摘要：某型海洋采油平台共有三台型号为CAT SR5的同步无刷发电机，其原动机采了CAT C32型柴油机。本文详细介绍了发电机原理及技术特点、自动电压调节器（AVR带有功率组件）的工作原理及技术特点，以及并联运行时发电机有差调节的原理。
关键字：同步无刷发电机 过电压 自动电压调节器（AVR带有功率组件）
1、采油平台带自动电压调节器的无刷同步发电机的优点。
现代采油平台发电机一般都为无刷同步发电机。因为采用了无刷代替以前的有刷好处非常明显：第一，少了电刷机构就不用再使用碳粉，降低了污染，同时发电机绕组绝缘得到保障，延长了发电机的使用寿命；第二，少了电刷机构，减轻了维修保养的负担；第三，少了电刷机构，提高了发电机运行的可靠性。
另外，现代采油平台发电机为了使输出电压基本恒定，采用自动电压调节器对输出电压进行调节，这首先满足了负荷变化时对无功功率调节的要求；而且电压恒定能够使负载工作稳定，延长其使用寿命，减少了工作人员的维修保养负担。
2、海洋采油平台发电机工作原理
发电机原动机为卡特彼勒生产的C32型V12缸发电柴油机，额定转速1500转/分，额定功率830千瓦，计有1号、2号、3号三台主发电机。
主发电机型号：CAT SR5；磁极数：6；额定电压：600V；额定频率：50HZ；
额定功率：830KW；额定电流：1140A；主励磁电流：93A； 励磁机励磁电流：8.3A；
润滑方式：自由端单滚动轴承；冷却方式：自带轴流风机内冷式。
自动电压调节器是由电压调节器和功率组件（包括整流器、分流回路中的可控硅和电阻）两部分组成。
图1自动电压调节器原理简图
1电源，2实测值滤波回路，3 PI调节放大器，4脉冲单元，5过压保护器，6外附整定电位器，T1降压变压器，S调差电位器，U设定电位器，K电位器、调节放大倍数，T电位器、调节时间常数，R47电位器、调反馈偏差量，R101分流回路中的电阻器，V22分流回路中的可控硅，V101分流回路中的可控硅，V102励磁整流器
自动电压调节器即AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR，以下简称AVR，原理如图1所示，它由电源单元（电源变压器T1及整流元件）、电压反馈单元、滤波单元、调节放大单元、脉冲单元、过压保护单元、外附电压设定调节电位器、全波整流电路（功率组件）V102等部分组成。其工作原理是通过控制可控硅V101的导通角来改变通过分流电阻R101的分流电流，从而达到控制励磁电流的目的。R101和可控硅V101所构成的分流回路并联在励磁整流器V102的一个支路上。AVR原理具体如下：
AVR 的输入信号由电压回路T1（X1/1，X1/3和X1/5输入）和电流回路T4（X2/5，X2/9输入）向量和组成，其中电流分量只有在需要并联运行时才有效。当发电机单机运行时，电压信号经变压器T1 降压后，经开关S1/1、电位器S，再经桥式整流器V1--V4整流，通过S1/2 一路经稳压回路产生标准电压，整流稳压后的标准电压为电压调节器提供所需直流电源。另一路经经S1/3 在电位器U 上产生实测电压Uist，若将开关S1/3 打开，需外接整定电位器，取样电压可以通过内设或外设电压整定电位器进行人为调整，从而改变取样值，进而调整发电机输出电压。
发电机实际电压信号经过整流后再经实测值滤波回路2滤波，送至比较器与设定值比较。随着发电机负载或者转速的变化，其输出端电压也会发生一些变化，这个变化必然引起加在电位器U上电压的变化，即实测值发生变化。
在设定电位器U值不变时，若发电机端电压增大，实测值与设定值偏差正向增大，此时比较器输出一个正向增大的电压信号。此电压信号经PI调节放大器3放大，输出一个更大的电压用于控制脉冲单元，能够使脉冲单元发出的触发脉冲信号移相，使可控硅V22导通角增大。从接插件X2/9、X2/10和X2/11引入经整流器V23--V28整流后的一部分直流电流要经电阻R202分流，可控硅V22的作用就是通过改变导通角控制此分流电流的大小。可控硅V22导通角的增大使加在可控硅V101的控制端的电流增大，从而增大了V101导通角，分流电阻R101分流增大，使励磁机励磁绕组G4励磁电流减小，使发电机端电压减小趋于设定值。
反之，若发电机端电压下降时，实测值与设定值之间的偏差反向增大，经放大后控制脉冲单元发出的脉冲信号后移，使可控硅V101的导通角变小，使励磁电流增大，这样就会调节降低的端电压重新返回到设定值。
为了获得最佳的校正效果，经过电阻R47向调节器反馈一个偏差量。反馈来的偏差量会与滤波后的电压分量一起送入比较器，使调节更加精确。这里必须说明，在电机有正常稳定电压输出的情况下，可控硅始终有分流存在，每次的调节仅仅是改变导通角，从而控制分流电流的大小。另外即使当自动电压调节器不起作用时，即分流回路不能分流，全部的励磁电流为发电机提供励磁时，此时发电机空载输出电压为440V（发电机磁势饱和），由于发电机下倾的电压外特性，它也能继续工作，可用于应急运行。
当发电机并联运行时，电流分量才加入。电流信号由X2/5和X2/9引入到电阻R1上，此时与经开关S1/1的电压信号叠加，经电位器S调节，再经桥式整流器V1--V4整流，后面的调节过程与单机运行时相同。
过压保护单元5的作用是当发电机输出端电压过大时，它直接控制可控硅V22使其导通角增大，以增大V101的导通角，减小励磁电流，保护发电机。
电压调节器的稳定性由调节放大器决定：电位器K用来调节放大倍数，电位器T用来调节积分反应时间，各电位器出厂时已经整定好，不可轻易改动。
3、总结
无刷同步发电机中的自动电压调节器是发电机最重要的控制设备，为了使发电机输出电压恒定，对于发电机以及海洋采油平台十分重要，作为平台电气管理人员工作时必须细心谨慎，并且要加强平时的维护保养，减小故障产生的条件，消除故障于无形之中，否则将会引起重大的事故，如当全平台失电而又不能及时恢复供电时，后果不堪设想。因此电气管理人员不仅要加强理论知识，还要不断实践以确保平台电力系统安全。
参考文献：
[1]赵殿礼 张春来，船舶电站控制及管理技术，大连：大连海事大学出版社，2009年。
[2]卡特彼勒C32型柴油发电机说明书
论文作者:刘贇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/9
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