发电机avr工作原理

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（Reduced Instruction Set Computer） 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。 1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。

发电机电压调节器简介

发电机电压调节器通过对发电机交流励磁机励磁电流的控制，实现对发电机输出电压的自动调节。发电机电压调节器可满足普通60/50Hz及中频400Hz单机或并列运行的发电机使用。电压调节器（简称AVR），是专门为配套基波、谐波复式励磁或装配有永磁发电机励磁（PGM系统）的交流无刷发电机而设计。

发电机电压调节器工作原理

由于发电机与发动机的传动比是固定的，所以发电机的转速将随发动机转速的变化而变化。汽车在运行过程中，发动机转速变化范围很大，发电机的端电压也将随发动机的转速变化而在很大范围内变化。发电机对用电设备供电和向蓄电池充电，都要求其电压稳定，所以为使电压始终保持在某一数值基本不变，就必须对发电机的输出电压进行调节。

发电机电压调节器基本分类：

（1）触点式电压调节器触点式电压调节器应用较早，这种调节器触点振动频率慢，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低，触点易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短，现已被淘汰。

（2）晶体管调节器

随着半导体技术的发展，采用了晶体管调节器。其优点是：三极管的开关频率高，且不产生火花，调节精度高，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点，现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型。

（3）集成电路调节器

集成电路调节器除具有晶体管调节器的优点外，还具有超小型，安装于发电机的内部（又称内装式调节器），减少了外接线，并且冷却效果得到了改善，现广泛应用于桑塔纳。奥迪等多种轿车车型上。

（4）电脑控制调节器

由电负载检测仪测量系统总负载后，向发电机电脑发送信号，然后由发动机电脑控制发电机电压调节器，适时地接通和断开磁场电路，即能可靠地保证电器系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动机负荷，提高燃料经济性。如上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器。

2．电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：（1）内搭铁型调节器

适合于与内搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为内搭铁型调节器；

明书中指定的调节器，如果采用其他型号替代，除标称电压等规定参数与原调节器相同外，代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同，否则，发电机可能由于励磁电路不通而不能正常工作。对于集成电路调节器，必须是专用的，是不能替代的。

发电机自动电压调节器AVR功能

1、发电机自动电压调节器AVR的主要功能是精确地控制和调节发电机的机端电压和无功功率，它对励磁电压快速作出反应，响应时间为几个毫秒。主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构成。

2、测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得到偏差;

·电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对测量等信号起综合放大作用;

3、移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲，改变导通角，从而控制可控硅的输出电压，以调节发电机的励磁电流。

明书中指定的调节器，如果采用其他型号替代，除标称电压等规定参数与原调节器相同外，代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同，否则，发电机可能由于励磁电路不通而不能正常工作。对于集成电路调节器，必须是专用的，是不能替代的。

发电机自动电压调节器AVR功能

1、发电机自动电压调节器AVR的主要功能是精确地控制和调节发电机的机端电压和无功功率，它对励磁电压快速作出反应，响应时间为几个毫秒。主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构成。

2、测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得到偏差;

·电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对测量等信号起综合放大作用;

3、移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲，改变导通角，从而控制可控硅的输出电压，以调节发电机的励磁电流。

AVR：自动电压调节器;FCR：励磁电流调节器;BFCR：后备励磁电流调节器;UG：发电机机端电压测量信号;IG：发电机定子电流测量信号;IF：励磁电流;

4、发电机励磁调节器（AVR）采用数字微机型，AVR中装设无功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳定器、V/H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护等单元;其附加功能包括转子一点接地保护、转子温度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴电压毛刺吸收装置等。

5、采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行，两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自动电路应能相互自动跟踪;当自动回路故障时能自动无扰切换到手动。CT，PT均为两路独立的输入回路。

发电机自动电压调节器AVR主通道1和主通道2之间的切换

这种励磁系统具有两个完全独立的调节器和控制通道（通道1及通道2）。两个通道完全相同，因此可以自由地选择通道1或通道2作为工作通道。备用的通道（不工作的通道）总是自动地跟踪工作通道。基本上，除了下述情况以外，通道的切换可以在任何时间进行：

◆如果工作通道检测到故障，将自动地紧急切换到第二个通道。而后，直到故障修复才可能再切回到故障通道。

◆如果不工作的通道故障，从工作通道到不工作通道的手动切换是不可能的。

◆若一个通道发生故障，发电机电压同时也发生动态扰动。然而，立即自动切换到不工作的通道，此不工作的通道不应当跟随发电机电压的动态扰动。为了防止这种情况的发生，不工作的通道相对缓慢地跟随发电机电压，并具有一段延时。

◆应当考虑到从工作通道向不工作通道的手动切换时相应的迟缓特性。直接跟随发电机的电压变化，则切换具有一个短的延时。这种方法在每一种场合都能达到无扰动切换。

发电机自动电压调节器AVR主通道自动/手动方式之间的切换

这种励磁系统的特点是每个主通道都有一个自动调节器（自动方式）和一个手动调节器（手动方式）。在自动方式中，发电机电压受到调节，因此，在发电机机端产生恒定的电压。另一方面，在手动方式中，发电机励磁（磁场电流）保持恒定，随着发电机负荷的变化，发电机励磁（磁场电流的设定点）必须手动调整，以使发电机电压不变。基本上，由于不工作的调节器总是跟随工作调节器，所以在任何时间运行方式之间的切换都是可能的。

