1、概述

　　柴油發(fā)電機組目前已被廣泛地應(yīng)用于國防建設(shè)、科研、勘探、采礦、船泊、化工等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,特別在電力缺乏的環(huán)境下,更有其不可替代的作用。柴油發(fā)電機組一般由柴油發(fā)動機與同發(fā)電機安裝在同一底盤上,由柴油發(fā)動機拖動同步發(fā)電機發(fā)電。

　　柴油發(fā)電機組的組成一般如圖1所示。

　　圖1　柴油發(fā)電機組的組成

　　柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制(機械調(diào)速器或電子調(diào)速器),使發(fā)動機轉(zhuǎn)速在負(fù)載變化時,運行于額定轉(zhuǎn)速。發(fā)電機依靠剩磁電壓自勵建壓,當(dāng)發(fā)電機電壓達到一定大小時,自動電壓調(diào)節(jié)器投入運行。此時同步發(fā)電機電壓受自動電壓調(diào)節(jié)器控制,使柴油發(fā)電機組輸出電壓在負(fù)載變化時,基本保持恒定。

　　2、柴油發(fā)電機組低速運行時存在的主要問題

　　2.1、柴油發(fā)電機組的正常運行

　　柴油發(fā)電機組一般由柴油發(fā)動機與同步發(fā)電機配套組成。在柴油發(fā)電機組中發(fā)電機必須配備有勵磁系統(tǒng),機組才能正常運行發(fā)電。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般分為不可控工作方式與可控工作方式。在不可控工作方式下,發(fā)電機端電壓受負(fù)載影響較大,不宜用于較高要求的工作場合,一般只作為臨時應(yīng)急使用。目前絕大多數(shù)生產(chǎn)場合,都要求柴油發(fā)電機組提供高質(zhì)量的電力,因此柴油發(fā)電機組一般均配備有可控勵磁系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中發(fā)電機端電壓受負(fù)載變化影響較小,能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

　　2.2、柴油發(fā)電機組的低速運行

　　柴油發(fā)電機組正常運行時柴油機轉(zhuǎn)速一般均為額定轉(zhuǎn)速(例:1500r/min),但當(dāng)柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速較低(例:1000r/min),我們稱之為低速運行,此時同步發(fā)電機也工作于低速狀態(tài)。在沒有采取低速勵磁保護的情況下,從用戶及服務(wù)反饋的信息得知,低速運行經(jīng)常會產(chǎn)生燒毀自動電壓調(diào)節(jié)器或發(fā)電機的嚴(yán)重后果。造成這種狀況的原因一般有以下兩點:一是由于用戶對柴油發(fā)電機組不了解,總以為機組低速運行對柴油機有好處,可延長使用壽命;二是有些簡易柴油發(fā)電機組根本就沒有頻率或轉(zhuǎn)速顯示儀表,柴油發(fā)電機組運行時聲音很大,不易察覺機組已低速運行。由于低速運行時機組勵磁電流很大,以至燒毀自動電壓調(diào)節(jié)器或發(fā)電機。

　　同步發(fā)電機定子鐵心上刻有齒和槽,槽內(nèi)設(shè)置三相繞組,轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵磁繞組。當(dāng)勵磁繞組通以直流電流后,電機內(nèi)就產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。如用柴油發(fā)動機(原動機)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),則磁場與定子繞組間有相對運動。就會在定子繞組中感應(yīng)出交流電勢。由電機學(xué)理論可知

　　U≈E= 4.44fWKW5m (1)

　　式中　W——繞組匝數(shù)

　　5m——主磁通

　　f——電源頻率

　　KW——繞組系數(shù)

　　由式(1)可以看出:在W、KW等不變的情況下,柴油發(fā)電機組在自動電壓調(diào)節(jié)器的作用下,為保證機端電壓不變,則勵磁磁通5m與發(fā)電機頻率f(即柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速)成反比。在轉(zhuǎn)速愈低的情況下,5m愈大;當(dāng)5m增大到一定程度時,將引起勵磁磁路飽和,勵磁電流將大大增加。在檢修柴油發(fā)電機組或柴油發(fā)電機組處于怠速運行狀態(tài)時,同步發(fā)電機在自動電壓調(diào)節(jié)器的作用下,只有增大勵磁才能保證發(fā)電機端電壓不變,因此必將在發(fā)電機勵磁回路中產(chǎn)生很大的低速勵磁電流,低速勵磁電流如果不加控制則會使機組工作不正常,嚴(yán)重時會燒毀自動電壓調(diào)節(jié)器甚至發(fā)電機,造成很大的損失。因此在低速運行的情況下,應(yīng)切斷勵磁回路或控制勵磁電流的大小,以保護自動電壓調(diào)節(jié)器或發(fā)電機。

