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Static Voltage Regulator 静态电压调节器用户手册要点.docx

1、Static Voltage Regulator 静态电压调节器用户手册要点发电机励磁静态电压调节器用户手册彭步峰2013年05月20日目 录1、简介 22、缩写 23、静态电压调节器的功能简图 44、SVR的输出 65、SVR的输入电源 76、调节器的额定值 77、SVR的工作电源 78、自动和手动调节器 89、自动调节器 810、传感器 811、手动调节器 912、转移电压表 913、激磁 914、故障电流维持 1015、保护功能 1016、接收和储存 1417、重量和尺寸(SVR模块) 1418、操作 1419、测量时的工作电源接地 1720、模块基础 1821、系统基础 2322、静态

2、电压调节器启动前的检查 2923、静态电压调节器离线检查 3324、静态电压调节器在线检查 3525、工厂测试操作指南 451、简介该手册介绍了静态电压调节器SVR,被广泛应用于工业和公用事业发电机的励磁控制。凡是使用了旋转励磁机、直流换向器或者无刷类型励磁机的发电机,都可以使用该调节器。该调节器能够非常容易的用于老式发电机的改造,或者用于新式发电机。使用旋转励磁机的发电机和机械设备,或者含有放大器的调节器,通过改造而使用SVR调节器,它们的性能将得到很大的改进。对于使用了旋转无刷励磁机的发电机,如果应用了SVR调节器,则可以获得最佳的操作性能。SVR调节器的输入电源可以是98-140Vac的

3、单相交流电,也可以是98-124Vac的三相交流电,或者是100-143Vdc的直流电。它的最大输出是在155Vdc时30A电流持续20秒。额定输出是100Vdc时20A持续电流。该调节器的基本原理是控制功率放大器开关晶体管。输入电流可以是厂用电、发电机输出端电压、宽频率的永磁发电机、站用蓄电池。2、缩写AC Regulator 自动调节器,调节发电机交流端电压AFNL 无载时的励磁电流BERG jumper 调节器线路板上的用于功能选择的跳线DCOM 直流电源的公共参考电压DC Regulator 手动调节器,调节励磁线圈电压Droop 用来并网发电机DVRC 调节器的URAL线路板EFAR

4、L 额定负载时励磁线圈电流EFVRL 额定负载时励磁线圈电压FAM 励磁电流KI 千安KV 千伏KVA 千伏安LDC 线路电压降低补偿器MOVA 马达操作的电压调节器(电动电位计)NEPF 调节器内包含功率器件的线路板NVRC 包含了手动自动调节器的线路板PMG 永磁发电机PPT 功率电压互感器PT 电压互感器pu 每单位SVR 静态电压调节器SVRA 不包含URAL线路板的调节器SVRB 包含URAL线路板的调节器TVM 转移电压表URAL 欠磁引起的电流限制VAR 乏V/Hz 伏/赫兹3、静态电压调节器的功能简图静态电压调节器的功能简图如图所示,通过功率晶体管的开关来调节方波的脉冲宽度,方

5、波“on”时间段的长度,决定了励磁电压的大小。如图所示,施加到励磁线圈的直流平均电压就是阴影部分的电能。(实际是DC-DC高频开关电源变换器技术)AVR就担当起了电压调节器功能的副励磁机。SVR主电路是由功率晶体管组成的DC-DC开关变换器。在发电机启动时,该电路结构允许SVR激磁,当交流输入故障时,通过燃机直流蓄电池后备电源,SVR持续不间断的供应励磁电源,参考图2所示的SVR结构简图。SVR既有自动调节器,也有手动调节器。所谓自动调节器,就是有它自己的功率晶体管控制SVR的输出,用来调节发电机的交流电压输出。所谓手动调节器,就是就是有它自己的功率晶体管控制SVR的输出,用来调节励磁机的励磁

6、电压。通过交流或直流功率晶体管组成的触点开关,既可以选择自动调节器,也可以选择手动调节器。该触点能用来开关大功率的感性负载,一个负载转移电压表提供了从一个调节器到另一个调节器的平滑转移。当自动和手动调节器的基本驱动都位于相同的平均的“on”时间段时,负载转移表的指针位于0V位置,运行人员可以切换开关,从手动调节器转移到自动调节器,也可以从自动调节器转移到手动调节器,但发电机的端电压没有任何变动。来自励磁线圈的电流反馈被用于稳定自动调节器,所有的功率晶体管都有基础驱动和控制电路。因此,调节器上的任何一个晶体管损坏都是可以修复的,在晶体管损坏时,故障晶体管被独立出来而调节器运行另外一只功率晶体管。

