斯坦福无刷发电机励磁介绍.ppt

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1、无刷同步发电机,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。,同步发电机的基本结构,主机定子,励磁机定子,转子,无刷交流发电机的工作原理,对励磁机在定子上的励磁绕组提供励磁，其转子电枢绕组将发出交流电，经过整流后在转子向主发电机在转子的励磁绕组供电，从而使主发电机在定子的电枢绕组感应出所需的交流电来。这就是一般交流发电机的“无刷”工作原理。,康明斯/斯坦福凸极同步发电机,STAMFORD发电机,型 号,陆用船用,机座号,铁芯长度,极数,轴承数,控制系统MX341/M

2、X321SX440/SX421,I,产品型号识别,STAMFORD发电机,型号,轴的中心高(厘米),M-船用I-陆用l,控制系统3-PMG/AVR4-自励/AVR5-自励,铁芯长度,Type,极数,轴承数,产品型号的识别,STAMFORD发电机,产品型号识别发电机为UCM274G13UC为发电机型号，M为船用，27是轴的中心高度，4指4极机，G指铁芯长度，1指轴承数为1个，3指带永磁机/AVR。,STAMFORD发电机,一、斯坦福发电机的结构,1.主定子,一、斯坦福发电机的结构,2.转子,单轴承主转子总成,双轴承主转子总成,一、斯坦福发电机的结构,3.永磁发电机定子和永磁体转子,一、斯坦福发电

3、机的结构,STF AVR,3.附件：电压调整器,ROTATING RECTIFIER ASSEMBLY,Field lead connections,F1-+Positive lead,F2(-)Negative lead,二、斯坦福发电机的励磁方式,调压性能规范要求,二、斯坦福发电机的励磁方式,自励系统（SHUNT）：励磁电源系取自发电机自身或发电机所在的电力系统。目前小功率机组大多数都是此方式，沒有持续能力。他励系统（AREP）：采用独立的电压监测回路辅助线圈供应自动稳压器电源。永久磁发电机系统（PMG)：励磁系统的发电机比自励系统多一个发电机，它将自动稳压器的工作电源从主定子上分离出来。

4、由永磁发电机独立供给电源，因此自动稳压器将不受负载的干扰。,二、斯坦福发电机的励磁方式,励磁机转子(电枢),励磁机磁场(定子),主 机 定 子,主机磁场(转子),机械旋转动力输入,旋转二极管,A.V.R.,输出,检测,电力,电力输出,1.自 励（系列4）,参考值设定,自励AVR控制的发电机,自励AVR控制的发电机，主机定子通过AS440（或SX421）AVR为励磁机磁场提供励磁源，AVR是调节励磁机磁场励磁电流的控制装置。AVR根据来自主机定子绕组的电压感应信号作出反馈，通过控制低功率的励磁机磁场调节励磁机电枢的整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流的要求。AS440AVR通过感应两相平均电压

5、，确保较高的电压调整率，除此之外，它还监测发动机的转速，如低于预选转速（HZ）设定，则相应降低输出电压，以防止发动机低速时的国力，缓减加载时的冲击，以减轻发动机的负担。SX421除了AS440的特点外，还具有三相均方根感应的特点，在与外部断路器（装在开关板上）一起使用时，它还提供过电压保护。,二、斯坦福发电机的励磁方式,励磁机转子(电枢),励磁机磁场(定子),主机定子,主机磁场(转子),机械旋转动力输入,旋转二极管,输出,检测,电力输出,参考值设定,A.V.R.,永磁机磁场(转子),永磁机 定子,2.永磁机励磁（系列3）,永磁发电机（PMG）励磁发电机,永磁发电机（PMG）励磁发电机通过MX3

6、41(或321)AVR为励磁机提供励磁源，AVR是调节励磁机励磁电流的控制装置。如果是MX321AVR，则通过一个隔离变压器向来自主机定子绕组的电压感应信号作出反馈，通过控制低功率的励磁机磁场，调节励磁机电枢的整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流的要求。PMG系统提供一个与定子负载无关的恒定的励磁电源，提供较高的电动机启动承受能力，并不受非线性负载（例如可控硅直流电动机）产生的主机定子输出电压的波形畸变的干扰。MX341AVR通过检测二相平均电压来确保较高电压的调整率，另外它还检测发动机转速，如低于预选的转速设定，则相应降低输出电压，以防止发动机低速时的过励，缓减加载时的冲击，以减轻发动机的

