1、摘要：本文分析了 hfc6船用無刷同步發電機勵磁系統工作原理，結合該勵磁系統結構特點介 紹了一起較典型的因勵磁電流不足導致發電機輸出電壓降低的故障分析和處理方法，提出了 針對該類發電機日常維護管理的要點。關鍵詞：船舶發電機 勵磁系統 故障處理概述hfc6船用無刷發電機由韓國現代電氣工程有限公司(hyundai elec trical engineering co. ltd.)采用西門子技術生產制造，其性能指標及工作原理與同年代我國無錫電機廠(現 無錫汾錫電機有限公司)按西門子專利許可制造的lfc5、1fc6基本一致。由于該類型發電機 具有技術先進、運行可靠、維護管理簡單等特點，受到船東和船舶管

2、理公司的青睞，在上世 紀90年代廣泛應用于韓國建造的各類船舶上。目前我公司有2艘1995年韓國建造的4 960 總噸392tue集裝箱船舶裝備了該類型發電機，作為船舶主發電機。隨著使用年限的增加，該 類型發電機的故障逐漸增多，一些隱性的缺陷也開始顯現，本文以hfc6 456-84k船舶發電機 為研究對象，介紹一起較典型的勵磁系統故障處理方法與日常維護管理要點，以供同行借鑒。 hfc6 456-84k船舶發電機主要參數如表1所示。表1發電機主要參數序號 參數名稱 參數值 序號 參數名稱 參數值額定容量 500kva額定轉速 900r/min額定電壓 445v額定電流 648.7a額定頻率 60h

3、z功率因數 0.8(感性)絕緣等級 f 級2 勵磁系統基本原理hfc6 456-84k船用無刷同步發電機勵磁系統如圖1所示，g1發電機，g2同軸勵磁機， a1電壓調整器，l1線性電抗器，t1、t2、t3為單相電流互感器，t4壓降補償中間電流互感 器，t6整流變壓器，c1、c2、c3諧振電容器，v28勵磁分流可控硅，r48串聯限流電阻，v29 靜止整流模塊， v2 旋轉整流器， u 壓敏電阻。發電機組啟動后，殘留在發電機轉子鐵芯磁極上的剩磁與定子三相繞組相互作用，在定 子三相繞組上產生較小的剩磁三相交流電壓us。該電壓作為發電機調壓裝置的自勵分量lu, 經l1線性電抗器降壓和移相后輸入到t6整流

4、變壓器，經整流變壓器電磁耦合，輸出至v29 靜止整流模塊整流。靜止整流模塊輸出的直流勵磁電壓加載給予發電機同軸的交流勵磁機g2 的定子勵磁繞組，交流勵磁機轉子繞組上便產生相應的三相交流電壓。勵磁機輸出電壓經v2 旋轉整流器整流后，形成發電機的勵磁電壓供給發電機g1轉子勵磁繞組。在此勵磁電壓作用 下，發電機的定子繞組產生更高的三相交流電壓。這種正反饋的作用使發電機輸出電壓迅速 上升到空載特性曲線1和勵磁特性曲線2的交匯點a,如圖2所示,也即額定電壓ue (445v), 從而完成發電機的自勵起壓過程。圖2勵磁系統自勵起壓過程電容c1、c2、c3在系統中的作用是：在發電機運行于0.9額定頻率附近的起

5、壓階段，通 過lc串聯電壓諧振作用，增大輸入整流變壓器的電壓，使圖2中的勵磁特性曲線2右移，成 為特性曲線3,從而快速越過b、c點，以避免電壓穩定在該兩點上，使發電機迅速起壓。電 壓增大到一定值后，由于非線性阻抗迅速減小，勵磁特性曲線又逐步恢復到特性曲線2上。t1、t2、t3 單相電流互感器將發電機的各相負載電流，即發電機的復勵分量 li 輸送至 整流變壓器復勵繞組，復勵分量 li 作為發電機電樞反應去磁效應和內阻抗壓降的補償，在 整流變壓器上與自勵分量 lu 進行電磁（磁勢）矢量疊加、耦合后經整流變壓器輸出繞組輸 出，共同加載給發電機的勵磁系統，從而完成發電機的相復勵調壓。整流變壓器在其中的

6、作 用是對電壓和電流進行變換，通過電磁綜合電壓和電流分量，同時隔離勵磁電路和發電機主 回路。利用等值電路分析，可以畫出相位和電流補償時靜止整流模塊v29交流側勵磁電流l 的矢端軌跡，如圖3 所示。圖3交流側勵磁電流i的矢端軌跡圖在進行等值電路分析時，我們是用變換到副邊的電流相迭加的方法來得到l 的,這只是 一種分析、計算的方法，實際上兩分量只有電磁聯系而沒有電的聯系，計算分析方法中等值 電路中的那些電流實際上都是磁勢的表征，它的迭加實際上也是磁勢的迭加，即電壓與電流 分量是通過電磁關系而迭加的，如圖4所示。圖 4 相復勵系統磁勢迭加矢量圖電磁疊加相復勵調壓系統具有電流補償和相位補償功能，由于調