7、4、SVR的输出应用了开关电源技术的电源变换器控制的电压施加在励磁线圈上,变换器以大约250Hz的恒频进行着断开和关闭。通过控制变换器的断开和关闭时间,可以把不稳定的直流电源电压调节成稳定的直流电源电压。(见图3)做到以上所说的,是由位于NVRC线路板上的脉冲宽度调节集成电路及时响应差别信号,把调制的脉冲宽度施加在驱动晶体管和功率晶体管上完成的。DC-DC变换器的变换公式是Vout-Vin*(Ton/Ton+Toff),公式中Vout是指平均的励磁线圈电压,Vin是指不稳定的直流母线电压,大约是155V直流输入电源或是120V交流线电压的3相输入。在功率变换器处于断开时间内,旋转二极管(CR5

8、)向励磁线圈电流流动提供了通路,脉冲宽度调节集成电路也提供了电流限制的功能,以保护功率变换器和励磁定子线圈过电流。图3显示了两种不同电压等级的励磁电压波形。正是因为分别独立的脉冲宽度调节集成电路被分别应用于自动调节器和手动调节器,所以它们的开关频率是不一样的。5、SVR的输入电源SVR的输入电源,可以是永磁励磁机,厂用电,或者发电机变压后产生的从50-360Hz的98-124V的3相电源。虽然3相交流电源是首选,但是单相交流电源也可以使用,单相的电源电压应该在98-140V。通过发电机端的功率互感器提供的交流电压,SVR也能提供“黑启动”能力,或者从燃机蓄电池提供激磁,该电源要求125Vdc额

9、定电压,电压在100-143Vdc之间。永磁机也能提供“黑启动”能力。6、调节器的额定值调节器的额定输出电流是连续20A,30A可以持续30S,36A可以持续20S。最高励磁线圈电压是155Vdc,当使用115V三相交流输入电源时,在发电机额定负载时,调节器的电压在50-100Vdc之间。如果电压长时间高于100Vdc,那么励磁定子线圈要被重新连接成低电压大电流方式。如果调节器在没有负载时输出低于20Vdc的电压,要在无载励磁电压中增加一个串联电阻。7、SVR的工作电源SVR无需外部工作电源去操作位于NVRC和DVRC上的控制电路。其内部工作电源是相对于DCOM的+15V和-15V电源,而其输

10、入是50-230Vdc的电压。该输入直流电源来自于功率电路中的不稳定的直流母线电压,该电压在50-230Vdc间变动。位于NEPF线路板上的电压限制电路抑制输入电压在最大180Vdc内。实际上,该电源是在切割直流输入电压,把它变成交流电压,再通过隔离变压器把切割后的交流电压变成低压交流,隔离变压器二次侧的低电压通过矫正和调制,就变成了SVR需要的工作电源。8、自动和手动调节器SVR既有自动调节器,也有手动调节器。自动调节器调节发电机的交流输出电压。手动调节器调节励磁机的直流励磁电压。两种调节器都是通过调节脉冲宽度来调整SVR的输出电压。手动调节器通过控制SVR输出电压来调整励磁机的励磁电压。自

11、动调节器通过控制SVR的输出电压调节发电机端的交流电压。这两种调节器是互相独立的,因此,如果一个故障,另一个投入运行。运行人员或通过保护继电器,可以选择自动控制或手动控制。9、自动调节器自动调节器通过使用一个120V的PT电路来调节发电机的额定电压在85%-110%的范围内变化。自动调节器通过使用一个快速反应的电流稳定反馈来调节增益和稳定性设置。自动调节器可以在无载至满载的范围内调整发电机端电压变动在1%内。10、传感器SVR的发电机电压信号是通过单相或3相电压互感器获取的,电流信号通常取自B相。对于并网发电机、线路补偿发电机、还是URAL托管下的发电机,无论是使用单相还是三相传感器,都要保持

12、必要的相位关系。位于调节器线路板上的BJ2跳线应该根据传感器的类型选择为单相传感器或3相传感器。对于单相传感器,TB3的12和13(R66和R68)要被短接在一起。SVR模块要求CT传感器电路的容量至少30VA或更大,PT传感器电流的容量至少15VA或更大。11、手动调节器手动调节器提供了从15V-150Vdc范围内的调节幅度,可以调节励磁线圈电压在最大稳态励磁线圈电压的5%内。12、转移电压表使用转移电压表可以获得平滑的转移,TVM表就是自动调节器和手动调节器之间的切换开关。当转移电压表的读数为0时,自动调节器的输出电压和手动调节器的输出电压是相同的。这时,从手动调节器到自动调节器,既不会对

