[实用新型]调节发电机组的交流发电机的输出电压的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及对发电机组中的交流发电机的调节。

背景技术

一个发电机组由一个发动机以及一个交流发电机的组件构成。为了提供一个额定电压以及频率，发动机和交流发电机都装备有调节装置。发动机装备有被整合到该发动机的燃料喷射系统中的一个电子速度调节器。除其它之外，发动机速度的调节会取决于发动机轴的旋转速度的测量值，例如通过一个传感器对每时间单位内一个有齿的环齿轮在该传感器前面经过的齿数进行计数。

通过由这个传感器发送的信号，速度调节器的喷射计算机确定了燃料喷射水平从而将速度保持在一个预定值上，但是并不具有施加到该发动机上的负载水平的直接知识，因为还不存在经济的手段来用于将这个负载水平告知计算机。

施加到发动机上的负载的每个变化，无论它是增加还是减少，均会导致这个发动机转数的瞬时减少或增加，而速度调节器试图通过一个适当的喷射水平来对其进行校正。

在已知的发电机组中，仅仅是通过速度和喷射水平的知识，该调速器就确定了施加到发动机上的这个负载水平。

对发动机所要求的扭矩C是直接与交流发电机的输出处的电流I成比例的。实际上，发动机的功率P的定律为：

P＝C.w，

其中，w是发动机的旋转速度。

交流发电机的功率定律P为：

其中，U是交流发电机的输出电压，并且是电流I与电压U之间的相移。

发动机和交流发电机是机械式连接的，对于在偶联效率之内，它就有可能写为：

在一个大的有效负载的施加过程中，变得接近于1，并且交流发电机的电压下降。交流发电机装备有一个电压调节器，该电压调节器通过在磁极轮中增加电流而迅速校正这个电压下降。

负载的这种变化还导致速度的下降，因为对发动机所要求的扭矩C增大了。发动机没有能力立即响应这个需求，其速度w下降，这是因为扭矩C的一部分是从旋转动能的储备中抽取的。

实质上，发动机增加速度的方式是以这个电压调节器如何快速地将帮助施加到发动机上为条件的。

涡轮增压器发动机正被越来越多地使用在发电机组中。这种类型的发动机的一个缺点是如果涡轮增压不能正确地被启动那么它的性能会降级。

现在，负载的大量增加会倾向于就发动机的正确运行而言使得发动机过度减速。在怠速运行的过程中，进气口的压力是接近于大气压力的，而一旦负载的增加被施加到发电机组上，发动机的速度就下降到这样一个点上，即：尽管有速度调节器在喷射系统上的反作用，排气流仍不足以将这些涡轮增压器的这个或这些涡轮启动到它们的运行状况中。于是它们没有能力使进气压力增加，而这种增加是为了使该发动机有能力加速并且恢复到其额定速度所要求的。因此，存在一个不返回的点，这里要求避免达到这个点。

在一种已知的方式中，这种发动机帮助被施加在发动机的速度已经下降并且其速度已经下落低于某一数值时。

根据现有技术的发电机组的额定运行点100表示在图1的曲线上，例如，如图所示，与交流发电机的输出处的、等于400V的电压Un以及等于50Hz的额定频率Fn相对应。

当负载出现增加时，发动机的速度w下降，频率F在被称为“拐点(elbow)”的点101处达到了一个例如为48Hz的阈值。在这个已知的解决方案中，于是施加了这种发动机帮助，从而使之有可能根据不同的过程来对发动机卸载，因此它尽可能快速地恢复了其设定点速度。

仅在发动机速度已经下降之后施加这种发动机帮助是不利的，这是因为除其它之外，发动机将会在启动其涡轮增压器、减小排气流、以及在恢复一个适合于使速度增加的进气压力方面具有更多的困难。此外，在额定运行点100与点101之间，对发动机所要求的扭矩已经增加，已经响应了调节规则的这个电压调节器就有可能使电压U保持恒定。

在图2中表示了随时间t(用秒来表达)变化的三条曲线102、103和104，曲线102表示与发动机的速度w相关的频率F，曲线103表示交流发电机的输出电压U并且曲线104表示电流I。

电压U(如在曲线102、103和104的放大部分中展示的)仅仅在频率F已经在这个点101下方经过时才下降。这种反应延迟对于使发动机速度增加是不利的。

除了其它以外，对于发电机组通常要求的指标是ISO标准8528的G2指标。除其它之外，这些指标规定了有待施加到发电机组上的负载相对于其额定功率的百分比，从而使得它不会下降到其额定速度的10％之下以及其额定电压的20％之下。对于一个给定的发电机组，有待施加的负载的百分比越高，这个机组就越好。