置应能保证发电机可*起励，建立额定空载电压。对于有励磁机的他励系统来说，*励磁机励磁建立空载电压，对于无励磁机的自励系统来说，应要求励磁装置能确保发电机自励建立电压。交流同步发电机的剩磁较小，而磁场回路的总电阻又比较大，还存在炭刷—滑环接触电阻和整流元件正向电阻这样的非线性电阻，所以交流同步发电机的自励比较困难。
2. 当负载大小或负载功率因数发生变化时，自动励磁装置应保证发电机端电压的波动在允许范围之内。发电机在负载缓慢变化时的端电压波动，用静态电压变化率ΔUs％来表示
3.
式中
Un--发电机的额定电压(V)，
U--发电机在规定的负载变化范围内端电压的极值取Umax和Umin中绝对值较大的。
4. 当投入或切除大容量的感应电动机时，自动励磁装置应能保证发电机的瞬时电压波动和端电压恢复至稳定值的时间在允许范围之内。
5. 当电力系统出现突然短路时，自动励磁装置应该有足够的强励能力以产生一定数值的短路电流，使选择性保护装置准确动作，并在短路故障电路被切除以后使发电机的端电压迅速回升。为此励磁装置必须要有足够的强行励磁电压和较高的励磁电压上升速度。
6. 当两台或两台以上的同步发电机并联运行时，自动励磁装置应保证无功功率按发电机容量成比例分配，以防止个别机组电流过载，并使总的效率得到提高。并联机组之间无功电流不按比例分配的原因在于并联的发电机和励磁系统的标幺值参数不一致，其中尤以励磁系统的标幺值参数不一致为多见。因此励磁装置应有无功电流分配和稳定功能，以克服由于这种参数不一致而引起的发电机电枢电路中的无功环流。
1.3 同步发电机电压变化的原因
负载时，气隙中的磁场由电枢磁动势和主极磁动势共同作用产生。电枢反应使气隙磁场发生畸变，由此引起发电机电压U发生变化。
发电机电压平衡方程： （1.1）
激磁电动势： （1.2）
得到 （1.3）
主极磁场由励磁电流If产生，由此可知，要使同步电机端电压U保持恒定，须相应调整同步发电机的励磁电流If。因此对同步发电机端电压的控制可以通过两个途径来实现，一是引入I和功率因数cosφ作为控制量使I和功率因数cosφ的变化引起的主磁场变化和If的变化引起的主磁场变化相抵消，减小电枢反应去磁或增磁效应的影响，从而使U保持稳定。这种方法的静态特性从原理上讲是比较差的，但是动态特性比较好（如图1.2）。二是引入端电压U和给定电压的差值，采用负反馈的方法控制励磁电流If。从而使端电压U保持恒定。这种方式的静态特性比较好，能够保持较高的电压调整精度（如图1.3）。
1.4 自动励磁系统的分类
船用同步发电机的自动励磁装置类型很多，分类方法也不一致。通常可以按照直流励磁电源的获得方法、励磁调节器的作用原理及励磁装置的组成元件等进行分类。
1.4.1 按照直流励磁电源的获得方法分类
按照直流励磁电源的获得方法进行分类，可分为直流励磁机他励、静止自励和交流励磁机他励等三种类型。
(1)直流励磁机他励方式。这是最早采用的一种励磁方式。陆上大电站多采用这种方式。直流励磁机可以由发电机轴传动，也可以用单独的电动机传动。直流励磁机电磁惯性大，又有换向器这样的薄弱环节，所以不宜在船舶电站中使用。
(2)静止自励方式。船舶电站同步发电机的容量较小，采用像直流发电机那样的自励方式是比较适宜的。但只有在大功率半导体整流元件大量应用以后，这种用发电机定子交流电流经整流后供给转子励磁的自励方式才有了实现的可能。静止自励方式简单可*。因为变压器、电流互感器、半导体整流器等静止部件，不怕冲击振动和盐雾潮湿，特别适宜于船舶上使用。这种自励方式的电磁惯性小，励磁系统有优良的动态性能。特别是相复励装置，由于具有电流复励，能够直接起动与发电机容量相近的异步电动机。
(3)交流励磁机他励方式。普通的交流同步发电机的转子绕组必须通过滑环和炭刷与外部电路保持电的联系。滑环和炭刷仍然是一个薄弱环节。因为滑动接触可能因油垢、灰尘和机械原因而造成接触不良，炭刷磨损下来的炭粉也可能落入绕组，使发电机的绝缘电阻降低。随着现代船舶自动化程度的提高和无人机舱的采用，希望有
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