13、励磁造成影响,也不会造成发电机电压的改变。同样的,当TVM表的读数为0时,手动调节器的输出电压和自动调节器的输出电压相同时,从自动切换到手动调节器,既不会对励磁造成影响,也不会造成发电机电压的改变。13、激磁激磁通常是需要的,因为发电机的剩余电压不足以启动调节器并建立电压,如果SVR的电源输入是永磁机或者是无发电机并网但厂用电仍有电,那么运行调节器就能提供额定的励磁电流。通常做法是,使用手动调节器控制励磁线圈电压达到额定值。直接运行自动调节器将导致超速,调节器将适时响应并衰减至最小超速。如果SVR的交流输入电源来自于发电机,那么把燃机蓄电池的125Vdc电源接入到SVR是需要的,在125Vdc

14、电源的操作下,调节器可以给励磁线圈提供额定的励磁电流。当蓄电池提供的125Vdc电源连接到SVR模块时,蓄电池上任何对地电压也被接入到SVR模块的电源电路中,该电压也会出现在SVR控制电路中,如果系统中出现哪怕1秒的接地,因为蓄电池的地,任何情况(器件损坏、人身伤亡)都可能发生。14、故障电流维持当需要发电机故障电流维持时,励磁将自动的从直流输入电源获取(例如125Vdc的站用蓄电池),见图1。交流输入电压经整流后的直流电压通常高于母线电压及直流电源输入电压。因此,当交流电压降低时,作为一个故障,在中断时期,直流输入电压代替交流输入电压。尽管中断很罕见,并通常要5-10个周期由蓄电池供电,故障

15、维持并不依赖厂用电的交流电源。因为该电源经常随发电机的端电压下降。如果交流输入电源来自永磁发电机,故障电流维持就不需要了,48Vdc或125Vdc输入电源就不需要了。15、保护功能当励磁处于自动调节器控制下工作时,SVR能提供几种保护功能,当处于手动调节器控制下工作时,仅能提供一种电流限制保护功能。15.1、低频保护功能SVR有低频限制功能,当发电机的每频率的电压值超过原有电压的设定值时,低频保护功能将造成自动调节器减少同步机械的励磁电压,在设定频率以上时,低频保护功能不动作。在手动调节器状态时,该保护功能不起作用。通过修改进入电压调节器的故障信号电路。就能让低频限制保护动作,而这就能造出调节

16、器的输出电压下降。类似于额定电压下降增加频率。该电路不是闭环。因此不能调节单位频率下的单位电压。当传感器信号丢失时,低频保护电路被禁止。当传感器信号丢失时,进入电压调节器的频率就变成0。在0频率下,低频电路就造成调节器跳闸。当调节器检测到非常低的发电机端电压时,通过禁止低频电路,调节器就根据需要满量程输出。设置频率可以通过NVRC线路板的R8来设置,该频率可以在43.11Hz至511Hz的范围内调节。15.2励磁电流限制在自动调节器控制下,SVR调节发电机的端电压最高到设定励磁电流限制下的值,该值不能再增加了。励磁电流超过了限值就进入了不稳定状态。在手动调节器控制下,该值同样不能再增加了,仅能

17、在励磁电流限定值以下。励磁电流限制是瞬间发生的,这是标准的SVR功能。有两个电流限制范围,在9-36A范围内称为高限定值。在3-9A范围内称为低限定值。不推荐运行人员使用超过20A的电流限定值。电流限制功能可以很方便的使用一个电压来实现,该电压低于自动或手动脉冲宽度调节电路的电流限制输入部分,即R2电阻上,调整R2即可。当在自动调节器下运行时,电流限制值一定要设置。当在手动调节器下运行时,电流限制值一定要被核查。根据实际的励磁线圈来设定限制电流值是个好办法。因为不需要使励磁线圈过热或造成发电机过电压。对于自动调节器。该值要在设定值的10%以内。因为电流限制功能,当使用一个电阻器作负载时,电压调

18、节器的运行变的不可预测。原因是在电阻性负载时,瞬时电流等于V/R。这里的V等于SVR整流桥上的电压。当输入为3相120V时,约等于150Vdc。如果电流限制值低于V/R。那么在没有电流限制的情况下从调节器模块上就没有电压能施加到励磁线圈上。因为这些原因,在调整电流限制值时,需要使用一个电感线圈串联在电阻上,电感要足够大,理想的情况是电感和电阻值和励磁线圈相同。15.3使用并列发电机/线路电压降低补偿器当发电机的负载都是感性负载时,并网发电机总数量的改变将导致发电机电压降低。当滞后相位B-N的4A电流流过NEPF线路板上CT电流转换为电压的电阻时,经过最大补偿器调整过的电路,将造成发电机电压下降

