船舶电站是现代船舶的心脏，船舶发电机调压励磁系统的故障会影响到电力系统的供电品质与供电安全，甚至会导致整个船舶电力供应失效，危及船舶作业和航行安全。以往常规船用发电机基本都采用有刷同步发电机，其励磁电流需要通过电刷和滑环引入到发电机励磁绕组，电刷与滑环转动接触会出现电火花产生干扰电磁波，对发电机十分不利。电刷与滑环磨损产生的炭粉会导致发电机绝缘下降，严重时将影响发电机的安全运行。未解决这样一些问题，晶闸管的成熟运用促使了三相无刷同步发电机的诞生，三相无刷同步发电机实际上就是一个带交流励磁机的同步发电机，发电机和励磁机都是同步三相发电机，基本作用原理一样，它们在结构上的区别是：发电机采用旋转磁极式，其定子是三相交流电枢，转子是直流励磁绕组；而励磁机采用旋转电枢式，其定子是直流励磁绕组，转子是三相交流电枢。发电机的励磁绕组和励磁机的电枢绕组固定于同一转轴上，转轴上带有旋转整流器形成自闭回路。励磁机的励磁电流则由发电机通过励磁调节装置提供。

  无刷同步发电机转子由原动机驱动旋转后，靠电机内部剩磁在主机输出端产生一个微小的电压，该电压经励磁系统向励磁机提供一定的励磁电流，使励磁机剩磁得以加强，励磁机转子便产生较强的感应电势，经旋转整流器向主机转子提供励磁电流，使得主机输出电压进一步提升，这样周而复始形成正反馈，直至建立起空载电压。正常运行时，励磁系统取主机输出的一部分能量，通过电压、电流分量及二者相位信号的复合向励磁机输出合适的付励电流，励磁机输出的三相交流电经旋转整流器整流后向主绕组提供一合适的直流励磁电流，来保证电机从空载到满载的任何负载下输出电压恒定。

  嘉字号的雅玛电机、瓦锡兰电机，宝字号的镇柴电机均采用三相无刷同步发电机，本文将以嘉裕山轮的瓦锡兰电机为例，介绍其励磁系统及相关故障排除。嘉裕山轮发电机型号为1FC6 506-8SA83，主机励磁绕组是由励磁机转子绕组经过旋转的三相桥式整流装置获得励磁电流，励磁机是按THYRIPART（晶闸管分流）方式励磁的。励磁装置和可控硅电压调节器组成THYRIPART励磁系统（图1），其所需的励磁电流由主发电机通过励磁装置提供的，电压调节器将励磁系统提供的一部分励磁电流提供一个旁路，从而控制发电机电压（图2）。

  A1带功率组件的电压调节器C1-C3电容器G1主发电机G2励磁机 L1电抗器 T1-T3整流变压器 T4电流互感器 V2旋转整流器 X1-X4,X40AVR接插口

  THYRIPART励磁系统由电抗器、整流变压器、谐振电容、电流互感器和带功率组件（大电阻、静止整流桥和晶闸管）的AVR电压调节器组成，属于可控相复励自励恒压励磁系统的交流侧晶闸管分流原理，晶闸管并联在相复励装置的交流侧实现交流侧的分流（断续）作用。当电压出现偏差时，AVR输出与电压偏差对应的触发电流，改变晶闸管的导通角进行分流。通常在晶闸管电路中串联一适当的阻抗，以限制晶闸管导通时的分流电流。其中电抗器的作用是使电压移相90°。否则，电压和电流的相位关系就不是复励时的关系，不能够满足励磁电流既随负载电流的变化、又随负载电流相位变化而变化（只随电流的大小变化，失去相位补偿作用），也就不能够满足相复励要求。整流变压器将自励分量与复励分量进行电磁叠加，其输出经三相桥式整流器整流成直流励磁电流为励磁机励磁。为客服二极管死区，6个电容组成谐振电容，在较小的剩磁电压下能够在自励回路产生较大的励磁电流，易于自励起压。电流互感器测量调节输出电流的大小，用于多台电机并联运行。

  AVR全称为AutomaticVoltage Regulator自动电压调节器。它在励磁系统中起到很重要的调节作用，在它的X2/1、3接口（连接至外插件X7/A1、A3上）一般来说都会外接整定电位器（安装于主配电板），以供日常使用电机时可根据具体负载调节励磁电流，控制功率因素使发电机处在良好的工作状态。应当注意的是，当用整定电位器(R=4.7KΩ，P＞1W)单方向调节发电机电压已达到最大值或最小值后，若仍继续向同一个方向调节，会出现发电机电压值突变的现象（由最大值变为最小值或由最小值变为最大值），这是由于整定电位器可以连续旋转所至。出现这样一种现象后应立即向反方向调节发电机电压，就可以恢复正常调节。AVR包括电位器S、电位器U、电位器K、电位器T和电位器R47（图3）。

