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斯坦福无刷发电机励磁介绍


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

产品型号识别

I
型号
控制系统 MX341/ MX321 SX440/ SX421

陆用 船用

极数

轴承数

机座号

铁芯长度

STAMFORD发电机
产品型号的识别

型号

轴的中心高 (厘米) 轴承数 极数 铁芯长度 控制系统
3 - PMG / AVR 4 - 自励/ AVR 5 - 自励

M - 船用 I - 陆用l

STAMFORD发电机
? 产品型号识别 ? 发电机为UCM274G13 ? UC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
主接线端 主转子 主定子 驱动端盖

非驱动端盖和 励磁定子总成

底脚 A.V.R. 装在 A.V.M上

出线盒

P.M.G P.M.G 转子 定子

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

过渡轮毂 过渡盘片

单轴承主转子总成

?发电机的驱动端由发动机的飞轮支撑.
励磁转子 轴承 (密封) 主转子 风叶 轴承 (密封)

轴 PMG转子 (建议用于 UC 机) 整流模块 (BC 机装在非驱动侧)

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、斯坦福发电机的结构
3.附件:电压调整器
STF AVR

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。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
1.自 励 (系列4)
电力输出 电力 参考值设定

检测 A.V.R. 主机定子

输出

励磁机磁场 (定子)

主机磁场 ( 转子 ) 旋转二极管 机械旋转 动力输入

励磁机 转子 (电枢)

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,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
2.永磁机励磁(系列3)
电力输出 参考值设定

检测
A.V.R. 主机定子

输出

励磁机磁场 (定子)

永磁机 定子

主机磁场 (转子) 旋转二极管 机械旋转 动力输入

励磁机 转子 (电枢) 永磁机磁场 (转子)

永磁发电机(PMG)励磁发电机
永磁发电机(PMG)励磁发电机通过MX341(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。

三、斯坦福发电机的励磁控制系统
1.自励AVR控制系统
励磁机磁场 旋转整流装 置 主机定子
线圈
风扇

机座

N 轴承 N

S 励磁机转子 S

轴伸

主机转子(磁场)

电压感应 功率输入 AVR

电源引出

稳态电压调整率 +/- 1%

三、斯坦福发电机的励磁控制系统
2.变压器励磁控制系统
旋转整流装置 励磁机磁场 主机定子 线圈 风扇 机座
N

轴承
N

S

轴伸

励磁机转子

S

主机转子(磁场) 变压器控制系统

电源引出

稳态电压调整调整率+/- 5%

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
旋转整流装置 励磁机磁场 主机定子 线圈 风扇 机座 N 轴承

N

S

轴伸

励磁机转子

S 主机转子(磁场)

电压感应 功率输入 AVR

电源引出

稳态电压调整率 +/- 1%

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
AVR输 出直流 电给励 磁定子 P2 -P3 -P4 A.V.R 6-7-8 励磁转子 和定子 XX- (F2) X+ (F1) 主转子 轴承 主定子 从主定子来 的交流电源 和传感信号 (2相或3相 感应)



PMG提供电 源给AVR (安装时)

整流模块

AC Generator Diagram

Rotating Permanent Magnet

AC Generator Diagram

Flux

AC Generator Diagram

P.M.G. Stator

AC Generator Diagram
A.V.R.

P2, P3, P4

170-200 volts a.c. output to A.V.R.

AC Generator Diagram
A.V.R.

xx-

x+

D.C. Output to Exciter Stator

AC Generator Diagram
A.V.R.

A.C. Output from Exciter Rotor

AC Generator Diagram
A.V.R.

A.C. rectified to D.C. in rotating rectifier

AC Generator Diagram
A.V.R.