7、负担。它还提供延时的过励保护，在励磁机磁场电压过高的情况下对发电机灭磁。,稳态电压调整率+/-1%,三、斯坦福发电机的励磁控制系统,1.自励AVR控制系统,稳态电压调整调整率+/-5%,2.变压器励磁控制系统,三、斯坦福发电机的励磁控制系统,3.辅助绕组励磁的AVR控制系统,稳态电压调整率+/-1%,三、斯坦福发电机的励磁控制系统,X+(F1),XX-(F2),从主定子来的交流电源和传感信号（2相或3相感应）,6-7-8,PMG提供电源给AVR（安装时）,P2-P3-P4,AVR输出直流电给励磁定子,三、斯坦福发电机的励磁控制系统,4.永磁机励磁的AVR控制系统,AC Generator Di

8、agram,Rotating Permanent Magnet,AC Generator Diagram,Flux,AC Generator Diagram,P.M.G.Stator,AC Generator Diagram,170-200 volts a.c.output to A.V.R.,P2,P3,P4,AC Generator Diagram,x+,xx-,D.C.Output toExciter Stator,AC Generator Diagram,A.C.Output fromExciter Rotor,AC Generator Diagram,A.C.rectified to

9、 D.C.in rotating rectifier,AC Generator Diagram,D.C.into Main Rotor,AC Generator Diagram,Flux into Main Stator,A.C.Outputs,AC Generator Diagram,Sensing Supply volts,AC Generator Diagram,X,XX,8,7,永磁机励磁无刷发电机工作原理,发电机工作时，永磁机定子输出P2、P3、P4，电压值约为130-150VAC之间，此电压值输入到稳压板（AVR）的P2、P3、P4端子，经AVR内部的二极管予以整流后，输出、（空载

10、时约8-9VDC）到电球的励磁机定子线圈，励磁机转子线圈感应出交流电，经安装在励磁机转子线圈上的6个二极管整流出直流。此直流电流到主转子线圈，主转子线圈在旋转状态下产生一个磁场，主定子线圈感应出交流电（如400VAC输出）。当负载在瞬间增加或减小时，发电机的输出电压u、v、w会在瞬间相应降低或提高，P6、P7、P8为400VAC输出的一半（抽头电压），P6、P7、P8反馈到AVR板，若负载增加，则P6、P7、P8在负载增加的瞬间会降低，AVR板会自动提高的、输出值，使u、v、w提高到400VAC。,斯坦福发电机AVR 的选用,四、自动调压装置AVR,自动电压调节器(AVR)型号 341 P/N

11、E000-23412/1P,MX321,MX321,K1、K2：为磁场开关，不使用时须短路跨接。P2、P3：为磁场电源输入端子。取于发电机出线380V中任意一相和中线的220V 3、2：为检测电源输入端子。可以和P2 P3相连 1、2：为外接VR机外调节电位器，不使用时须短路跨接。X、XX：X磁场+端、XX磁场 端。S1、S2：DROOP CT 电流互感器输入端。A1、A2：VAR/PF 控制输入(V/TRIM)。A、B、C：90KW 以下 A、C 跨接，90KW 550KW B、C 跨接，550KW 以上 A、B 跨接。,MX321,MX321,通过检测发电机主绕组的 电压，以控制提供给励磁

12、机定子以及主 转子的电流，来维持发电机输出电压介于指定的范围内，并补偿负载、转速、温度及发电机的功率因数。而三相的RMS 检测可提供更准确的电压调节，设有可 调节的缓慢起动电路可控制发电机输 出电压的平滑建立。频率测量电路持续监控着发电机的 转速，并根据低于预设拐点值的转速，成比例的降低发电机输出电压，提供励 磁系统过低转速保护。,MX321调节表,MX321,稳定度调节跳线,低频保护(UFRO)的调节,电压(VOLTS)调节,稳定度(STABILITY)调节,压降(DROOP)调节,电压修正(TRIM)调节,过励磁(EXC TRIP)调节,电压/频率(DIP)比例调节,均方根值调节（RMS)

13、,恢复延时,过电压跳脱,电流上限调节,频率选择,MX321 调节,电压(VOLTS)调节发电机的输出电压值出厂默认 230VAC，不过谨慎的使用AVR上的 VOLTS控制钮也可以做调节，或者也 可以使用外接电位器调节。若不使用 外接电位器，则需将AVR上的端子1、2做短路连接。不可将电压增加到大于发电机额定电压以 上。不要让外接电位器的端子接触到大地，因为 这些端子的电压可能高于大地。,MX321 调节,MX321调整,电压(VOLTS)调节需更换AVR的情形或需重新设定 VOLTS钮，请按照下列步骤进行：(1)在发动机启动前，将VOLTS以逆时 钟方向调节到底.(2)如连接外接电位器，则将其

