摘 要 本文简要介绍了无刷交流同步发电机的励磁系统的组成、结构及工作过程等。

关键词 无刷交流同步发电机;旋转整流器;电压调节器

中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0215-02

最早的交流同步发电机用专用直流发电机励磁，这种励磁方式运行管理较为麻烦，现在已不采用。后来出现了不带励磁机的相复励自励恒压励磁系统。现在，交流同步发电机采用带有交流励磁机，经旋转整流器整流的他励交流同步发电机励磁系统，称为无刷交流同步发电机励磁系统。

1 概述

某型号发电机组具有完善的监控、显示、保护等功能，使用方便、操作简单，具有国内先进水平，该产品具有起动时间短、控制先进、电源稳定、结构紧凑、体积小、功率大、防护措施合理等优点，广泛应用于国防及石油勘探等领域。

发电机组采用带电压调节器的交流同步发电机组成无刷励磁系统。无刷交流同步发电机励磁系统由电压调节器、交流励磁发电机、旋转整流器等组成。该无刷励磁系统的优点是：

1）结构紧凑;2）提高了工作的可靠性：3）绝缘寿命延长;4）适合在恶劣的环境中运行。

2 发电机的励磁电路

该发电机属于中频无刷同步发电机由定子电磁绕组和旋转电枢组成，旋转电枢由半导体整流器、副励磁绕组和主励磁绕组组成。

发电机组电气控制系统接通控制电源后，电压调节器接上直流工作电源，开始工作。启动发电机组，发电机由燃气轮机发动机带动，发电机转子以8000转/分的速度旋转，此时在直流励磁绕组中输入直流电源，直流电流产生磁场，在磁场作用下感应转子隐极铁芯内的绕组（称为副励磁绕组）发出三相800 Hz交流电，通过半导体整流器转（即旋转整流器）转换成直流电给凸极励磁绕组（称为主励磁绕组）励磁，产生旋转磁场，在定子绕组上感应出3相～400 Hz～230 V交流电。发电机通过连接器输出三相交流电压供给负载，并与电压调节器

相连。

发电机接上负载，其电枢电流增大。原动机负载加大，转速下降;横轴电枢反应，纵轴电枢反应增大;电枢绕组和传输导线的电压降增大，造成发电机负载端电压下降。反馈信号送入电压调节器，进行调节，增加励磁发电机的励磁电流，使交流同步发电机的输出电压具有上升趋势;反馈信号与整定值相比，如为负值，增加励磁电流，发电机输出电压升高，直到输出电压达到整定值。

发电机输出电压是通过转动控制板上的整定电压旋钮来调节。整定变阻器电阻增大相应发电机电压减小（反之亦然）。整定变阻器接入电压调节器测量电桥臂上。电压调节器在机组工作时输入和调节发电机的稳压电流保证产品输出稳定的电源。电压调节器在电压值和负载功率因数变化时，自动地将输出电源保证在允许偏差的范围内。

同步发电机的工作原理如图1所示。

图1 发电机工作原理

3 旋转整流器

发电机经旋转整流器给无刷交流同步发电机励磁，见图2交流励磁发电机电压向量图。

从旋转整流器输出电压波形图可以看出，六相带中线半波整流器输出电压波形与三相桥式整流电路输出电压波形相似。

输出电压的平均值：Ud=1.35UL

式中UL是励磁发电机相邻相线电压有效值。

输出电压脉动次数为6，换相次数为6，换相整流器件为1，整流器件流过电流平均值为负载电流的六分之一，即1/6Id，脉动系数为5.7%。整流器的换相次数越多，脉动系数越小。

4 电压调节器

1）组成及结构。

电压调节器整体为长方体，外壳采用具有自然冷却的防尘封闭装置，放热元件安装到散热器上，并将散热器移到外表上。电压调节器通过外壳的定位孔固定在产品上，并通过插塞式插头连接到外电路上。

电压调节器由两个调节线路构成，是为了提高电压调节器的可靠性和保证调节范围的;供电电路、限流电路、滤波电路由两个调节线路共用，测量比较电路由两个同样的分组合（结构上相连接）组成。每个调节线路是由独立单元和通用单元组成，而且两个单元是以串、并联的形式连接在一起的。

