Các loại bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) cho máy phát điện và ứng dụng của chúng là gì?

Các loại bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) cho máy phát điện và ứng dụng của chúng là gì?

Khi điện áp của máy phát điện dao động khi tải thay đổi, nguyên nhân có thể không nằm ở phần tử phát điện (alternator) mà thường là do bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR). Đối với người mua đang so sánh loại AVR cho máy phát điện các hệ thống, câu hỏi hữu ích không đơn thuần là “bộ điều chỉnh nào phù hợp với mọi trường hợp?” mà là phương pháp điều khiển và cách bố trí kích từ nào tương thích với phần tử phát điện, đặc tính tải và yêu cầu bảo trì.

Là một chuyên gia tư vấn kỹ thuật làm việc với các thành phần điều khiển máy phát điện, tôi bắt đầu bằng việc kiểm tra tính tương thích: cảm biến điện áp, nguồn cấp đầu vào, khả năng dòng kích từ, tần số cũng như kiểu kết nối hoặc bố trí đầu nối/đầu cực. Một bộ thay thế trông tương tự nhưng không đáp ứng đúng các thông số này có thể gây ra hiện tượng điện áp không ổn định hoặc không điều khiển được dòng kích từ một cách chính xác.

Chức năng của bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) trong máy phát điện

Một bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) giám sát điện áp đầu ra của máy phát và điều chỉnh dòng kích từ để giúp giữ điện áp đầu ra gần giá trị đặt. Trong một máy phát không chổi than, bộ điều chỉnh này thường kiểm soát công suất cung cấp cho stato phần kích từ; sự thay đổi từ trường kết quả được truyền qua hệ thống kích từ quay để ảnh hưởng đến rô-to chính. Vòng phản hồi này là lý do vì sao việc chọn AVR phải phù hợp với thiết kế kích từ của máy phát, chứ không chỉ dựa trên thương hiệu động cơ.

Nhiều bộ điều chỉnh còn cung cấp các điểm điều chỉnh hoặc chức năng bảo vệ, ví dụ như điều chỉnh điện áp, điều chỉnh độ ổn định và giảm tải khi tần số thấp. Các tính năng này khác nhau tùy theo từng mẫu, do đó cần xác nhận trong tài liệu kỹ thuật tương ứng của máy phát trước khi đặt hàng thay thế.

Cách thực tế để phân loại các loại bộ điều chỉnh điện áp máy phát

Cụm từ các loại bộ điều chỉnh điện áp máy phát có thể mô tả hai khía cạnh khác nhau: công nghệ điều khiển của bộ điều chỉnh và nguồn kích từ mà nó được thiết kế để quản lý. Xem xét cả hai khía cạnh sẽ tránh được sai lầm phổ biến khi mua sắm.

1. AVR điện cơ và AVR điều khiển servo

Các bộ điều chỉnh điện-cơ cũ sử dụng tiếp điểm chuyển động, thành phần từ tính hoặc cơ cấu servo để thay đổi kích từ. Ưu điểm chính của chúng là sự quen thuộc trong thiết bị kế thừa. Trong các tổ máy phát điện hiện đại, chúng ít được sử dụng hơn vì các bộ phận chuyển động thường đòi hỏi bảo trì nhiều hơn và khả năng đáp ứng thường kém linh hoạt hơn so với điều khiển điện tử.

Ứng dụng điển hình: bảo trì hoặc khôi phục một tổ máy phát điện cũ, trong đó hệ thống kích từ gốc vẫn được giữ nguyên và việc nâng cấp điện tử không phù hợp.

2. Bộ điều chỉnh điện áp tự động kiểu tĩnh tương tự

Bộ điều chỉnh điện áp tự động kiểu tĩnh tương tự sử dụng mạch điện tử thay vì tiếp điểm chuyển động. Nó cảm nhận điện áp và liên tục điều chỉnh đầu ra kích từ bằng các thành phần điều khiển tương tự. Đối với các tổ máy dự phòng đơn giản có tải tương đối ổn định, một bộ điều chỉnh kiểu tương tự có thể là lựa chọn thực tế nếu nó được chỉ định phù hợp với máy phát điện xoay chiều.

