發電機avr工作原理

AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC（Reduced Instruction Set Computer） 精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。 1997年，由Atmel公司挪威設計中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技術，共同研發出RISC精簡指令集高速8位單片機，簡稱AVR。

發電機電壓調節器簡介

發電機電壓調節器通過對發電機交流勵磁機勵磁電流的控制，實現對發電機輸出電壓的自動調節。發電機電壓調節器可滿足普通60/50Hz及中頻400Hz單機或并列運行的發電機使用。電壓調節器（簡稱AVR），是專門為配套基波、諧波復式勵磁或裝配有永磁發電機勵磁（PGM系統）的交流無刷發電機而設計。

發電機電壓調節器工作原理

由于發電機與發動機的傳動比是固定的，所以發電機的轉速將隨發動機轉速的變化而變化。汽車在運行過程中，發動機轉速變化范圍很大，發電機的端電壓也將隨發動機的轉速變化而在很大范圍內變化。發電機對用電設備供電和向蓄電池充電，都要求其電壓穩定，所以為使電壓始終保持在某一數值基本不變，就必須對發電機的輸出電壓進行調節。

發電機電壓調節器基本分類：

（1）觸點式電壓調節器觸點式電壓調節器應用較早，這種調節器觸點振動頻率慢，存在機械慣性和電磁慣性，電壓調節精度低，觸點易產生火花，對無線電干擾大，可靠性差，壽命短，現已被淘汰。

（2）晶體管調節器

隨著半導體技術的發展，采用了晶體管調節器。其優點是：三極管的開關頻率高，且不產生火花，調節精度高，還具有重量輕、體積小、壽命長、可靠性高、電波干擾小等優點，現廣泛應用于東風、解放及多種中低檔車型。

（3）集成電路調節器

集成電路調節器除具有晶體管調節器的優點外，還具有超小型，安裝于發電機的內部（又稱內裝式調節器），減少了外接線，并且冷卻效果得到了改善，現廣泛應用于桑塔納。奧迪等多種轎車車型上。

（4）電腦控制調節器

由電負載檢測儀測量系統總負載后，向發電機電腦發送信號，然后由發動機電腦控制發電機電壓調節器，適時地接通和斷開磁場電路，即能可靠地保證電器系統正常工作，使蓄電池充電充足，又能減輕發動機負荷，提高燃料經濟性。如上海別克、廣州本田等轎車發電機上使用了這種調節器。

2．電子調節器按所匹配的交流發電機搭鐵型式可分為：（1）內搭鐵型調節器

適合于與內搭鐵型交流發電機所匹配的電子調節器稱為內搭鐵型調節器；

明書中指定的調節器，如果采用其他型號替代，除標稱電壓等規定參數與原調節器相同外，代用調節器必須與原調節器的搭鐵形式相同，否則，發電機可能由于勵磁電路不通而不能正常工作。對于集成電路調節器，必須是專用的，是不能替代的。

發電機自動電壓調節器AVR功能

1、發電機自動電壓調節器AVR的主要功能是精確地控制和調節發電機的機端電壓和無功功率，它對勵磁電壓快速作出反應，響應時間為幾個毫秒。主要由測量比較、綜合放大和移相觸發三個基本單元構成。

2、測量比較單元用來測量經過變換的與發電機端電壓成比例的直流電壓，并與相應的電壓整定值進行比較，得到偏差;

·電壓偏差信號輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對測量等信號起綜合放大作用;

3、移相觸發單元則根據輸入的控制信號的變化，改變輸出到可控硅的觸發脈沖，改變導通角，從而控制可控硅的輸出電壓，以調節發電機的勵磁電流。

明書中指定的調節器，如果采用其他型號替代，除標稱電壓等規定參數與原調節器相同外，代用調節器必須與原調節器的搭鐵形式相同，否則，發電機可能由于勵磁電路不通而不能正常工作。對于集成電路調節器，必須是專用的，是不能替代的。

發電機自動電壓調節器AVR功能

1、發電機自動電壓調節器AVR的主要功能是精確地控制和調節發電機的機端電壓和無功功率，它對勵磁電壓快速作出反應，響應時間為幾個毫秒。主要由測量比較、綜合放大和移相觸發三個基本單元構成。