电压调节器各独立结构的电气单元包括：

①限流电路：由两组电阻器组成，保证电机所要求的电流。

②供电电路：由变压器、整流电桥、隔离二极管、分流二极管组成，用于给发电机励磁线圈供电。

③滤波电路：由几组电容组成，一部分用于抑制电压噪声，一部分用于电压滤波。

④测量比较电路：由变压器、整流二极管、电阻器和测量用非线性电桥组成，用来提高电压的调节精度;加入电流检测器调节系统的稳定。

⑤移相放大电路：是带三级增益的晶体管放大器，对传递的信号进行放大处理。

2）工作过程。

主调节线路的工作过程：

发电机励磁线圈OBB同限流电路БС串联接通并通过移相放大电路БС1—БС4与供电电路БП相连，发电机输出电压的调节是通过改变OBB中的电流来实现。OBB中电流的变化是由БП电压（从测量比较电路加到其输入端）的脉冲间隙系数的变化而产生的。

发电机的电压滤波后经过测量变压器Тр1-Тр3降压输送给БИ1的输入端，再经二极管整流，并通过电阻器输送给控制和测量用非线形电桥（即比较整定电路），在非线性电桥输出端发出锯齿形电压脉冲波形，输出到移相放大电路的输入级。

二极管的接入可保证测量电桥在负极特性曲线段的工作。БИ锯齿形信号电压和晶体管（VТ5）工作电压电平相等时，VT5通过基准电阻器R17打开。这时VT4关闭，而VT1-VT3输出级打开，БП的电压完全加在OBB上。VT5关闭时，VT4打开，VT1-VT3关闭，БП的电压加在其余部件上。锯齿形电压电平变化时，OBB上的电压脉冲间隙系数变化，使经过OBB的电流平均值也变化。由于OBB电感强度大和与其并联的分流二极管Д2（供电电路中），使OBB的电流平滑，排除发电机的电压调制。

备用调节电路的工作与主电路类似。用备用电路调整电位器R2调整电压等于额定（230V）+5%，也就是241V。因此主电路正常工作时，移相放大电路的VT1-VT3输出级处于打开状态;当主电路里任一元件发生故障（短路或断开）时，电压都会增大，备用电路便进入调定电平（241V）下工作，并保证在此电平下自动调节电压。备用电路的接入是瞬间进行的，不会妨碍系统供电。

5 结束语

通过无刷交流同步发电机励磁系统，实现快速励磁调节，使发电机组满足了用户的需求。

作者简介

曲春普，女，辽宁大连人，工程师。endprint

摘 要 本文简要介绍了无刷交流同步发电机的励磁系统的组成、结构及工作过程等。

关键词 无刷交流同步发电机;旋转整流器;电压调节器

中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0215-02

最早的交流同步发电机用专用直流发电机励磁，这种励磁方式运行管理较为麻烦，现在已不采用。后来出现了不带励磁机的相复励自励恒压励磁系统。现在，交流同步发电机采用带有交流励磁机，经旋转整流器整流的他励交流同步发电机励磁系统，称为无刷交流同步发电机励磁系统。

1 概述

某型号发电机组具有完善的监控、显示、保护等功能，使用方便、操作简单，具有国内先进水平，该产品具有起动时间短、控制先进、电源稳定、结构紧凑、体积小、功率大、防护措施合理等优点，广泛应用于国防及石油勘探等领域。

