顧 輝

(中海工業(yè)有限公司立新船廠，上海 200124)

LSA50系列無刷同步發(fā)電機(jī)，是由法國 (LEROY－SOMER)利萊森瑪公司設(shè)計研發(fā)的產(chǎn)品，投產(chǎn)后，不斷改進(jìn)，在同類產(chǎn)品中始終保持技術(shù)領(lǐng)先地位。它廣泛應(yīng)用于高層民用建筑、鐵路、船舶、電信、軍工、油田和冷藏集裝箱等領(lǐng)域，我們國家也引進(jìn)了該項技術(shù)并投入了生產(chǎn)?，F(xiàn)在很多國內(nèi)外船舶的電站都裝備了該系列產(chǎn)品，我們也能經(jīng)常接觸到。

本文以LSA50系列440 V無刷同步發(fā)電機(jī)為例，介紹其勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和工作原理，分析該發(fā)電機(jī)在船舶應(yīng)用時遇到的可現(xiàn)場修復(fù)的勵磁系統(tǒng)元件故障，并舉例介紹常見故障檢測步驟。

1 系統(tǒng)構(gòu)成和功能原理

1)系統(tǒng)構(gòu)成。

LSA50系列無刷同步發(fā)電機(jī)實際上是由兩個發(fā)電機(jī)——主發(fā)電機(jī)之外，增加了1個勵磁發(fā)電機(jī)。LSA50無刷發(fā)電機(jī)原理圖見圖1，從圖1可以看出，其結(jié)構(gòu)簡單、明了。

2)功能和原理。

LSA50系統(tǒng)實際上也是一種按復(fù)合控制的自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)由電流疊加相復(fù)勵系統(tǒng)承擔(dān)，相復(fù)勵輸出電流的直流側(cè)用由半導(dǎo)體元件組成的電壓差信號控制電路進(jìn)行控制，自動地調(diào)節(jié)勵磁電流的大小。

自動調(diào)節(jié)勵磁裝置包括相復(fù)勵系統(tǒng)和自動電壓校正器 (AVR)兩部分組成。

(1)相復(fù)勵系統(tǒng)。因相復(fù)勵的輸出主要是供給勵磁機(jī)的勵磁繞組，它通過三相橋式整流后，經(jīng)13、14端子輸入到自動電壓校正器中，自勵與復(fù)勵分量經(jīng)電流疊加后供給勵磁機(jī)繞組。負(fù)載電流變動時，該勵磁機(jī)電流隨之變化，改變勵磁機(jī)電樞電壓，該電壓又經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管硅整流橋使主發(fā)電機(jī)勵磁繞組電流改變，實現(xiàn)電壓的校正。

(2)AVR部分。電壓差檢測電路，發(fā)電機(jī)的電壓信號由L1、L2、L3端子輸入AVR中，電壓差偏差信號經(jīng)比較、積分、放大比較后至可控硅觸發(fā)控制電路，最終根據(jù)檢測的電壓偏差大小與正負(fù)，能夠相應(yīng)的控制可控硅導(dǎo)通角α的大小，可控制發(fā)電機(jī)的勵磁電流大小，達(dá)到校正發(fā)電機(jī)端電壓的目的。

(3)無功功率平均分配裝置。

無功功率平均分配部分由電流互感器將L2相電流信號通過11、12端子引入到自動調(diào)壓器中，以便當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時，平衡無功分配用。

圖1 LSA50無刷發(fā)電機(jī)原理圖

2 LSA50系列無刷同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)性能

從以上可知，LSA50系列無刷同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)相復(fù)勵加自動電壓調(diào)節(jié)器，它具有一般相復(fù)勵的一切優(yōu)點。由于根據(jù)LSA50系列的設(shè)計，所以它又具有以下獨特的優(yōu)點。

1)發(fā)電機(jī)由于無碳刷、滑環(huán)，運行時無火花和碳粉的磨損，對保證發(fā)電機(jī)的絕緣電阻和防止對無線電的干擾有利。

2)勵磁機(jī)的勵磁采用相復(fù)勵系統(tǒng)，有較好的強(qiáng)勵能力，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。

3)勵磁裝置中的元件體積小，通用性強(qiáng)。

4)靜態(tài)恒壓精度高，動態(tài)性能好。

5)并聯(lián)運行穩(wěn)定性好，不需要連接均壓線，發(fā)電機(jī)并聯(lián)時電流分配均勻。

6)自動調(diào)壓裝置由分立元件組成，安裝于配電板內(nèi)，易檢查、易修理、可換性強(qiáng)、成本低。

3 故障分類檢測、分析

LSA50系列無刷同步發(fā)電機(jī)與任何產(chǎn)品一樣也會發(fā)生故障，以船上具體條件是否可現(xiàn)場修復(fù)，故障可分為不具備現(xiàn)場修復(fù)的繞組損壞故障和可現(xiàn)場修復(fù)的勵磁系統(tǒng)元件故障，下面就用故障樹形式來對LSA50發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)故障分類分析。