14、调节到 中间位.(3)将STABILITY钮调节到中间位.(4)将适当的电压计(0 300VAC)跨接到发电机的火线跟中性线.(5)起动发电机，使其在无载的情况下 以正常的频率5053Hz或 6063Hz 运转。(6)此时若红色的LED灯发亮，则参考“UFRO”调节。(7)谨慎的以顺时针调节VOLTS钮至 达到额定电压.(8)若调节至额定电压时发现不稳定的 情况，则参考“稳定度调节”来调节 稳定度，必要时重新调节电压。(9)电压调节完成.,MX321 调节,MX321调整,稳定度(STABILITY)调节AVR本身含有一个稳定线路或阻尼线 路可以为发电机提供良好的稳定状态 以及瞬时特性，用跨接

15、片连结来优化 稳定线路对不同大小发电机。,MX321调整,稳定度(STABILITY)调节正确的稳定度调节可以通过发电机在 无载运转的情况下，将STABILTY钮以 逆时钟方向缓慢调节至电压不稳定时，再顺时钟调节一些的位置(约1/5圈).最佳位置或是最边界的位置就是从这 一点往顺时钟调节一些的位置(即发电 机电压稳定但很靠近不稳定的区域).,MX321调整,低频保护(UFRO)的调节（正常情况下不建议调节）AVR包含了过低转速保护线路来确 保电压/频率特性，当发电机的转速低于 预设的临界值（折点）时，红色LED灯 会亮起来以表示UFRO线路开始运作。UFRO调节是一个出厂默认的功能，如图所示，

16、以跨接线连结 来选择50Hz或60Hz，是4板或是6极 即可完成设定。在最佳的设定下，LED 会在频率低于正常值下即发亮，如：在 50Hz系统，低于47Hz即发亮；或60Hz 系统，低于57Hz即发亮.,1-2，6P 60HZ1-3，4P 60HZ2-3，4P 50HZ不接，6P 50HZ,MX321 调节,MX321 调节,电压受转速影响小,MX321 调节,MX321 调节,红灯亮,MX321 调节,MX321调整,压降(DROOP)调节欲并联使用发电机时，必须装置可提供 AVR功因相关信号之压降积分C.T.，而 此C.T.是连接到AVR上的S1与S2(参考发电机电路）。此压降(DROOP

17、)调节通常是预设在满载且无功因(Power Factor)的情况下，可提供5%的 压降。顺时针调节可以增加C.T.信号输入 AVR的大小，而增加延迟功率因数的 压降。以逆时针将此控制钮转到底时，便不会有压降.实现并联运行的无功分配,MX321调整,电压修正(TRIM)调节提供一组模拟的输入端(Al、A2)给 Newage功因控制器或相关的设备做连 结。其最大可承受DC电压为+/-5 Volts.于此输入端进入的DC会加到AVR感 测电路中，A1会连接到AVR 0 Volt端，而在A2连接正电压会增加励磁，反之 在A2连接负电压会减少励磁.TRIM控制钮可以让使用者自行调节输 入端的敏感度，而当

18、TRIM钮以逆时针 转到底时，这些外加的信号将不会带来 任何影响；而若顺时针转到底，外加信 号则会带来最大的影响.,MX321调整,过励磁(EXC TRIP)调节此调节功能为内建默认值且不能被更 动。当过励磁状况发生时，红色LED会 发亮（即警告过低转速与过高压的同一 个LED)，此时发电机必须停机才能使“过励磁跳脱”状态恢复为正常。,MX321调整,电压/频率(DIP)比例调节DIP调节钮可部分控制发电机在实际负 载时的电压下降深度，这项功能大多用 在：当以涡轮增压发动机驱动的发电机 使用在一定范围内的负载，且速度低于 UFRO折点时才运作.（相当于调整下降斜率）,MX321调整,电压/频率

19、(DIP)比例调节DIP调节钮以逆时针转到底时，发电 机的电压会依照正常的电压/频率斜度 下滑至转速低于常态。而将其顺时针转 到底则会增加电压/频率的斜率，提供更 大的电压下降以助于发动机恢复转速。DIP调节钮可以依据不同的引擎设定在 不同的位置.,MX321调整,均方根值调节（RMS)当发电机在较低功因负载加 载后使发电机输出波形改变，进而至使 AVR之测量取样会产生误差。调节RMS 旋钮可降低此因波形改变而造成的电 压变动，提高电压调节率。,MX321 调节,DWELL这项功能最常用在当发电机与涡轮发 动机一同驱动一定范围内的负载时；此 特性主要是在速度恢复与电压恢复之 间提供一段延时，可

20、以使较大的DIP运 作在稳定的状态。将DWELL顺时针转 到底则可以增加在速度恢复与电压恢 复之间的延长时间.,MX321 调节,MX321调整,电流上限调节（I LIMIT)这项功能最常用来限制短路电流或提 供马达启动的电流限制。要使用这个功 能，提供修正比例的电流限制CT必须 连接在AVR的SI S2端子上，而AVR具有预设过电流10秒钟的限制。,MX321调整,过电压调节（OVER V)此项修正是出厂内建默认值且不得私 自更改。当过电压状况发生时，红色 LED会发亮指示，此时发电机须停机并 重设过电压跳脱设定.,MX321调整,斜坡（RAMP)当发电机达到一定的速度时，会由此 AVR中的