Thị trường aVR tương tự so với AVR kỹ thuật số quyết định không nên chỉ dựa vào độ tuổi. Một bộ điều chỉnh tương tự có thể phù hợp khi các chức năng điều khiển yêu cầu đơn giản, việc hiệu chỉnh quen thuộc với đội ngũ bảo trì và nhà sản xuất máy phát điện hỗ trợ dòng bộ điều chỉnh đó.

3. Bộ điều chỉnh điện áp tự động kỹ thuật số

Các bộ điều chỉnh điện áp tự động kỹ thuật số sử dụng vi xử lý để diễn giải tín hiệu đầu vào từ cảm biến và thực hiện phản ứng điều khiển theo chương trình đã cài đặt. Tùy theo mẫu mã, chúng có thể cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình hơn, khả năng chẩn đoán, hỗ trợ vận hành song song và các thiết lập bảo vệ. Chúng thường được xem xét cho các ứng dụng có tải thay đổi, yêu cầu quản lý điện áp chặt chẽ hơn hoặc cần ghi lại các thông số thiết lập trong quá trình hiệu chỉnh.

Ứng dụng điển hình: các tổ máy phát điện chạy ở chế độ công suất chính, các hệ thống lắp đặt có động cơ hoặc tải thay đổi, và các hệ thống mà kỹ thuật viên cần các thông số thiết lập có thể lặp lại. Khả năng kỹ thuật số không thay thế cho việc chọn kích thước đúng; trước tiên cần xác minh các giới hạn về cảm biến, nguồn cấp và dòng kích từ.

4. Bộ điều chỉnh điện áp tự động điều khiển bằng thyristor

Athyristor loại AVR sử dụng chuyển mạch bán dẫn điều khiển để điều tiết kích từ. Điều khiển thyristor thường được liên kết với các hệ thống kích từ tĩnh cần cung cấp dòng kích từ lớn hoặc đáp ứng nhanh. Việc lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào máy phát điện xoay chiều và kiến trúc hệ thống kích từ, chứ không dựa trên giả định rằng điều khiển thyristor tự động cải thiện mọi máy phát điện nhỏ.

Ứng dụng điển hình: các hệ thống kích từ máy phát đồng bộ lớn hơn hoặc yêu cầu cao hơn, nơi bộ điều chỉnh và bộ kích từ được chỉ định đòi hỏi nguồn cấp dòng kích từ có đáp ứng cao và được điều khiển. Hãy xác minh nguồn đầu vào và thông số đầu ra của bộ điều chỉnh so với thiết kế do nhà sản xuất cung cấp.

5. Bộ điều chỉnh điện áp tự kích (AVR) kiểu shunt

Một bộ điều chỉnh điện áp (AVR) kiểu shunt hoặc tự kích thích lấy nguồn cung cấp từ đầu ra chính của máy phát. Cấu hình này được sử dụng rộng rãi vì tương đối đơn giản. Hành vi của nó trong các tải khởi động nặng phụ thuộc vào thiết kế máy phát điện xoay chiều và điện áp dư có sẵn, do đó cần đánh giá kỹ yêu cầu khởi động động cơ và quá tải trong thời gian ngắn thay vì xem tất cả các hệ thống shunt như nhau.

Ứng dụng điển hình: nguồn điện dự phòng chung khi tải chủ yếu là điện trở hoặc khi nhu cầu khởi động nằm trong khả năng thiết kế của máy phát điện xoay chiều.