发电机组采用带电压调节器的交流同步发电机组成无刷励磁系统。无刷交流同步发电机励磁系统由电压调节器、交流励磁发电机、旋转整流器等组成。该无刷励磁系统的优点是：

1）结构紧凑;2）提高了工作的可靠性：3）绝缘寿命延长;4）适合在恶劣的环境中运行。

2 发电机的励磁电路

该发电机属于中频无刷同步发电机由定子电磁绕组和旋转电枢组成，旋转电枢由半导体整流器、副励磁绕组和主励磁绕组组成。

发电机组电气控制系统接通控制电源后，电压调节器接上直流工作电源，开始工作。启动发电机组，发电机由燃气轮机发动机带动，发电机转子以8000转/分的速度旋转，此时在直流励磁绕组中输入直流电源，直流电流产生磁场，在磁场作用下感应转子隐极铁芯内的绕组（称为副励磁绕组）发出三相800 Hz交流电，通过半导体整流器转（即旋转整流器）转换成直流电给凸极励磁绕组（称为主励磁绕组）励磁，产生旋转磁场，在定子绕组上感应出3相～400 Hz～230 V交流电。发电机通过连接器输出三相交流电压供给负载，并与电压调节器

相连。

发电机接上负载，其电枢电流增大。原动机负载加大，转速下降;横轴电枢反应，纵轴电枢反应增大;电枢绕组和传输导线的电压降增大，造成发电机负载端电压下降。反馈信号送入电压调节器，进行调节，增加励磁发电机的励磁电流，使交流同步发电机的输出电压具有上升趋势;反馈信号与整定值相比，如为负值，增加励磁电流，发电机输出电压升高，直到输出电压达到整定值。

发电机输出电压是通过转动控制板上的整定电压旋钮来调节。整定变阻器电阻增大相应发电机电压减小（反之亦然）。整定变阻器接入电压调节器测量电桥臂上。电压调节器在机组工作时输入和调节发电机的稳压电流保证产品输出稳定的电源。电压调节器在电压值和负载功率因数变化时，自动地将输出电源保证在允许偏差的范围内。

同步发电机的工作原理如图1所示。

图1 发电机工作原理

3 旋转整流器

发电机经旋转整流器给无刷交流同步发电机励磁，见图2交流励磁发电机电压向量图。

从旋转整流器输出电压波形图可以看出，六相带中线半波整流器输出电压波形与三相桥式整流电路输出电压波形相似。

输出电压的平均值：Ud=1.35UL

式中UL是励磁发电机相邻相线电压有效值。

输出电压脉动次数为6，换相次数为6，换相整流器件为1，整流器件流过电流平均值为负载电流的六分之一，即1/6Id，脉动系数为5.7%。整流器的换相次数越多，脉动系数越小。

4 电压调节器

1）组成及结构。

电压调节器整体为长方体，外壳采用具有自然冷却的防尘封闭装置，放热元件安装到散热器上，并将散热器移到外表上。电压调节器通过外壳的定位孔固定在产品上，并通过插塞式插头连接到外电路上。

电压调节器由两个调节线路构成，是为了提高电压调节器的可靠性和保证调节范围的;供电电路、限流电路、滤波电路由两个调节线路共用，测量比较电路由两个同样的分组合（结构上相连接）组成。每个调节线路是由独立单元和通用单元组成，而且两个单元是以串、并联的形式连接在一起的。

电压调节器各独立结构的电气单元包括：

①限流电路：由两组电阻器组成，保证电机所要求的电流。

②供电电路：由变压器、整流电桥、隔离二极管、分流二极管组成，用于给发电机励磁线圈供电。

③滤波电路：由几组电容组成，一部分用于抑制电压噪声，一部分用于电压滤波。

④测量比较电路：由变压器、整流二极管、电阻器和测量用非线性电桥组成，用来提高电压的调节精度;加入电流检测器调节系统的稳定。

⑤移相放大电路：是带三级增益的晶体管放大器，对传递的信号进行放大处理。

2）工作过程。

主调节线路的工作过程：

发电机励磁线圈OBB同限流电路БС串联接通并通过移相放大电路БС1—БС4与供电电路БП相连，发电机输出电压的调节是通过改变OBB中的电流来实现。OBB中电流的变化是由БП电压（从测量比较电路加到其输入端）的脉冲间隙系数的变化而产生的。

发电机的电压滤波后经过测量变压器Тр1-Тр3降压输送给БИ1的输入端，再经二极管整流，并通过电阻器输送给控制和测量用非线形电桥（即比较整定电路），在非线性电桥输出端发出锯齿形电压脉冲波形，输出到移相放大电路的输入级。