21、缓慢起动与电压上升斜坡电 路来控制电压建立的速率，通常在默认 值会设定电压上升斜坡的时间在3秒左 右。如有需要，也可以调节其至规格限 定的上限.,AVR输出直流励磁,AVR输出直流励磁,AVR输出直流励磁,五、交流发电机的保养,交流发电机不需进行定期保养，但内外部应定期清洁，并建议作定期检查。定期清洁：交流发电机的定期清洁：清洁的频率则要视机器所在的环境而定，清洁可按下列步骤进行。将所有电源断开，把外表的尘、油污、油积、水及任何液体擦干，通风网也要清洁干净，因为这些东西进入线圈，会使线圈过热或破坏绝缘，尘和污物最好用吸尘器吸掉，不要用吹气或高压喷水来清洁。,五、交流发电机的保养,绝缘测试：1、

22、测定子时，断开所有控制线路及AVR，用一个500V的摇表或相似的其它仪器测量线圈与大地的电阻。方法：拆开在中点和地之间的导线，测量终端至地的阻抗。机器到地的绝缘阻抗应超过5M，如小于IM，就应该对线圈进行烘干。2、测转子时一定要拆开与二极管的连线线圈烘干：1用干燥热气烘干，可用热吹风枪把热气吹向电球线圈，也可用相似的其他方法，把干燥热气吹向电球线圈。或用卤素灯管烘干。2用一个三相调压器，将三相调压器与发电机定子线圈相连，将电压调至24V，烘干23小时，按上述测试方法测量绝缘阻抗。注：经烘于后绝缘阻抗应大于5M。若低于5M，应重新烘于，若烘干后低于1M，说明绝缘已损坏，需要修理后才能使用。,六、

23、交流发电机的故障检修,六、交流发电机的故障检修,六、交流发电机的故障检修,六、交流发电机的故障检修,六、交流发电机的故障检修,1）永磁机定子及转子检查,永磁机定子线圈的三个抽头可采用欧姆档检测，阻值在4-6欧姆之间，而且抽头应与地绝缘，定子线圈损坏一般采用重绕线圈的方式予以检修，也可予以全部换新。永磁机转子在电球轴承、轴承座磨损严重时，会出现永磁机转子轴脱落的现象，此时必须将电球的轴承，轴承座予以换新（轴承座也可进行镶套检修），并更换新的永磁机转子。,六、交流发电机的故障检修,2）励磁机定子及转子检查,励磁机定子线圈可采用欧姆档检测，阻值一般在12-30欧姆之间，而且线圈必须与地绝缘。励磁机转

24、子上安装有6枚二极管，可采用万用表对二极管进行检测。二极管击穿后，发电机输出电压不正常。注意这6枚二极管有正负之分，不能装错。,六、交流发电机的故障检修,3）主定子和主转子检查,主转子线圈在匝间绝缘不良或负载过高时会引起匝间短路现象，此时绝缘漆有局部剥落或烧黑的现象，此主转子线圈子必须予以报废或重绕。这种情况下运行，会出现低负载时电压稳定，大负载时电球无电压输出。主定子线圈的电阻值在欧姆之间，主转子线圈的电阻值在欧姆之间，主定子的硅钢若发生击穿或烧熔的现象，建议对该电球予以报废,六、交流发电机的故障检修,斯坦福等PMG永磁式/无刷式发电机不发电,检查AVR及控制器保险丝是否烧断测量F，F电线是

25、否断路发动发动机，测量PMG发电机两电线是否发电。调整AVR上的电压拆下AVR上的F+,F-电线，用12DC电瓶给磁场供电。转子二极管坏,六、交流发电机的故障检修,故障处理发电机在带载运转时电压下降发电机空载运转时电压不稳定发动机在带载运时频率下降,发电机在带载运转时电压下降,调整AVR的STAB（稳定控制旋钮）。AVR故障励磁机的二极管故障发电机超负荷运转,六、交流发电机的故障检修,发电机空载运转时电压不稳定,调整AVR的STAB（稳定控制旋钮）AVR故障柴油机转速不稳,发动机在带载运转时频率下降,柴油油管是否堵塞？柴油或空气滤清器堵塞。调速器需调整或其故障发动机超负荷运转发动机动力不足,六、交流发电机的故障检修,电压不稳定,调整AVR的STAB旋钮更换AVR励磁机故障柴油机转速不稳,谢谢大家！,