D.C. into Main Rotor

AC Generator Diagram
A.V.R. A.C. Outputs

Flux into Main Stator

AC Generator Diagram
A.V.R. Sensing Supply volts

AC Generator Diagram
VOLTS
K2 K1 P2 P3 P4 XX X 6 7 8 1 2

MX321

UFRO
3 2 1

I/LIMIT RMS STABILITY

DIP DWELL OVER/V
E0 E1 B0 B1

7 8

EXC TRIP
C B A

S2 S2 S2 S1 S1 S1 A1

DROOP A2 TRIM

P2 P3 P4

X

XX

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
机座/ AVR BC16 BC182 BC184 UC224 UC274 HC4 HC5 HC6 HC/MV7
AUX WDG OPT

SA465

SA465

SX460
STD STD STD STD STD

SX440

SX421

MX341

MX321

LOOSE OPT OPT STD STD OPT OPT OPT OPT
OPT(PMG) OPT(PMG) OPT(PMG) OPT(PMG)

OPT(PMG)
OPT(PMG)

OPT(PMG)
OPT(PMG)

STD STD

四、自动调压装置AVR
自动电压调节器 (AVR) 型号 341 P/NE000-23412/1P

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
低频保护(UFRO)的调节

电压(VOLTS)调节

电流上限调节

频率选择

电压/频率(DIP)比例调节 恢复延时 过励磁(EXC TRIP)调节 过电压跳脱

均方根值调节(RMS

稳定度(STABILITY)调节

压降(DROOP)调

稳定度调 节跳线

电压修正(TRIM)调节

? 电压(VOLTS)调节

MX321 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50~53Hz或 60~63Hz 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,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 60HZ 1-3, 4P 60HZ 2-3,4P 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) 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(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

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。

? 绝缘测试: 1 、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5MΩ,如小于IMΩ ,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2-3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5MΩ。若低于5MΩ ,应重新烘于, 若烘干后低于1MΩ ,说明绝缘已损坏,需要修理后才能使用。

五、交流发电机的保养

六、交流发电机的故障检修
故障现象 故障原因 接线错误 剩磁消失或太低 检查及处理方法 按线路图检查、纠正 用蓄电池对绕组磁场充电,正 极接X,负极接XX

主发电机磁场绕组或 用万用表测量相应绕组电阻, 励磁绕组断线等严重 若为无限大,应予接通;若电 缺陷 阻为零,更换或处理线圈 不能发电 主发电机定子或励磁 机绕组断线旋转硅整 用万用表测量电阻为无穷大时, 流元件击穿短路,正 应予接通 反向均导通

无刷发电机励磁整流 器板上的整流二极管 V2开路或续流二极管 V1短路

打开出线盒,用万用表测量, V2正反向电阻均为无限大或V1 正反向电阻无限小时,更换此 元件

六、交流发电机的故障检修
故障现 象 故障原因 转速太低或太高 励磁绕组局部短路 检查及处理方法 调整转速至额定转速 励磁机励磁绕组电流很大;励磁绕组 严重发热且振动大;励磁绕组直流电 阻较正常值小得多。应更换线圈 打开出线盒盖,用万用表测V1正反向 电阻均为无限大,应更换此元件 打开后机盖的后盖板,断开F1或F2接 头,用万用表测量硅旋转元件。若正 反向电阻不符合二极管特性要求时, 更换损坏元件

续流二极管V1开路 空载电 压太低 或太高

旋转整流元件故障

自动电压调节器上 可控硅短路 (电压 以上检查均正确时,可更换可控硅元 会过高)或可控硅 件 开路(电压会过低) 自动电压调节器损 坏、电压过低 更换自动电压调节器

六、交流发电机的故障检修
故障现象 故障原因 电机过载 负载功率因数低 电机过热 转速太低 电机通风道阻塞 检查及处理方法

减少负载至不超过铭牌额 定值
调整负载使励磁电流不超 过额定值 调整转速至额定值 排除阻塞物

找出短路,纠正或更换线 发电机绕组有部分短路 圈

六、交流发电机的故障检修
故障现象 故障原因 轴承磨损过度 轴承过热 润滑脂牌号不对或 油脂有杂质或装得 过多 与原动机对接不好 与原动机对接不好 转子动平衡不好 振动大 原动机振动 轴弯曲 主发电机励磁绕组 短路 检查及处理方法 更换新轴承 用煤油清洗后,按规定牌 号更换油脂,数量为轴承 室容量的1/2—1/3 检查二机同轴度并予调整 至符合要求 校正对中 校正动平衡 检查原动机 校正轴 找出短路点予以修复或更 换绕组

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0.2-0.5欧姆之间, 主转子线圈的电阻值在1.0-2.0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

六、交流发电机的故障检修
? 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

? 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

六、交流发电机的故障检修
? 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

? 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!


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