发电机自动电压调节器AVR切换至紧急备用通道

除两个主通道之外，励磁系统还附加了两个紧急备用通道。与主通道的手动方式相类似的紧急备用通道，装有一个励磁电流调节器。除了励磁电流调节器之外，紧急备用通道还装有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲控制器。插入到主通道的过电压保护插件起后备保护作用。紧急备用通道的励磁电流调节器的作用与主通道的励

磁电流调节器是相仅是调节励磁电流同的。也就是紧急备用通道仅仅是调节励磁电流，而不是调节发电机电压。

紧急备用通道的励磁电流调节器自动地跟随主通道，因此，在主通道发生故障的情况下，自动进行无扰动切换。从主通道向紧急备用通道的手动切换只能由被授权的特殊操作人员进行。两个调节器的跟随调整使其能够切回到主通道。

叠加控制：无功功率调节器/功率因数调节器投入/退出

如果选择自动方式，并且发电机已连接到电网，就可以切换到无功功率调节器（Q）/功率因数调节器（cosPhi）。无功功率调节器（Q）/功率因数调节器（cosPhi）是电压调节器的上位调节器，并且在运行中只是缓慢地起作用。因此，电网的短时故障不会影响此上位调节器，而还是电压调节器在起作用。自动方式的所有限制器和原来一样起作用，如果需要的话可以控制电压调节器包括上位调节器。

无功调节器/功率因数调节器的特点是可以对其自身的给定点进行设置（给定点积分器）。当上位调节器断开时，给定点设置总是跟随实际值（当前的无功功率Q/当前的功率因数）。这就意味着发电机的运行点从电压调节器过渡到上位调节器不能立即起作用。而只是在上位调节器的设定点由HIGHER一升高/LOWER降低命令调整后，无功功率Q/功率因数也相应地改变。

失磁保护（P/Q）

发电机运行点在超出其稳定极限时，失磁保护动作，跳发电机。

利用功率圆图上的五个点设定保护曲线。保护曲线与P/Q限制器的限制曲线相似。但P/Q保护曲线在P/Q限制曲线基础上左移5%到10%。由于同步发电机的稳定极限与机端电压有关，P/Q保护曲线也与发电机端电压成比例校正。发电机工作点超过保护曲线时，触发定时器，经过可整定的延时后发出跳发电机命令。定时器延时启动信号也可用于报警。

过激磁保护（V/Hz触发器）

用于防止同步发电机和变压器过磁通。过激磁保护首先根据发电机频率和设定值计算出当前的机端电压允许值，如果发电机实际电压超过允许值，就会触发定时器延时。在延时结束前，如果电压仍没有返回到允许值，则发出跳闸信号。

额定端电压时凸极同步发电机的典型功率圆图和对应的运行极限位置

定子电流限制器

该限制器用于防止发电机定子过热，在过励和欠励侧均有效。其工作原

理与最大励磁电流限制器的工作原理相似。主要差别在于定子电流限制器没有一个确定的最大定子电流限制值，当时间趋于零时，限制值理论上可趋于无限大（Imax=oo），通过适当的参数整定，可以得到接近于定子绕组最大允许热能△Emax的反时限特性。

定子电流限制器分欠励侧和过励侧两部分，其限制量均为定子电流的平

均值。当发电机过励时，欠励侧定子电流限制器截止，反之亦然。通过检测负载的功率因数，可保证定子电流限制器双方向（过励和欠励）动作的正确性。显然，定子电流限制器不能影响发电机的有功电流分量。如果发电机的有功电流分量高

于定子电流限制器的限制值，为避免误动作，限制器会自动将发电机无功功率调整为零。

最大励磁电流限制器和最小励磁电流限制器

如果系统继发故障，允许再次强励，如果此时冷却时间尚未结束，剩余能量达到△emax所需的时间（即在此强励电流下允许运行的时间）比第一次强励时间要短。如果冷却时间已经结束（限制器复位），限制器将允许励磁电流在强励允许的正常时间段中保持在顶值水平，可以用外部信号干预过热限制值Itherm，如表示发电机冷却气体的温度信号，该信号可以被附加到过热限制值Itherm上。

同步发电机正常运行过程中（无限制器动作），最大励磁电流限制器的限制值是强励顶值电流限制值Imax，即AVR可以在必要时提供强励顶值电流。在系统故障需要强行励磁来排除故障时，如果励磁电流的实际值超过过热限制值，调节器就会起动一个剩余功率积分器，将电流偏差值△i2（其中△i=Ifield-Itherm）对时间积分，其结果正比于励磁绕组的加热能量。如果励磁电流持续高于过热限制值，那么积分器的输出∫△i2dt二△E将会增加。当积分器的输出值超过

△Emax时，最大励磁电流限制器的限制值将从Imax降低到Itherm。上述工作由过热检测器完成。当励磁电流降到正常值以下后，剩余功率积分器启动反向冷却积分，按冷却时间常数Tcooling降低其输出。