二极管的接入可保证测量电桥在负极特性曲线段的工作。БИ锯齿形信号电压和晶体管（VТ5）工作电压电平相等时，VT5通过基准电阻器R17打开。这时VT4关闭，而VT1-VT3输出级打开，БП的电压完全加在OBB上。VT5关闭时，VT4打开，VT1-VT3关闭，БП的电压加在其余部件上。锯齿形电压电平变化时，OBB上的电压脉冲间隙系数变化，使经过OBB的电流平均值也变化。由于OBB电感强度大和与其并联的分流二极管Д2（供电电路中），使OBB的电流平滑，排除发电机的电压调制。

备用调节电路的工作与主电路类似。用备用电路调整电位器R2调整电压等于额定（230V）+5%，也就是241V。因此主电路正常工作时，移相放大电路的VT1-VT3输出级处于打开状态;当主电路里任一元件发生故障（短路或断开）时，电压都会增大，备用电路便进入调定电平（241V）下工作，并保证在此电平下自动调节电压。备用电路的接入是瞬间进行的，不会妨碍系统供电。

5 结束语

通过无刷交流同步发电机励磁系统，实现快速励磁调节，使发电机组满足了用户的需求。

作者简介

曲春普，女，辽宁大连人，工程师。endprint

摘 要 本文简要介绍了无刷交流同步发电机的励磁系统的组成、结构及工作过程等。

关键词 无刷交流同步发电机;旋转整流器;电压调节器

中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0215-02

最早的交流同步发电机用专用直流发电机励磁，这种励磁方式运行管理较为麻烦，现在已不采用。后来出现了不带励磁机的相复励自励恒压励磁系统。现在，交流同步发电机采用带有交流励磁机，经旋转整流器整流的他励交流同步发电机励磁系统，称为无刷交流同步发电机励磁系统。

1 概述

某型号发电机组具有完善的监控、显示、保护等功能，使用方便、操作简单，具有国内先进水平，该产品具有起动时间短、控制先进、电源稳定、结构紧凑、体积小、功率大、防护措施合理等优点，广泛应用于国防及石油勘探等领域。

发电机组采用带电压调节器的交流同步发电机组成无刷励磁系统。无刷交流同步发电机励磁系统由电压调节器、交流励磁发电机、旋转整流器等组成。该无刷励磁系统的优点是：

1）结构紧凑;2）提高了工作的可靠性：3）绝缘寿命延长;4）适合在恶劣的环境中运行。

2 发电机的励磁电路

该发电机属于中频无刷同步发电机由定子电磁绕组和旋转电枢组成，旋转电枢由半导体整流器、副励磁绕组和主励磁绕组组成。

发电机组电气控制系统接通控制电源后，电压调节器接上直流工作电源，开始工作。启动发电机组，发电机由燃气轮机发动机带动，发电机转子以8000转/分的速度旋转，此时在直流励磁绕组中输入直流电源，直流电流产生磁场，在磁场作用下感应转子隐极铁芯内的绕组（称为副励磁绕组）发出三相800 Hz交流电，通过半导体整流器转（即旋转整流器）转换成直流电给凸极励磁绕组（称为主励磁绕组）励磁，产生旋转磁场，在定子绕组上感应出3相～400 Hz～230 V交流电。发电机通过连接器输出三相交流电压供给负载，并与电压调节器

相连。

发电机接上负载，其电枢电流增大。原动机负载加大，转速下降;横轴电枢反应，纵轴电枢反应增大;电枢绕组和传输导线的电压降增大，造成发电机负载端电压下降。反馈信号送入电压调节器，进行调节，增加励磁发电机的励磁电流，使交流同步发电机的输出电压具有上升趋势;反馈信号与整定值相比，如为负值，增加励磁电流，发电机输出电压升高，直到输出电压达到整定值。