2、測量比較單元用來測量經過變換的與發電機端電壓成比例的直流電壓，并與相應的電壓整定值進行比較，得到偏差;

·電壓偏差信號輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對測量等信號起綜合放大作用;

3、移相觸發單元則根據輸入的控制信號的變化，改變輸出到可控硅的觸發脈沖，改變導通角，從而控制可控硅的輸出電壓，以調節發電機的勵磁電流。

AVR：自動電壓調節器;FCR：勵磁電流調節器;BFCR：后備勵磁電流調節器;UG：發電機機端電壓測量信號;IG：發電機定子電流測量信號;IF：勵磁電流;

4、發電機勵磁調節器（AVR）采用數字微機型，AVR中裝設無功功率、功率因數等自動調節功能。勵磁調節器設有過勵磁限制、過勵磁保護、低勵磁限制、電力系統穩定器、V/H限制及轉子過電壓保護和PT斷線閉鎖保護等單元;其附加功能包括轉子一點接地保護、轉子溫度測量、串口通訊模塊、跨接器、DSP智能均流、軸電壓毛刺吸收裝置等。

5、采用兩路完全相同且獨立的自動勵磁調節器并聯運行，兩路通道間能相互自動跟蹤，當一路調節器通道出現故障時，能自動無擾切換到另一通道運行。手動、自動電路應能相互自動跟蹤;當自動回路故障時能自動無擾切換到手動。CT，PT均為兩路獨立的輸入回路。

發電機自動電壓調節器AVR主通道1和主通道2之間的切換

這種勵磁系統具有兩個完全獨立的調節器和控制通道（通道1及通道2）。兩個通道完全相同，因此可以自由地選擇通道1或通道2作為工作通道。備用的通道（不工作的通道）總是自動地跟蹤工作通道?；旧?，除了下述情況以外，通道的切換可以在任何時間進行：

◆如果工作通道檢測到故障，將自動地緊急切換到第二個通道。而后，直到故障修復才可能再切回到故障通道。

◆如果不工作的通道故障，從工作通道到不工作通道的手動切換是不可能的。

◆若一個通道發生故障，發電機電壓同時也發生動態擾動。然而，立即自動切換到不工作的通道，此不工作的通道不應當跟隨發電機電壓的動態擾動。為了防止這種情況的發生，不工作的通道相對緩慢地跟隨發電機電壓，并具有一段延時。

◆應當考慮到從工作通道向不工作通道的手動切換時相應的遲緩特性。直接跟隨發電機的電壓變化，則切換具有一個短的延時。這種方法在每一種場合都能達到無擾動切換。

發電機自動電壓調節器AVR主通道自動/手動方式之間的切換

這種勵磁系統的特點是每個主通道都有一個自動調節器（自動方式）和一個手動調節器（手動方式）。在自動方式中，發電機電壓受到調節，因此，在發電機機端產生恒定的電壓。另一方面，在手動方式中，發電機勵磁（磁場電流）保持恒定，隨著發電機負荷的變化，發電機勵磁（磁場電流的設定點）必須手動調整，以使發電機電壓不變?；旧?，由于不工作的調節器總是跟隨工作調節器，所以在任何時間運行方式之間的切換都是可能的。

發電機自動電壓調節器AVR切換至緊急備用通道

除兩個主通道之外，勵磁系統還附加了兩個緊急備用通道。與主通道的手動方式相類似的緊急備用通道，裝有一個勵磁電流調節器。除了勵磁電流調節器之外，緊急備用通道還裝有過電壓保護和獨立于主通道的觸發脈沖控制器。插入到主通道的過電壓保護插件起后備保護作用。緊急備用通道的勵磁電流調節器的作用與主通道的勵

磁電流調節器是相僅是調節勵磁電流同的。也就是緊急備用通道僅僅是調節勵磁電流，而不是調節發電機電壓。

緊急備用通道的勵磁電流調節器自動地跟隨主通道，因此，在主通道發生故障的情況下，自動進行無擾動切換。從主通道向緊急備用通道的手動切換只能由被授權的特殊操作人員進行。兩個調節器的跟隨調整使其能夠切回到主通道。