1)發(fā)電機(jī)無電壓見圖2。

2)發(fā)電機(jī)電壓過高，見圖3。

3)電壓不穩(wěn)定或異常波動，見圖4。

圖2 發(fā)電機(jī)無電壓分析圖

圖3 發(fā)電機(jī)電壓過高分析圖

圖4 電壓不穩(wěn)定或異常波動分析圖

4 故障舉例

1)某輪在進(jìn)廠修理期間，LSA50發(fā)電機(jī)進(jìn)廠維護(hù)保養(yǎng)修理，當(dāng)修理完畢對該系統(tǒng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗，啟動柴油機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后合上發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)調(diào)壓裝置開關(guān)時，發(fā)電機(jī)儀表電壓指示幾乎為0。

根據(jù)故障樹檢查法，發(fā)電機(jī)無電壓輸出，首先檢查各路保險絲，檢查結(jié)果，情況正常。打開發(fā)電機(jī)的接線盒，發(fā)現(xiàn)由于安裝工藝上的疏忽，勵磁發(fā)電機(jī)上轉(zhuǎn)子輸出至旋轉(zhuǎn)二極管之間的連線被金屬物損壞而斷開。于是，對其進(jìn)行連接處理固定，重新開啟了發(fā)電機(jī)，電壓指示仍為0。之后，檢查旋轉(zhuǎn)二極管確認(rèn)完好，再開啟發(fā)電機(jī)，并用12 VDC電瓶電加于15、16端子上時，電壓表反映出電壓值，但撤離12 VDC后，電壓表電壓再次跌落。此時，馬上斷定，發(fā)電系統(tǒng)沒有問題，故障應(yīng)該出在勵磁調(diào)壓系統(tǒng)上。

檢查自動調(diào)壓裝置 (AVR)，發(fā)現(xiàn)AVR內(nèi)部的保險絲已燒毀，更換保險絲，開機(jī)，AVR內(nèi)的工作指示燈一閃，保險絲又燒毀，因LSA50系列發(fā)電機(jī)用的自動調(diào)壓是由分立元件組成，可局部拆換，所以對該裝置內(nèi)部元件進(jìn)行逐一檢測，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部整流回路中的可控硅及整流管已壞損。根據(jù)分析判斷，當(dāng)勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子斷線后，由于該發(fā)電機(jī)有強(qiáng)勵作用，要起壓，此時，勵磁電流需要很大，而把元件毀壞，最終導(dǎo)致其內(nèi)部的保險絲燒毀。由于一時沒有備件可換，用備用的自動調(diào)壓裝置換上，重新開啟發(fā)電機(jī)，顯示電壓正常。測量15、16端子，電壓穩(wěn)定于11 VDC，由于此時發(fā)電機(jī)是空載運行，電壓沒有變化，AVR上測得L1、L2、L3端子電壓值為440 V，13、14端子為0，故障消除。

2)該輪在一次航行中，1臺發(fā)電機(jī)單機(jī)正常運行工作，另1臺發(fā)電機(jī)處于發(fā)電待機(jī)狀態(tài)，突然，待機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)電壓表為0。用電表檢測發(fā)電機(jī)的端電壓為15 V，船上電管人員馬上停機(jī)，根據(jù)本章1)敘述過程，檢查發(fā)電機(jī)的AVR，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部保險絲已經(jīng)燒毀，換上新的保險絲，重新開啟發(fā)電機(jī)時，情況如上所述一樣，AVR內(nèi)的工作指示燈一閃，保險絲又燒毀。為了使該機(jī)能馬上工作，船上電管人員換上了備用AVR裝置，其結(jié)果是AVR內(nèi)的保險絲燒毀，不能正常工作。

該船回航后馬上組織人員修理，按故障樹檢查法步驟逐步進(jìn)行檢查，最后對勵磁系統(tǒng)的相復(fù)勵電路進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)三相橋式整流模塊壞損，于是調(diào)換了新的三相橋式整流模塊，開啟發(fā)電機(jī)，電壓表顯示出正常電壓讀數(shù)，問題解決。根據(jù)以上情況發(fā)生的原因分析，由于元器件在使用過程中，會受到各種外加因素 (如電壓的突高、電流的突加)的影響，加上本身元器件的使用壽命原因，因此會發(fā)生意想不到的故障。

5 結(jié)束語

1)無刷勵磁系統(tǒng)是由相復(fù)勵及自動調(diào)壓裝置組成，處理LSA50系列440 V無刷同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)故障，要認(rèn)真分析故障現(xiàn)象，針對性地檢測或檢查元器件以及連接各元器件的回路。

2)自動調(diào)壓裝置 (AVR)電路主要是由整流主回路、電流檢測回路、比較控制回路3部分組成，排除原有電氣元件本身質(zhì)量上的原因造成損壞的可能性，在整塊AVR電路中，主回路和比較控制回路的工作頻率變化最大，其中主回路的整流橋和比較電路中的晶體管變動更頻，其損壞比例占整塊AVR損壞率的90%以上。所以要分析造成發(fā)電機(jī)AVR損壞的原因，盡可能避免AVR損壞是最重要的。只要使用得當(dāng)，AVR的使用壽命可以提高。

3)故障有其共性，但也有其個性，對待故障檢查分析與處理要有區(qū)別，絕不可盲目隨意替換備件，以免擴(kuò)大事故。

［1］叢培亭.船舶電站 ［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會.中國船舶修理新工藝新技術(shù)與修理質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)全書［M］.中國科技文化出版社，2007.