利萊森瑪 (LSA50)系列無(wú)刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障分類分析

顧 輝

(中海工業(yè)有限公司立新船廠，上海 200124)

LSA50系列無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，是由法國(guó) (LEROY－SOMER)利萊森瑪公司設(shè)計(jì)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(guó)家也引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)并投入了生產(chǎn)?，F(xiàn)在很多國(guó)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(wú)刷同步發(fā)電機(jī)為例，介紹其勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，分析該發(fā)電機(jī)在船舶應(yīng)用時(shí)遇到的可現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的勵(lì)磁系統(tǒng)元件故障，并舉例介紹常見(jiàn)故障檢測(cè)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(wú)刷同步發(fā)電機(jī)實(shí)際上是由兩個(gè)發(fā)電機(jī)——主發(fā)電機(jī)之外，增加了1個(gè)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。LSA50無(wú)刷發(fā)電機(jī)原理圖見(jiàn)圖1，從圖1可以看出，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、明了。

2)功能和原理。

LSA50系統(tǒng)實(shí)際上也是一種按復(fù)合控制的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)由電流疊加相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)承擔(dān)，相復(fù)勵(lì)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(hào)控制電路進(jìn)行控制，自動(dòng)地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小。

自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置包括相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)和自動(dòng)電壓校正器 (AVR)兩部分組成。

(1)相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)。因相復(fù)勵(lì)的輸出主要是供給勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組，它通過(guò)三相橋式整流后，經(jīng)13、14端子輸入到自動(dòng)電壓校正器中，自勵(lì)與復(fù)勵(lì)分量經(jīng)電流疊加后供給勵(lì)磁機(jī)繞組。負(fù)載電流變動(dòng)時(shí)，該勵(lì)磁機(jī)電流隨之變化，改變勵(lì)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(lì)磁繞組電流改變，實(shí)現(xiàn)電壓的校正。

(2)AVR部分。電壓差檢測(cè)電路，發(fā)電機(jī)的電壓信號(hào)由L1、L2、L3端子輸入AVR中，電壓差偏差信號(hào)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(cè)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(lì)磁電流大小，達(dá)到校正發(fā)電機(jī)端電壓的目的。

(3)無(wú)功功率平均分配裝置。

無(wú)功功率平均分配部分由電流互感器將L2相電流信號(hào)通過(guò)11、12端子引入到自動(dòng)調(diào)壓器中，以便當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，平衡無(wú)功分配用。

圖1 LSA50無(wú)刷發(fā)電機(jī)原理圖

2 LSA50系列無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)性能

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

1)發(fā)電機(jī)由于無(wú)碳刷、滑環(huán)，運(yùn)行時(shí)無(wú)火花和碳粉的磨損，對(duì)保證發(fā)電機(jī)的絕緣電阻和防止對(duì)無(wú)線電的干擾有利。

2)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁采用相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)，有較好的強(qiáng)勵(lì)能力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。

3)勵(lì)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(dòng)態(tài)性能好。

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

6)自動(dòng)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(cè)、分析

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

1)發(fā)電機(jī)無(wú)電壓見(jiàn)圖2。

2)發(fā)電機(jī)電壓過(guò)高，見(jiàn)圖3。

3)電壓不穩(wěn)定或異常波動(dòng)，見(jiàn)圖4。

圖2 發(fā)電機(jī)無(wú)電壓分析圖

圖3 發(fā)電機(jī)電壓過(guò)高分析圖

圖4 電壓不穩(wěn)定或異常波動(dòng)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(duì)該系統(tǒng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，啟動(dòng)柴油機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后合上發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)壓裝置開(kāi)關(guān)時(shí)，發(fā)電機(jī)儀表電壓指示幾乎為0。

根據(jù)故障樹(shù)檢查法，發(fā)電機(jī)無(wú)電壓輸出，首先檢查各路保險(xiǎn)絲，檢查結(jié)果，情況正常。打開(kāi)發(fā)電機(jī)的接線盒，發(fā)現(xiàn)由于安裝工藝上的疏忽，勵(lì)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(kāi)。于是，對(duì)其進(jìn)行連接處理固定，重新開(kāi)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(kāi)啟發(fā)電機(jī)，并用12 VDC電瓶電加于15、16端子上時(shí)，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(shí)，馬上斷定，發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，故障應(yīng)該出在勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)上。

檢查自動(dòng)調(diào)壓裝置 (AVR)，發(fā)現(xiàn)AVR內(nèi)部的保險(xiǎn)絲已燒毀，更換保險(xiǎn)絲，開(kāi)機(jī)，AVR內(nèi)的工作指示燈一閃，保險(xiǎn)絲又燒毀，因LSA50系列發(fā)電機(jī)用的自動(dòng)調(diào)壓是由分立元件組成，可局部拆換，所以對(duì)該裝置內(nèi)部元件進(jìn)行逐一檢測(cè)，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(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子斷線后，由于該發(fā)電機(jī)有強(qiáng)勵(lì)作用，要起壓，此時(shí)，勵(lì)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(xiǎn)絲燒毀。由于一時(shí)沒(méi)有備件可換，用備用的自動(dòng)調(diào)壓裝置換上，重新開(kāi)啟發(fā)電機(jī)，顯示電壓正常。測(cè)量15、16端子，電壓穩(wěn)定于11 VDC，由于此時(shí)發(fā)電機(jī)是空載運(yùn)行，電壓沒(méi)有變化，AVR上測(cè)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(tái)發(fā)電機(jī)單機(jī)正常運(yùn)行工作，另1臺(tái)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(cè)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(guò)程，檢查發(fā)電機(jī)的AVR，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部保險(xiǎn)絲已經(jīng)燒毀，換上新的保險(xiǎn)絲，重新開(kāi)啟發(fā)電機(jī)時(shí)，情況如上所述一樣，AVR內(nèi)的工作指示燈一閃，保險(xiǎn)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(xiǎn)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(shù)檢查法步驟逐步進(jìn)行檢查，最后對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的相復(fù)勵(lì)電路進(jìn)行了檢測(cè)，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(kāi)啟發(fā)電機(jī)，電壓表顯示出正常電壓讀數(shù)，問(wèn)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(guò)程中，會(huì)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(huì)發(fā)生意想不到的故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

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

2)自動(dòng)調(diào)壓裝置 (AVR)電路主要是由整流主回路、電流檢測(cè)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(dòng)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(gè)性，對(duì)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(guó)船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì).中國(guó)船舶修理新工藝新技術(shù)與修理質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)全書(shū)［M］.中國(guó)科技文化出版社，2007.