疊加控制：無功功率調節器/功率因數調節器投入/退出

如果選擇自動方式，并且發電機已連接到電網，就可以切換到無功功率調節器（Q）/功率因數調節器（cosPhi）。無功功率調節器（Q）/功率因數調節器（cosPhi）是電壓調節器的上位調節器，并且在運行中只是緩慢地起作用。因此，電網的短時故障不會影響此上位調節器，而還是電壓調節器在起作用。自動方式的所有限制器和原來一樣起作用，如果需要的話可以控制電壓調節器包括上位調節器。

無功調節器/功率因數調節器的特點是可以對其自身的給定點進行設置（給定點積分器）。當上位調節器斷開時，給定點設置總是跟隨實際值（當前的無功功率Q/當前的功率因數）。這就意味著發電機的運行點從電壓調節器過渡到上位調節器不能立即起作用。而只是在上位調節器的設定點由HIGHER一升高/LOWER降低命令調整后，無功功率Q/功率因數也相應地改變。

失磁保護（P/Q）

發電機運行點在超出其穩定極限時，失磁保護動作，跳發電機。

利用功率圓圖上的五個點設定保護曲線。保護曲線與P/Q限制器的限制曲線相似。但P/Q保護曲線在P/Q限制曲線基礎上左移5%到10%。由于同步發電機的穩定極限與機端電壓有關，P/Q保護曲線也與發電機端電壓成比例校正。發電機工作點超過保護曲線時，觸發定時器，經過可整定的延時后發出跳發電機命令。定時器延時啟動信號也可用于報警。

過激磁保護（V/Hz觸發器）

用于防止同步發電機和變壓器過磁通。過激磁保護首先根據發電機頻率和設定值計算出當前的機端電壓允許值，如果發電機實際電壓超過允許值，就會觸發定時器延時。在延時結束前，如果電壓仍沒有返回到允許值，則發出跳閘信號。

額定端電壓時凸極同步發電機的典型功率圓圖和對應的運行極限位置

定子電流限制器

該限制器用于防止發電機定子過熱，在過勵和欠勵側均有效。其工作原

理與最大勵磁電流限制器的工作原理相似。主要差別在于定子電流限制器沒有一個確定的最大定子電流限制值，當時間趨于零時，限制值理論上可趨于無限大（Imax=oo），通過適當的參數整定，可以得到接近于定子繞組最大允許熱能△Emax的反時限特性。

定子電流限制器分欠勵側和過勵側兩部分，其限制量均為定子電流的平

均值。當發電機過勵時，欠勵側定子電流限制器截止，反之亦然。通過檢測負載的功率因數，可保證定子電流限制器雙方向（過勵和欠勵）動作的正確性。顯然，定子電流限制器不能影響發電機的有功電流分量。如果發電機的有功電流分量高

于定子電流限制器的限制值，為避免誤動作，限制器會自動將發電機無功功率調整為零。

最大勵磁電流限制器和最小勵磁電流限制器

如果系統繼發故障，允許再次強勵，如果此時冷卻時間尚未結束，剩余能量達到△emax所需的時間（即在此強勵電流下允許運行的時間）比第一次強勵時間要短。如果冷卻時間已經結束（限制器復位），限制器將允許勵磁電流在強勵允許的正常時間段中保持在頂值水平，可以用外部信號干預過熱限制值Itherm，如表示發電機冷卻氣體的溫度信號，該信號可以被附加到過熱限制值Itherm上。

同步發電機正常運行過程中（無限制器動作），最大勵磁電流限制器的限制值是強勵頂值電流限制值Imax，即AVR可以在必要時提供強勵頂值電流。在系統故障需要強行勵磁來排除故障時，如果勵磁電流的實際值超過過熱限制值，調節器就會起動一個剩余功率積分器，將電流偏差值△i2（其中△i=Ifield-Itherm）對時間積分，其結果正比于勵磁繞組的加熱能量。如果勵磁電流持續高于過熱限制值，那么積分器的輸出∫△i2dt二△E將會增加。當積分器的輸出值超過

△Emax時，最大勵磁電流限制器的限制值將從Imax降低到Itherm。上述工作由過熱檢測器完成。當勵磁電流降到正常值以下后，剩余功率積分器啟動反向冷卻積分，按冷卻時間常數Tcooling降低其輸出。