新聞主題	斯坦福發電機勵磁系統和調節裝置工作原理

 

摘要：斯坦福無刷發電機是一種新型的電機類型，采用無刷電機技術，通過勵磁方式，實現了高效率、低噪音和穩定運行。斯坦福發電機總部設在英國，屬于康明斯公司旗下100%控股子公司。是世界交流發電機技術先導和首屈一指的生產商，交流4極5KW-3000KW發電機在世界市場上占有30％以上份額，在英國、印度、美國、印度尼西亞及中國設有生產廠，斯坦福發電機是在國際標準ISO9001要求中按多種國際標準制成。其中，設于中國的工廠為康明斯發電機技術（中國）有限公司，廠址位于江蘇省無錫國家高新技術產業開發區49號地塊。

 

一、工作原理

 

      斯坦福無刷發電機的勵磁原理基于永磁同步電機的工作原理。無刷發電機通過在轉子上裝配永磁體，使得發電機能夠產生恒定的磁場，從而實現自激勵。勵磁系統通過控制換相器，可以實時調整磁場的強度和方向，從而控制電機的運行狀態。

1、永磁發電機工作原理

      發電機工作時，永磁機定子輸出P2、P3、P4，電壓值約為130-150VAC之間，此電壓值輸入到穩壓板（AVR）的P2、P3、P4 端子，經AVR內部的二極管予以整流后，輸出×、××（空載時約8-9VDC）到電球的勵磁機定子線圈，勵磁機轉子線圈感應出交流電，經安裝在勵磁機轉子線圈上的6個二極管整流出直流。此直流電流到主轉子線圈，主轉子線圈在旋轉狀態下產生一個磁場，主定子線圈感應出交流電（如400VAC輸出）。

      當負載在瞬間增加或減小時，發電機的輸出電壓u、v、w會在瞬間相應降低或提高，P6、P7、P8為400VAC輸出的一半（抽頭電壓），P6、P7、P8反饋到AVR板，若負載增加，則P6、P7、P8在負載增加的瞬間會降低，AVR板會自動提高的×、××輸出值，使u、v、w提高到400VAC。

2、勵磁方式

      斯坦福無刷發電機的勵磁方式有多種選擇，包括恒功率勵磁、恒磁勵磁和恒流勵磁等。下面將詳細介紹這幾種勵磁方式的特點和適用場景。

（1）恒功率勵磁

      恒功率勵磁方式是通過保持輸出功率不變來控制勵磁電流的大小。在這種勵磁方式下，無刷發電機的輸出功率保持不變，但是電機的轉速可以根據負載情況進行調整。這種方式適用于負載波動較大的場景，如風力發電、電動汽車等。

（2）恒磁勵磁

      恒磁勵磁方式是通過保持磁場強度不變來控制勵磁電流的大小。在這種勵磁方式下，無刷發電機的磁場保持不變，但是輸出功率可以根據負載情況進行調整。這種方式適用于負載穩定的場景，如工業機械、家用電器等。

（3）恒流勵磁

      恒流勵磁方式是通過保持電流大小不變來控制勵磁磁場的強度。在這種勵磁方式下，無刷發電機的電流保持不變，但是電機的轉速和磁場強度可以根據負載情況進行調整。這種方式適用于負載要求變化較大的場景，如電動工具、無人機等。

 

二、調壓性能要求

 

      斯坦福發電機分為很多種，有單相或三相、四級、單支點或雙支點、陸用或船用等不同規格，可以根據自己的實際情況來選擇合適的發電機。發電機通常由定子、轉子、端蓋、電刷、機座及軸承等部件構成（外形如圖1所示）。可廣泛應用于工業、礦業、余熱發電、建筑、通訊、遠洋作業等各種領域，甚至在最惡劣的環境下，斯坦福發電機都能作為主電源或備用電源提供極可靠的電力。

1、穩態電壓變化值

      由調速特性符合要求的發動機驅動的交流發電機連同其勵磁系統（如圖2所示），應能在負載自空載至額定負載范圍內，且其功率因數為額定值情況下，保持其穩態電壓的變化值在額定電壓的±2.5%以內。應急發電機可為±3.5%以內。

2、瞬態電壓值

      交流發電機在負載為空載，轉速為額定轉速，電壓接近額定值的狀態下，突加和突卸60%額定電流及功率因數不超過0.4（滯后）的對稱負載時，當電壓跌落時，其瞬態電壓值應不低于額定電壓的85%；當電壓上升時，其瞬態電壓值應不超過額定電壓的120%，而電壓恢復到與最后穩定值相差3%以內所需的時間應不超過1.5s。應急發電機電壓恢復到與最后穩定值相差4%以內所需的時間，可不超過5s。

 