7、壓和發電機電壓的變化 幾乎是同時進行的，因此調壓動作速速，動態特性好，能滿足對發電機電壓的動態調整率要 求。發電機的靜態電壓調整主要由圖1中的al電壓調整器來完成的，其調節原理：發電機的 輸出電壓經al電壓調整器的1、3端引入，與電壓調整器al中設置的基準電壓進行比較，差 值經電壓調整器al中的積分比例單元電路放大后去控制可控硅的觸發單元。觸發單元則根據 差值信號的大小和方向控制可控硅v28的導通角，以調節發電機勵磁電流分流作用的大小， 達到輸出電壓精調的目的。電壓調整器al和分流可控硅v28共同作用，來滿足發電機輸出電 壓的靜態調整率。電壓調整器al在系統中的實際功能就是一個電壓校正器，理論

8、上靜態電壓 可以做到無差調節。為了使發電機能并聯運行，勵磁系統中增加了一個壓降補償電流互感器t4,其功能是與 電壓調節器al中的專設元器件共同作用，來保證發電機輸出外特性曲線有一定的斜率，即對 輸出電壓進行調差。r48 在可控硅回路中進行限流，保護可控硅不受過電流的沖擊。旋轉整流器電路中的電 容c和壓敏電阻u防止瞬間過高的勵磁電壓對旋轉整流器v2的沖擊。3勵磁系統故障現象與檢查20l3年3月l0 日，某輪海上航行中準備對正在運行的l#輔機進行常規檢修，便啟動2#發電機組。運行l5分鐘后成功并網，并在負載轉移后將 l#發電機解列。此時，發現2#發電機電壓突然由445v降到400v左右，調節al電

9、壓調整器 上的調壓鈕，電壓變化不大。值班人員隨即通知駕駛臺停主機及相關輔助設備。這些操作完 成后，發現2#發電機電壓回升至4l0v左右，船舶電氣管理人員卸載部分負荷后迅速將2#主 開關分閘，同時合上l#主開關，啟動相關輔助設備，待恢復主機動力及正常航行后，船舶電 氣管理人員查看2#發電機，電壓又恢復到445v。為安全起見，船舶使用l#發電機直至靠港， 同時將故障情況 e-mail 報公司，尋求岸基支持。船舶靠妥碼頭后，筆者上船對 2#發電機調壓系統進行了全面檢查，發電機各接線未發現 有松動及脫落現象。檢查電壓調整器al板子，也未發現有明顯的燒灼和脫焊假焊痕跡。進一 步檢查勵磁控制系統的各整流設

10、備及其他部件，也未發現有異常，檢查中僅發現靜止整流器 模塊環氧封裝面上有一條裂縫，見圖 5。圖5靜止整流器模塊4 勵磁系統故障分析與處理本發電機調壓系統中更換電壓調整器al主板（全插件式）和整流器模塊還是比較方便的， 因此我們首先考慮更換整流器模塊。旋轉整流器雖然運行環境較惡劣，但由于勵磁電壓低， 整流元件超配容量大，發生損壞的概率較小，以往的管理中也較少發生這類情況，為此我們 決定先更換靜止整流器模塊v29，況且它環氧封裝面上已有一條裂縫。但更換備用靜止整流模塊 v29 后開機試車，故障如前。然后，更換備用電壓調整器 a1 主板，換妥后啟動發電機組試車，發電機故障依舊。進一步檢查旋轉整流器和

11、tl、t2、t3單相電流互感器及整流變壓器t6接線，外部連接 線正常。然后將各線逐步拆除檢查電流互感器tl、t2、t3和整流變壓器t6,發現t3電流互 感器次級繞組回路不通，拆卸下t3電流互感器檢查，發現互感器引線至接線樁處斷裂。對斷 線處重新進行了焊接處理后，將t3電流互感器裝復。檢查確認各拆接線連接無誤后，開機試 車，發電機恢復正常。我們將原更換下的靜止整流模塊v29和電壓調整器al主板等備件換回 發電機，進行試驗，發電機運行正常。由此我們確認故障是由t3電流互感器次級繞組引線處 斷裂所致。5 管理中應注意的問題對故障電流互感器t3檢查發現，引線斷裂處應該在生產時就存有瑕疵，經過這么多年的

12、 使用，瑕疵處不斷被氧化，最終導致斷裂。但由于該設備安裝在發電機輸出接線銅排的下端 半封閉位置處，見圖 6，平時檢查一般不會檢查到這一步，發電機進廠進行預防性修理時也 常常會被忽略。由設備老化和疏于檢查導致的這一故障，提醒我們船舶發電機進廠進行預防 性修理時，對平時容易被忽略的檢查部位和項目有必要做細致的檢查，盡可能將故障隱患消 除在萌芽狀態，從而控制和降低船舶的營運風險。圖6電流互感器tl、t2、t3安裝位置船舶電氣管理人員具備一定的專業知識是相當重要的，公司已在該船舶儲備了足夠的更 換備件，船舶電氣管理人員應有能力對這類故障進行自修處理，但該輪電氣管理人員由于缺 乏這方面的技能，致使船舶一臺