发电机输出电压是通过转动控制板上的整定电压旋钮来调节。整定变阻器电阻增大相应发电机电压减小（反之亦然）。整定变阻器接入电压调节器测量电桥臂上。电压调节器在机组工作时输入和调节发电机的稳压电流保证产品输出稳定的电源。电压调节器在电压值和负载功率因数变化时，自动地将输出电源保证在允许偏差的范围内。

同步发电机的工作原理如图1所示。

图1 发电机工作原理

3 旋转整流器

发电机经旋转整流器给无刷交流同步发电机励磁，见图2交流励磁发电机电压向量图。

从旋转整流器输出电压波形图可以看出，六相带中线半波整流器输出电压波形与三相桥式整流电路输出电压波形相似。

输出电压的平均值：Ud=1.35UL

式中UL是励磁发电机相邻相线电压有效值。

输出电压脉动次数为6，换相次数为6，换相整流器件为1，整流器件流过电流平均值为负载电流的六分之一，即1/6Id，脉动系数为5.7%。整流器的换相次数越多，脉动系数越小。

4 电压调节器

1）组成及结构。

电压调节器整体为长方体，外壳采用具有自然冷却的防尘封闭装置，放热元件安装到散热器上，并将散热器移到外表上。电压调节器通过外壳的定位孔固定在产品上，并通过插塞式插头连接到外电路上。

电压调节器由两个调节线路构成，是为了提高电压调节器的可靠性和保证调节范围的;供电电路、限流电路、滤波电路由两个调节线路共用，测量比较电路由两个同样的分组合（结构上相连接）组成。每个调节线路是由独立单元和通用单元组成，而且两个单元是以串、并联的形式连接在一起的。

电压调节器各独立结构的电气单元包括：

①限流电路：由两组电阻器组成，保证电机所要求的电流。

②供电电路：由变压器、整流电桥、隔离二极管、分流二极管组成，用于给发电机励磁线圈供电。

③滤波电路：由几组电容组成，一部分用于抑制电压噪声，一部分用于电压滤波。

④测量比较电路：由变压器、整流二极管、电阻器和测量用非线性电桥组成，用来提高电压的调节精度;加入电流检测器调节系统的稳定。

⑤移相放大电路：是带三级增益的晶体管放大器，对传递的信号进行放大处理。

2）工作过程。

主调节线路的工作过程：

发电机励磁线圈OBB同限流电路БС串联接通并通过移相放大电路БС1—БС4与供电电路БП相连，发电机输出电压的调节是通过改变OBB中的电流来实现。OBB中电流的变化是由БП电压（从测量比较电路加到其输入端）的脉冲间隙系数的变化而产生的。

发电机的电压滤波后经过测量变压器Тр1-Тр3降压输送给БИ1的输入端，再经二极管整流，并通过电阻器输送给控制和测量用非线形电桥（即比较整定电路），在非线性电桥输出端发出锯齿形电压脉冲波形，输出到移相放大电路的输入级。

二极管的接入可保证测量电桥在负极特性曲线段的工作。БИ锯齿形信号电压和晶体管（VТ5）工作电压电平相等时，VT5通过基准电阻器R17打开。这时VT4关闭，而VT1-VT3输出级打开，БП的电压完全加在OBB上。VT5关闭时，VT4打开，VT1-VT3关闭，БП的电压加在其余部件上。锯齿形电压电平变化时，OBB上的电压脉冲间隙系数变化，使经过OBB的电流平均值也变化。由于OBB电感强度大和与其并联的分流二极管Д2（供电电路中），使OBB的电流平滑，排除发电机的电压调制。

备用调节电路的工作与主电路类似。用备用电路调整电位器R2调整电压等于额定（230V）+5%，也就是241V。因此主电路正常工作时，移相放大电路的VT1-VT3输出级处于打开状态;当主电路里任一元件发生故障（短路或断开）时，电压都会增大，备用电路便进入调定电平（241V）下工作，并保证在此电平下自动调节电压。备用电路的接入是瞬间进行的，不会妨碍系统供电。

5 结束语

通过无刷交流同步发电机励磁系统，实现快速励磁调节，使发电机组满足了用户的需求。

作者简介

曲春普，女，辽宁大连人，工程师。endprint