19、约20%,这种调整范围在0-20%。针对感性负载,LDC将增大发电机电压。通过BJ3和BJ4跳线来选择调节器模式,要么是Droop模式,要么是LDC模式。见图4。Droop或者LDC是标准配置功能,当发电机和其它发电机并列运行时,Droop能使VAR负载趋向稳定。而LDC被用来调节电压和电网上的电压相同。调节器可以设置为Droop功能,也可以设置为LDC功能。但不能同时都设置。该功能也仅能工作于自动调节器的控制下。15.4信号丢失后的强制功能当信号丢失的时候,自动调节器将提供最大输出电压,传感器电压是和参考电压相比较的。当传感器电压低于参考电压时,(例如信号丢失)。最大的输出电压将提供给励磁线

20、圈。该功能优先于低频保护功能。在信号丢失时,造成频率为0并限制调节器的输出。该功能是标准功能。15.5欠磁引起的电流限制URAL欠磁引起的电流限制保护是个可选功能,URAL将限制由同步机械产生的超前无功功率,URAL有一个圆形限制功能,该功能仅工作于自动调节器控制下。通过增加DVRC线路板,就能使用URAL功能。URAL是一个接管调节器,当发电机的运行越过限制线时,URAL就会从自动调节器接管控制功能。在NVRC线路板,驱动励磁上升是为了运行在限制线以上。URAL限制发电机输出曲线的欠磁部分操作。URAL的中心点(C)和半径(R)被用来建立限制线。当发电机的电枢电流增加时,中心点(C)和电枢电

21、流(I)是额外的矢量。当中心点(C)和电枢电流(I)的矢量和大于或等于半径(R)时,URAL调节器将控制励磁电压。URAL的中心点(C)和半径(R)是交流电压量,半径(R)是2相电压的百分比。中心点(C)也是2相电压的百分比,但是比半径小。信号电压的矢量图见图2。可以看到,电压V2滞后于CT 90(CT指的是Z-N相)。如果我们把发电机的运行看作是欠励的同步电容器。就很容易理解矢量的加法了(电流超前电压90)。中心电压的矢量和加上来自CT的电压是同相的。也就是,如果VTP1=2V,来自于CT的电压CT=1V,它们相加后结果是3V。如果机械作为同步机过励磁运行,矢量相加后结果是1V。当继续提供了

22、满功率因数时,加法要重视来自于机械以外的有源元件的电流形成的90的相位移结果。电压和电流相加的结果通过URAL线路板来矫正,该结果也可以通过TP3来测量,半径电压通过和VTP3比较并且被矫正。如果VTP3大于被矫正过的半径电压、VRP7,同时URAL限制起作用,同时URAL控制自动调节器,那么VTP6的电压是-15V,VTP5的电压就是矫正过的自动调节器电压。如果CT的极性颠倒,那么发电机与其运行在超前功率因数,不如运行在滞后功率因数,所以URAL将运行。当限制起作用时,URAL将造成励磁线圈的电流增加,同时造成发电机进一步过励磁,这将非常可能造成发电机过电流而跳闸。16、接收和储存一旦接收到

23、设备,就应该仔细检查设备,以确认设备是否在运输途中损坏,或者在拆除包装物时损坏。如果损坏而有明显的费用发生时,应该立即向运输公司索赔,并立即通知就近的GE办事处。如果设备因暂时不用而没有立即拆除包装物,则应该存放于一个干净、干燥且受保护的地方。需要特别注意的是,应避免把设备存放于工程的施工现场。不要存放到一个潮湿的地方。17、重量和尺寸(SVR模块)重量:29磅尺寸:11.76x16.10x7.73(英寸)(WxHxD)18、操作如要获得SVR模块更为详细的说明,参考模块元件章节。线路板的接线端子名称连接到连接到TB1-1AC1ac input,Phase A交流输入,A相TB1-2AC2ac

24、 input,Phase B交流输入,B相TB1-3AC3ac input,Phase C交流输入,C相TB2-1DC2dc input,Output(-125)直流输入(-125)TB2-2DC1dc input,Output(+125)直流输入(+125)TB2-3F1Field Output(+)励磁输出(+)TB2-4F2Field Output(-)励磁输出(-)TB2-543C143 Relay Center Pole43继电器公共端TB2-643C343 Relay (ac)43继电器(自动)TB2-743C243 Relay (dc)43继电器(手动)TB2-8PS1Power