圖1  斯坦福發電機外形圖

圖2  同步發電機勵磁控制系統

 

三、調壓方式

 

1、自勵AVR控制的發電機

      主機定子通過SX440（或SX421）自動電壓調節器為勵磁機磁場提供勵磁源。自動電壓調節器簡稱AVR，是調節勵磁機磁場勵磁電流的控制裝置。AVR根據來自主機定子繞組的電壓感應信號作出反饋，通過控制低功率的勵磁機磁場，調節勵磁機電樞的整流輸出功率，從而達到控制主機磁場電流的要求。發電機的勵磁系統和調壓系統如圖3、圖4所。

（1）SX440調壓板

      AVR通過感應兩相平均電壓，確保較高的電壓調整率.除此之 外，它還監測發動機的轉速.如低于預選轉速（HZ）設定，則相應降低輸出電壓，以防止發動機低速時的過勵，緩減加載時的沖擊，以減輕發動機的負擔。

（2）SX421調壓板

      除了SX440調壓板的特點外，還具有三相均方根感應的特點.在與外部斷路器（裝在開關板上）一起使用時，它還提供過電壓保護。

 

圖3  斯坦福發電機自勵磁系統框圖

圖4  斯坦福發電機自勵磁調壓系統

 

2、永磁發電機（PMG）勵磁

      PMG系統提供一個與定子負載無關的恒定的勵磁電源，提供較高的電動機啟動承受能力，并不受由非線性負載（例如可控硅直流電動機民）產生的主機定子輸出電壓的波形畸變的干擾。

（1）MX341調壓板

      結構如圖5所示。AVR通過檢測二相平均電壓來確保較高電壓調整率，另外它還監測發動機轉速.如低于預選的轉速設定，則相應降低輸出電壓主，以防止發動機低速時的過勵，緩減加載時的沖擊，以減輕發動機的負擔.它還提供延時的過勵保護，在勵磁機磁場電壓過高的情況下對發電機滅磁。

（2）MX321調壓板

      結構如圖6所示。MX321調壓板除提供MX341調壓板具有的保護發動機的減荷特性外，還具有三相均方根檢測和過電壓保護的特點。

 

圖4 斯坦福發電機MX341電壓調節器

圖5  斯坦福發電機MX321電壓調節器

 

3、AVR附件

      SX440，SX421，MX341和MX321系列自動電壓調節器的內置回路若與附件連接使用，可使發電機在下”下垂”或”無靜差”控制，AVR（無功率）/PF（功率因素）控制下并聯運行；MX321自動電壓調節器還可提供短路電流限位控制。

 

四、斯坦福產品優勢

 

1、勵磁系統的優勢

      斯坦福無刷發電機采用勵磁方式的優勢在于以下幾個方面：

（1）高效率：勵磁系統可以根據負載情況實時調整磁場的強度和方向，從而提高發電機的效率。

（2）低噪音：無刷發電機棄用了傳統的刷子和換向器，減少了機械摩擦和電火花的產生，從而降低了噪音水平。

（3）穩定運行：勵磁方式可以根據負載情況自動調整電機的轉速和磁場強度，使得電機能夠在不同的負載情況下保持穩定的運行。

2、機械特性的優勢

（1）空?過濾器：作為任選件，可在發電機上裝備空?過濾器，但額定值下降5%。我們建議所有安裝空?過濾器的電機加裝定?繞組?溫報警裝置。

（2）軸和鍵：所有發電機轉?都經動平衡校驗，校驗振動?BS6861第1部分第2 5級中規定的最?值還要低。雙?點發電機帶半鍵校動平衡。

（3）過濾接套和聯軸器：發電機都具有單?點和雙?點兩種結構。接套和盤?聯軸器符合SAE標準，可以和所有帶SAE標準接?的柴油機配套。

（4）防護等級：所有斯坦福發電機都滿?IP23標準防護等級作為可選項可以向客戶提供IP44空冷防護的發電機，但建議所有IP44發電機加裝定?繞組?溫報警裝置。

（5）海拔和環境溫度：所有陸?發電機的額定功率均指海拔不超過1000?，環境溫度?于400C時的功率。若海拔超過1000?，每升?500?，功率下降3%; 海拔超過4000?時，請咨詢康明斯發電機廠家。環境溫度超過40時，每上升5，電機功率下降3%；當環境溫度超過600C咐，請和康明斯發電機??聯系并咨詢。

 

總結：

      斯坦福無刷發電機勵磁技術的應用給電機領域帶來了新的突破。通過勵磁方式，電機可以實現高效率、低噪音和穩定運行。無論是工業機械、家用電器還是新能源領域，斯坦福無刷發電機都表現出了巨大的潛力。未來隨著技術的進一步發展，無刷發電機將在更多領域得到廣泛應用。

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