概述維持供電電壓的穩(wěn)定是保證供電質(zhì)量的主要措施之一。然而，電網(wǎng)電壓是會經(jīng)常變化的，船舶電網(wǎng)電壓波動比陸上大電網(wǎng)電壓波動更為嚴重，其電壓是否穩(wěn)定取決于發(fā)電機的自動勵磁調(diào)整裝置（自動電壓調(diào)節(jié)器）性能。勵磁控制系統(tǒng)是發(fā)電機的重要組成部分，它的主要任務(wù)是根據(jù)發(fā)電機的各種運行狀態(tài)，向發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)提供一個可調(diào)的直流電流，以穩(wěn)定發(fā)電機的輸出電壓。性能優(yōu)良、可靠性高的勵磁系統(tǒng)是保證發(fā)電機安全發(fā)電，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性所必須的。引起電網(wǎng)電壓波動的主要原因是負載變動。負載電流幅值變化或負載性質(zhì)變化都將引起發(fā)電機的電樞反應(yīng)發(fā)生變化，從而引起發(fā)電機端電壓的變化。船舶負載多是感性的，且變化無規(guī)律。

14.1自動電壓調(diào)整的基礎(chǔ)知識14.1.1自勵恒壓裝置的作用1）自勵起壓

依靠剩磁可在發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速時，能建立額定空載電壓。同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流，是由三相輸出電壓經(jīng)整流而形成，這就是自勵；起勵電流在二極管死區(qū)電壓內(nèi)不能導(dǎo)通，故轉(zhuǎn)子要有剩磁外，還要有起壓措施。2）維持電力系統(tǒng)電壓基本恒定

當負載大小和負載性質(zhì)變化時，能自動保持電壓基本恒定。影響電壓因素：電樞反應(yīng)、內(nèi)阻壓降。所以需恒壓裝置來相應(yīng)地調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機的端電壓基本恒定。3）合理穩(wěn)定地分配并聯(lián)運行發(fā)電機間無功功率

并聯(lián)運行的機組，如果無功功率不按各自容量成比例分配，將造成發(fā)電機間的電勢不等，就有無功環(huán)流產(chǎn)生。返回圖14-1船舶電力系統(tǒng)電壓暫態(tài)調(diào)整特性曲線基于船舶工作環(huán)境的特殊性，對自動勵磁調(diào)整裝置的基本要求是：簡單可靠；靈敏度高而穩(wěn)定；保證電壓為給定水平；具有一定的強行勵磁能力；合理地分配無功功率以及充分地考慮經(jīng)濟等方面的因素。14.1.2自勵恒壓裝置的基本要求14.1.2自勵恒壓裝置的基本要求1）靜(穩(wěn))態(tài)和動態(tài)特性⑴.靜(穩(wěn))態(tài)電壓調(diào)整的要求當負載在一定范圍內(nèi)變化時，在不同的負載下，調(diào)壓器應(yīng)保證穩(wěn)定狀態(tài)時的電壓在允許的范圍內(nèi)。靜態(tài)電壓調(diào)整率：《船規(guī)》空載到滿載，功率因數(shù)為額定值時，主發(fā)電機≤±2.5%；應(yīng)急發(fā)電機≤±3.5%⑵.動態(tài)電壓調(diào)整要求：大負荷突變時，能使電壓在允許的范圍內(nèi)。瞬時電壓調(diào)整率：

《船規(guī)》突加/減50%額定電流及功率因數(shù)不超過0.4（滯后）對稱負載時，動態(tài)電壓變化率應(yīng)≤±15%，恢復(fù)時間≤1.5秒。2）強行勵磁要求自動電壓調(diào)整裝置在電壓突然大降時，使勵磁電流升高至超過額定狀態(tài)的最大值。目的：⑴.保證系統(tǒng)運行；⑵.選擇性保護裝置準確動作。強行勵磁能力用強行倍數(shù)表示：一般為2.3）無功功率的合理分配保證并聯(lián)運行發(fā)電機能最大限度地發(fā)揮其功效（不會一臺過載，另一臺仍有很大的余量）。《船規(guī)》當負載在總額定功率20～100%范圍變化時，應(yīng)能穩(wěn)定運行。功率分配誤差應(yīng)符合：實際承擔無功功率與按額定功率分配比例的計算值之差，應(yīng)不超過下列的較小者。（1）最大發(fā)電機額定無功功率的±10%。（2）最小發(fā)電機額定無功功率的±25%1.按發(fā)電機電壓偏差調(diào)節(jié)發(fā)電機在運行中,由于某種原因使得發(fā)電機輸出電壓與給定的電壓出現(xiàn)偏差時,調(diào)節(jié)器將根據(jù)偏差電壓的大小和極性輸出校正信號,對發(fā)電機勵磁電流進行調(diào)節(jié)。由于被檢測量和被調(diào)量都是發(fā)電機端電壓，恒壓裝置與發(fā)電機構(gòu)成一個

閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)特性比較好，靜態(tài)電壓調(diào)整率一般均在土1％以內(nèi)。晶閘管自勵恒壓裝置屬于這種類型。4）自動恒壓裝置的分類及調(diào)壓原理2.按負載電流If和功率因數(shù)調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓的波動,是由于負荷的變化和故障所引起。如果被測量是發(fā)電機的負載電流If及功率因數(shù)。再經(jīng)調(diào)壓器去調(diào)節(jié)勵磁電流來穩(wěn)定發(fā)電機電壓。這時被測量和被調(diào)量不同，故構(gòu)成一個開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，靜態(tài)特性比較差，但動態(tài)特性較好。不可控相復(fù)勵自勵恒壓裝置屬于這種類型。分類方法：通常3種：①.按直流勵磁電流獲取方式分；②.按自動調(diào)壓作用原理分；按勵磁電流分：1.直流勵磁機他勵；2.靜止自勵（不是旋轉(zhuǎn)的，大功率半導(dǎo)體整流元件，有刷同步發(fā)電機）；3.交流勵磁機他勵（無刷同步發(fā)電機）。按調(diào)壓作用分：1.按電壓偏差（負反饋）進行調(diào)節(jié)。靜態(tài)精度高、動態(tài)特性差；2.按負載（擾動）進行調(diào)節(jié)。動態(tài)性能好、及時，靜態(tài)精度較差、精度低；3.復(fù)合調(diào)節(jié)（按負載擾動為基礎(chǔ)，同時采用AVR按電壓偏差）。動靜態(tài)性能都較好，結(jié)合兩者優(yōu)點。主要類型：不可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng)、晶閘管（可控硅）自勵恒壓勵磁系統(tǒng)、可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng)、無刷發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

4）自動恒壓裝置的分類及調(diào)壓原理

相復(fù)勵：既反映電流的大小，也能反映電流相位的（同步發(fā)電機）勵磁電路稱為相位復(fù)勵線路，簡稱相復(fù)勵線路。

發(fā)電機輸出電壓變化原因：1.輸出電流大小變化（電樞反應(yīng)程度變化）；2.輸出電流相位變化（電樞反應(yīng)性質(zhì)、或分量變化）。

恒壓的方法：勵磁電流根據(jù)輸出電流的大小和相位的變化進行相應(yīng)的調(diào)整、控制。

特點：①.動態(tài)性能優(yōu)良，能在惡劣環(huán)境下可靠工作；

②.靜態(tài)精度較差（由于同步發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性非線性，相復(fù)勵線路不能完全準確按調(diào)節(jié)特性來調(diào)節(jié)勵磁。∴相復(fù)勵尤其是不可控相復(fù)勵線路的靜態(tài)精度較差）。

類型：較多，通常可歸納為三種方式：——①.按電流疊加；②.電磁疊加；③.按電勢疊加。相復(fù)勵自勵恒壓裝置14.2不可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng)

圖14-4不可控相復(fù)勵線路①.按電流疊加；②.電磁疊加；③.按電勢疊加。同步發(fā)電機按其勵磁方式可分為他勵和自勵的兩大類。他勵同步發(fā)電機的勵磁電流是由同步發(fā)電機本身之外的單獨電源供電，通常是由一小容量的同軸勵磁機供電。目前在船舶中普遍使用的是帶交流勵磁機，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流橋的他勵發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，稱為無刷同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，如圖所示。

自勵同步發(fā)電機的勵磁電流，是由同步發(fā)電機本身的定子交流電，通過靜止的整流元件供給．自勵同步發(fā)電機自勵回路的單相原理圖，如圖14-2所示。自勵同步發(fā)電機的自勵起壓特性曲線，如圖14-3所示。