6. Các bộ AVR được hỗ trợ bởi PMG

Nguồn kích thích từ máy phát điện dùng nam châm vĩnh cửu (PMG) cung cấp cho AVR một nguồn điện độc lập từ một máy phát điện nhỏ dùng nam châm vĩnh cửu. Các mạch điện tử điều khiển có thể duy trì trạng thái có điện ngay cả khi điện áp đầu cực chính bị sụt giảm do hiện tượng quá độ đòi hỏi cao. Điều này rất hữu ích đối với các máy phát điện xoay chiều phải hỗ trợ việc khởi động động cơ công suất lớn hơn, mặc dù toàn bộ cụm máy phát điện xoay chiều phải được thiết kế để hoạt động cùng PMG.

Ứng dụng điển hình: các bộ phát điện có tải động cơ chu kỳ, bơm, máy nén hoặc các tải khác gây ra hiện tượng sụt áp rõ rệt trong quá trình khởi động.

7. Cấu hình AVR cho máy phát không chổi than

Abrushless generator avr không nhất thiết là một công nghệ điều khiển riêng biệt. Thuật ngữ này thường mô tả AVR được sử dụng cùng với máy phát điện xoay chiều không chổi than, bộ kích từ quay và cụm chỉnh lưu quay. Nó có thể là loại tương tự, số hoặc điều khiển bằng thyristor, tùy thuộc vào thiết kế của máy phát điện xoay chiều. Sự phân biệt này rất quan trọng: ‘không chổi than’ nói về đường dẫn kích từ, trong khi ‘số’ hoặc ‘tương tự’ nói về bộ điều khiển.

AVR tương tự so với AVR số: cách lựa chọn

Bảng này chỉ là điểm khởi đầu, không phải xếp hạng phổ quát. Bộ điều chỉnh điện áp tự động tương tự (AVR) được ghép nối đúng cách luôn ưu tiên hơn bộ thay thế kỹ thuật số không tương thích. Ngược lại, một mẫu kỹ thuật số được hỗ trợ có thể là lựa chọn phù hợp hơn khi máy phát điện xoay chiều và ứng dụng đòi hỏi các chức năng sẵn có của nó.

Danh sách kiểm tra trước khi đặt hàng bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR)

• Xác định rõ nhà sản xuất và mã mẫu chính xác của máy phát điện xoay chiều, chứ không chỉ thương hiệu của tổ máy phát điện.
• Xác nhận phương thức kích từ: kích từ song song (shunt), kích từ nhờ máy phát điện kích từ vĩnh cửu (PMG) hay bố trí khác được nêu cụ thể.
• Kiểm tra điện áp cảm biến, tần số, yêu cầu về pha và nguồn cấp cho bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR).
• So sánh các định mức điện áp trường và dòng điện trường với yêu cầu của bộ kích từ.
• Xem xét các đầu nối, giắc cắm, nhu cầu điều chỉnh điện áp từ xa và các thiết lập bảo vệ.
• Cân nhắc tải thực tế: chiếu sáng, thiết bị điện tử, bơm, máy nén, máy hàn hoặc máy phát điện hoạt động song song sẽ tạo ra các yêu cầu khác nhau.

Kết luận cuối cùng

Phần chính loại AVR cho máy phát điện các ứng dụng bao gồm các bộ điều khiển cơ-điện truyền thống, bộ điều chỉnh tĩnh tương tự, bộ điều chỉnh kỹ thuật số và các hệ thống điều khiển bằng thyristor. Các bộ điều chỉnh này có thể hoạt động cùng các phương thức kích từ nối tiếp, kích từ bằng máy phát điện vĩnh cửu (PMG) hoặc kích từ không chổi than. Hãy bắt đầu với hệ thống kích từ được nhà sản xuất quy định cho máy phát điện xoay chiều, sau đó lựa chọn bộ điều chỉnh sao cho phù hợp với các thông số điện kỹ thuật và nhu cầu ứng dụng cụ thể. Phương pháp này đáng tin cậy hơn so với việc chọn dựa trên hình dáng bên ngoài hoặc mô tả chung về mã phụ tùng.