25、 Supply Input(H)工作电源输入(高)TB2-9PS2Power Supply Input(L)工作电源输入(低)TB3-1P15-15 volts from Power Supply工作电源的-15VTB3-2DCOMCommon from Power Supply工作电源的公共端TB3-3N15+15 volts from Power Supply工作电源的+15VTB3-490P1Ac Regulator Potentiometer自动调节器电位计TB3-590P2Ac Regulator Potentiometer自动调节器电位计TB3-6UnusedTB3-770P1Dc

26、 Regulator Pot(+)手动调节器电位计(+)TB3-870P2Dc Regulator Pot Wiper手动调节器电位计TB3-970P3Dc Regulator Pot(-)手动调节器电位计(-)TB3-10TVM1Transfer Voltmeter Output(+)转移电压表输出(+)TB3-11TVM2Transfer Voltmeter Output(-)转移电压表输出(-)TB3-12PT3Generator Voltage Sense Ph.C.发电机电压信号C相TB3-13PT2Generator Voltage Sense Ph.B.发电机电压信号B相TB3-

27、14PT1Generator Voltage Sense Ph.A.发电机电压信号A相TB3-15CT2Generator Current Sense(-)发电机电流信号(-)TB3-16CT1Generator Current Sense(+)发电机电流信号(+)TB3-17GNDNo Connection没连接TB3-18GNDEarth Ground接地把电源加入到SVR之前,要测量TB2-1和TB2-2端子对地绝缘,如果存在接地故障,要排除。需要注意的是,站用蓄电池可能有一些类型的接地,哪怕系统中有1秒的接地,也会造成调节器的损坏。18.2、跳线在NVRC线路板上有4个跳线接口,在DV

28、RC线路板上有2个跳线接口,对于你的应用,仔细核查并确认跳线在正确的位置。NVRC线路板(SVR调节器的基本线路板)BJ1:选择高或低的励磁电流反馈速度,短接6.81K电阻将增大反馈,把跳线置于“H”位置,将使励磁电流大于8A。BJ2:选择三相传感器或者单相传感器。如果使用三相传感器,则把R101短接。当使用单相传感器时,把跳线置于1的位置。当使用三相传感器时,把跳线置于3的位置。BJ3/BJ4:发电机要并网运行时,跳线置于D位置。发电机用于线路补偿时,跳线置于L位置。DVRC线路板(URAL)BJ1:URAL的增益,分别是低、中间、高三个位置。BJ2:URAL的持续积分时间。18.3、电位计

29、(可调电阻器)NVRC线路板有6个电位计R2 电流限制调整R3 超前调整R4 自动调节器增益调整R5 滞后调整R7 Droop/LDC调整R8 低频限制调整DVRC线路板有3个电位计R1 中心调整R2 半径调整R3 增益调整对于所有电位计,顺时针方向调整则增大功能,逆时针方向调整则减少功能。18.4、测试点提供测试点是为了能顺利调试SVR或检修SVR。NVRC测试点:测试点功能电压信号类型TP1Droop/LDCdcTP2低频率dcTP3自动调节器故障信号dcTP4超前调整dcTP5滞后调整dcTP6手动电压反馈信号dcTP7B相交流电压acTP8自动电压反馈信号dcTP9自动电流反馈信号ac

30、DVRC测试点测试点功能电压信号类型TP1URAL中心ac B相TP2URAL半径ac B相TP3中心+半径dc 矫正V2+I2TP4URAL信号dcTP5URAL输出dcTP6URAL激活dc -15V控制URALTP7URAL半径dc 矫正V2不要把仪表和地直接连接到SVR电源的公共端,不合适的使用仪表可能导致仪表和SVR模块损坏,或人身伤害。按下面的正确步骤去做。下面描述了SVR工作电源公共端的接地。19、测量时的工作电源接地在SVR调节器上,为了使用接地的仪表进行电压测量,必须让调节器的电源接地,以保护人身和设备的安全。调节器的电源公共端没有接地之前,从公共端到地的任何电压都要拆除。这是因为,SVR调节器电源的公共端被连接到负极端,该负极就是由CR2、CR3、CR4组成的整流桥产生的直流负极。当站用蓄电池被连接到SVR调节器时,那么整流桥产生的直流负极和蓄电池的负极就连接在一起了。通常情况是,因为站用蓄电池的绝缘对地检测装置,造成了蓄电池负极对地电压大约为-60至-70Vdc。如果是这种情况,那么调节器电源的公共端针对蓄电池的地,也有相同的电压。那么就需要拆除站用蓄电池输入到SVR调节器的直流电源。当SVR调节器运行在120Vac交流输入时,输入到SVR调节器的交流电源要隔离,这可能也不构成一个问题。当拆除了任何已知的

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