其中曲線1為同步發(fā)電機的空載特性曲線曲線2為自勵回路的理想勵磁特性曲線

圖14-2自勵同步發(fā)電機自勵回路的單相原理圖圖14-3自勵起壓特性曲線過程：發(fā)電機轉(zhuǎn)動，依靠剩磁可產(chǎn)生很小的剩磁電壓，如果接線正確，流過勵磁繞組的微小勵磁產(chǎn)生的磁通方向與剩磁磁通方向相同，電樞繞組感應(yīng)的電勢增強，于是出現(xiàn)正反饋，如果勵磁回路電阻足夠小，正反饋的作用將繼續(xù)下去，直到磁路飽和，電勢穩(wěn)定在一個確定的數(shù)值上。條件：1.有剩磁（若無，應(yīng)可充磁）；

2.接線正確（勵磁與剩磁同向）；

3.場阻線與空載特性有一個確定的交點（勵磁電路電阻適當）。1）自勵起壓基本原理同步發(fā)電機建立正?？蛰d電壓后，在船舶主開關(guān)合閘帶負載時，由于電樞反應(yīng)的去磁作用和內(nèi)部阻抗壓降，其端電壓必然要降低，如圖14-5發(fā)電機外特性中曲線1所示。因此，必須采用恒壓措施。既然是負載電流變化引起了發(fā)電機端電壓的變化，因而也就可以利用進行復(fù)式勵磁的方法，以附加勵磁電流來調(diào)整。2）不可控相復(fù)勵恒壓的基本原理圖14-6復(fù)式勵磁

圖14-7電流疊加相復(fù)勵調(diào)壓圖14-8相復(fù)勵矢量圖圖14-9電磁迭加相復(fù)勵圖14-10電勢迭加相復(fù)勵返回圖14-5外特性曲線

圖14-6復(fù)式勵磁

返回圖14-7電流疊加相復(fù)勵調(diào)壓圖14-8相復(fù)勵矢量圖返回圖14-9電磁迭加相復(fù)勵圖14-10電勢迭加相復(fù)勵14.2.2電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置

返回假設(shè)發(fā)電機磁路不飽和，發(fā)電機轉(zhuǎn)速恒定，則相復(fù)勵的控制規(guī)律就可用下式表示圖14-11是電流疊加相復(fù)勵裝置原理圖。圖14-12為單相電流疊加相復(fù)勵等值電路圖返回圖14-11電流疊加相復(fù)勵裝置原理圖返回圖14-12單相電流疊加相復(fù)勵等值電路圖

圖14-13是勵磁電流的相量圖。圖14-13勵磁電流的相量圖14.2.3電磁疊加的相復(fù)勵自勵恒壓裝置

圖14-14所示為電磁疊加的相復(fù)勵自勵恒壓裝置。該裝置共有三套繞組，又稱為三繞組相復(fù)勵變壓器。返回相復(fù)勵裝置的調(diào)試:1、發(fā)電機空載電壓,可通過調(diào)節(jié)電壓分量來調(diào)整?？蛰d電壓偏低時：1）減少電抗器的匝數(shù)以降低電抗值；2）增大電抗器的氣隙以減少電抗值。2、發(fā)電機帶負載后電壓,可通過調(diào)節(jié)電流分量來調(diào)整。1)負載電壓偏低時：減少電流互感器副邊匝數(shù)來增大變比K,其磁勢平衡方程式為：圖14-14電磁迭加相復(fù)勵自勵恒壓裝置14.2.4帶電壓曲折繞組的相復(fù)勵系統(tǒng)

有電壓曲折繞組相復(fù)勵自勵恒壓裝置的原理接線圖，如圖14-15所示，該裝置與前述三繞組相復(fù)勵裝置相比，該裝置的TE中又多了一套繞組N4，因此該裝置又稱為四繞組相復(fù)勵變壓器。繞組N4稱為電壓曲折繞組。N4與N1在同一個三相鐵芯柱A、B、C上，N1的三相A,B,C分別與N4的三相B、C、A反接串聯(lián)。它的聯(lián)接規(guī)律是N1總是與滯后相鐵芯柱上的N4反接串聯(lián)。電壓曲折繞組N4的作用是進一步加強功率因數(shù)變化時的相位補償,以提高調(diào)壓器的靜態(tài)調(diào)整特性（使其在±2.5%之內(nèi)）

。返回圖14-15帶有電壓曲折繞組相復(fù)勵自勵恒壓裝置的原理圖組成原理：圖12-2-1電流互感器CT測量輸出電流大小，輸出電壓經(jīng)電抗器x移相90°后，再進行電流疊加，經(jīng)過整流后得到直流勵磁電流。勵磁電流大小分析：復(fù)勵線路單線圖如圖12-2-2。將勵磁回路直流電阻等效到交流側(cè)（用三相電阻代替實際直流電阻），可得一相等效電路（圖12-2-3）。由電路