　　3、柴油發(fā)電機組低速運行保護措施

　　從以上分析可以看出,要使柴油發(fā)電機組在低速運行時可靠地工作,最簡便易行的辦法是切斷勵磁系統(tǒng),使勵磁系統(tǒng)無輸出,但會發(fā)生下列情況:一種是從正常運行停機后,下次起機怠速運行時忘記了切斷勵磁系統(tǒng),造成損失;另一種是雖然低速運行時切斷了勵磁系統(tǒng),而在正常運行時接通勵磁系統(tǒng)的瞬間,在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及輸出系統(tǒng)中將會產(chǎn)生瞬間過壓,對電氣元件及電機繞組線圈產(chǎn)生不良影響。經(jīng)過多年研究、實踐,在自動電壓調(diào)節(jié)器電路中采取了低速勵磁限制的措施解決了低速運行時存在的問題?，F(xiàn)以蘭州電機有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WT-2型自動電壓調(diào)節(jié)器中低速保護電路為例,自動電壓調(diào)節(jié)器方框圖如圖2所示。

　　電壓調(diào)節(jié)器主要由電壓反饋環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、低速保護環(huán)節(jié)、PID調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、信號放大環(huán)節(jié)及電壓控制環(huán)節(jié)等組成。調(diào)節(jié)器用晶閘管作為電壓控制的執(zhí)行元件,具體電路及工作原理不再贅述。低速勵磁電流保護方框圖如圖3所示。

　　圖2　自動電壓調(diào)節(jié)器方框圖

　　圖3　低速勵磁電流保護方框圖

　　WT-2A自動電壓調(diào)節(jié)器中低速勵磁電流保護具體電路如圖4所示。

　　圖4　低速勵磁電流保護電路

　　在圖4中:RP4、R14和V4為低速勵磁電流限制環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)RP4,可改變低速電流大小。RP4在出廠已調(diào)好,用戶不能隨意調(diào)節(jié)。RP5為低速頻率轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)RP5可改變低速轉(zhuǎn)換頻率的大小,頻率下限點一般設(shè)置在-15%額定頻率處(例:對于額定轉(zhuǎn)速為1500r/min的發(fā)電機,其輸出電壓頻率為50Hz,則頻率下限點設(shè)置在42.5Hz處),出廠時已調(diào)好。R23、R24、C11、C12及V7、V8、V29為頻率檢測環(huán)節(jié),R17、R18、R19及C8、V5為斜波產(chǎn)生環(huán)節(jié)。當(dāng)柴油發(fā)電機組在42.5Hz以下低速運行時,C12電容上的電壓低于N3反相輸入端的電壓,運算放大器N3輸出一個-6V的電壓,它小于N2的反相輸入端的正常電壓,V4截止,使低速限制環(huán)節(jié)起作用。當(dāng)柴油發(fā)電機組在42.5Hz以上正常運行時,C12電容上的電壓高于N3反相輸入端的電壓,運算放大器N3輸出一個+6V的電壓,它大于N2的反相輸入端的正常電壓,V4導(dǎo)通,使低速限制環(huán)節(jié)失去控制作用,柴油發(fā)動機組正常運行。用戶在一般情況下,不應(yīng)調(diào)整RP5電位器。通過大量的實驗可以看出:上述柴油發(fā)電機組低速保護電路工作原理簡單、性能可靠,解決了機組低速運行時勵磁電流大,損壞自動電壓調(diào)節(jié)器或發(fā)電機的問題。

　　4、結(jié)束語

　　現(xiàn)在蘭州電機有限責(zé)任公司生產(chǎn)的自動勵磁電壓調(diào)節(jié)器基本上都加裝了類似的低速勵磁保護電路。解決了以往自動電壓調(diào)節(jié)器存在的低速勵磁電流大,損壞自動電壓調(diào)節(jié)器及發(fā)電機的問題,取得了良好的經(jīng)濟效益。將來我們設(shè)想采用數(shù)字處理方式來檢測和控制低速勵磁的問題,以期達到更好的控制效果。