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电压调整器

[拼音]:dianya tiaozhengqi

[外文]:voltage regulator

能感受输出电压电流变化并按一定规律对发电机的输出电压产生调整作用的组合电器装置。对发电机输出电压的调整,通常是通过自动调整其励磁电流来实现,故又将电压调整器称为自动励磁调整器。

发展简史

1900~1920年间,出现振动式和分段电阻式电压调整器。它主要利用电动机械力的作用逐段地改变直流励磁回路的电阻值,以调节发电机的输出电压。20年代,出现了碳阻式调整器,利用改变电磁吸力的大小,调节碳片电阻间的接触压力,以连续调节其电阻值,达到调节发电机输出电压的目的。30年代,由于电子管和离子管的发展,电子与离子式励磁调整器得到了运用。40~60年代由于磁放大器的发展,磁放大器式励磁调整器取代了电子和离子式调整器。70年代,由于半导体和晶体管性能的提高,同步发电机励磁系统逐步以晶闸管静止励磁机或旋转交流励磁机取代了直流励磁机。电压调整器发展成由电子器件构成,用控制晶闸管整流元件的导通角度来实现励磁电流的调整。80年代,随着电子计算机技术的发展,逐渐采用微处理机或微型计算机的电压调整器,其性能更为优越。

发电机外特性

无论是直流或交流发电机,其输出端电压的大小均正比于发电机转子的旋转速度和发电机磁场的强弱。对于交流同步发电机,转速是恒定的,因此端电压仅与磁场的强弱有关。改变发电机的励磁电流即可调整发电机的端电压。如果发电机保持额定转速和空载额定励磁电流不变,则发电机的空载端电压为额定电压。发电机输出电流后,由于发电机的绕组流过电流时,对发电机的励磁磁场产生影响,发电机的端电压也将发生变化。 图1为交流同步发电机的外特性。当接入的是电阻性负载,输出额定电流Ie时,端电压降低不多。当接入电感性负载时,发电机输出电流产生的磁场对励磁磁场有减弱作用,因而端电压有较大的下降。若接入容性负载时,输出电流对励磁磁场有加强作用,因而端电压会上升。

电压调整器的主要功能

电压调整器具有以下功能:

(1)维持发电机的电压为给定水平。由于负载电流的变化对发电机的端电压有影响,端电压变化过大将对电力系统与用电设备产生许多不利因素和问题,因此发电机的励磁电流必须适应电压的变化,及时给以迅速而自动的调整。

(2)合理地分配并联发电机组间的负荷。电网均由多台发电机并联运行,每个机组所承担的负荷应予以合理的分配,否则会造成某些发电机的过载。因而,要求电压调整器能根据指定的规律平稳地分担电网的负荷。这一功能又称为电压调整器的调差功能。

(3)改善电力系统的稳定性。

分类

电压调整器按调节对象可分为:

(1)直流发电机电压调整器;

(2)交流同步发电机电压调整器。按结构可分为:

(1)具有可动部件的电动、电磁机构的电压调整器,例如变阻式调整器、振动式调整器等;

(2)无可动部件的电子或电磁式电压调整器,例如电子离子式、磁放大器式、半导体晶闸管式电压调整器等。按校正作用的规律可分为:

(1)比例式(P)电压调整器,其校正规律正比于给定值与被调整值的偏差值;

(2)比例-积分-微分(PID)电压调整器,其校正规律除具有正比于给定值与被调整值的偏差值外,还具有按偏差值的积分和微分值进行调整的规律;

(3)比例-积分(PI)电压调整器,能较好地解决调整精度和稳定性两者间的矛盾。

基本工作原理

交流同步发电机用电压调整器的工作原理见图2。同步发电机输出电压的大小决定于励磁绕组电流If1的大小。同步发电机的输出电压因负载变化而改变时,此电压反馈到电压调整器,并与另一输入至电压调整器的给定基准电压进行比较,按给定的规律对直流励磁发电机的励磁电流If2进行调整,相应的直流励磁发电机的输出电压E与交流同步发电机的励磁电流If1随之而改变,进而使同步发电机的输出电压得到了自动调整。

闭环调整系统框图

发电机电压调整器是由电压调整器、励磁机和发电机等部分所组成的闭环调节系统。图3是由检测环节、前置放大环节和功率放大环节几部分为系统的框图。输入前置放大环节的量是一模拟量,因此又称模拟式励磁调节系统。采用微处理机数字式调节系统时,发电机的输出电压接至检测环节,经模/数转换器将输出电压的模拟量转变为数字量,再送入微处理机。其特点是:

(1)通用性强,适用于不同容量的发电机组。

(2)灵活性大,对不同机组的励磁要求,在不更动设备的条件下,电压调整器的各种功能均可通过计算机软件的编制来完成。

(3)较少的硬件模块。大型发电机要求的保护功能很多,模拟式电压调整器每增加一个功能就需增加相应的电路板,而微处理机或微型计算机的电压调整器则不需要。

(4)可靠性高。

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