  1、开关SW1/1 、SW1/2、 SW1/3 初始设定为NO位置。当使用外接整定电位器时，SW1/3必须打到OFF位置。

  2、电位器S：单机运行时设定0%。并联运行的调节方法：使在功率因数为1时，发电机电压不降低，在功率因数为0时，发电机电压降低6%；在功率因数为0.8时，发电机电压相应降低3.6%。

  5、电位器T：调节积分反应时间，即动态稳定性能，顺时针旋转反应快，逆时针旋转反应慢。

  将电位器K朝着刻度数字减小的方向旋转以及将电位器T朝着刻度数字增大的方向旋转，可使控制管理系统趋于稳定，减弱其调节作用的强度。在需要时，断开跨接线，可将电位器K所调节的调节器放大系数近似地减少为其四分之一。电压调节器的稳定性亦可利用增加分流电路内的电阻而得到一定的改善，但此时调节器在下限的电压整定范围将减小。

  AVR向励磁机定子绕组输出一定的直流励磁电流，励磁机转子输出三相交流电后经转轴上的旋转整流器整流后向主绕组提供一合适的直流励磁电流。转轴上装有三个旋转整流器和一个压敏电阻（图4）。其中压敏电阻起到过压保护作用，在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余电流以保护旋转整流器。

  某轮在锦州锚地准备备车靠港，启动1#电机后无法自动并车，检查发现1#电机的电压仅为405V，低于汇流排446V，无法达到并车基础要求。随即调节1#电机AVR外附整定电位器，只能将电压最高调至406V，在逆时针调节将电压调至392V后电压突变到406V，说明外附整定电位器正常。检查发电机原动机转速频率，均在正常范围，调节电机调速手柄，加速后频率上升但电压仍保持在406V，初步排除原动机故障，将故障点确定在发电机的励磁系统。启用2#备用电机靠港完毕后，随即对1#电机进行全方位检查。初步检查1#电机的励磁装置，未发现故障点（各元器件没有烧焦痕迹，接线均完好）。调节AVR电位器U，顺时针调高10刻度，启动电机电压仍为406V，逆时针调节电机电压下降，由此怀疑是AVR板内部线路故障。因AVR板的内部故障排查起来较为困难，决定使用替换法排查，将3#电机AVR板换至1#电机上，启动后电压仍然仅有406V，顺时针调节电位器U后电压不变，逆时针调节电机电压下降，排除AVR板故障的可能。于是将转轴上的旋转整流器拆下检查，发现整流器内二极管状态正常。根据励磁系统原理图，使用万用表测量励磁系统线路的通断情况，经检查发现整流变压器副边到谐振电容的一根接线断路，在电容外表上接口虽然仍然连接，但内部导线已经断开。在对其内部导线进行重接处理后启动电机测试，空载电压达到452V，使用外附整定电位器微调电压至448V，随后进行自动并车成功，带载后经观察电压稳定，1#电机故障排除。

  无刷同步发电机励磁系统故障有几率会使以下几种情况：不发电、电压高、电压低、电压不可调、带载后电压下跌严重、电压波动。

  不发电故障发生的可能性有三点，第一:电容器故障引起，检查电容器状态。第二：励磁回路开路。检查方法为将励磁箱拆开，检查端子排F1、F2上接线是不是松动或脱落，紧固。如接线未松动，测量F1、F2间直流阻值并与试验报告数据对比，如开路需检查引线是否断。如引线部分故障将线路恢复即可，如定子线圈开路需返厂修理或更换励磁机定子。第三，可能由于失磁而导致没办法正常发电，此时可以对电机进行充磁来排除一些故障，具体方法为：打开励磁箱，将励磁回路中F1端子上双线拆开并用胶布包好，准备12V直流电源并把正极与F1端子连接，将设备怠速运转后，把直流电源负极在F2端子短时间接触出现轻微火花即可。

  电压高故障有以下几种可能：一、外部整定电位器也许会出现故障，测量电位器阻值变化，正常范围应为0-4.7K,确定后更换即可。二、外部整定电位器与发电机之间连接线路出现问题，检查恢复即可。三、AVR板故障，上述两种可能性排除后，应将备用AVR板更换试验即可，同时将板上设定电位器调整至相应位置。四、可控硅损坏，更换试验如故障消除则更换即可。

  电压低故障可以先进行它励试验将故障范围确定再做处理。它励方法如下：测量励磁机定子阻值，并参考随机资料中额定电压时的励磁电流，相乘后既是它励直流电压并准备相应的电源。打开励磁箱将F1、F2端子上双线接直流电源正极F2接直流电源负极，接好后启动发电机至额定转速，如此时电压为额定值则故障点在励磁箱内，可以将定转子系统故障可能性排除。以下就它励后两种情况进行说明：一、它励后电压低仍未达到额定电压值;这时旋转整流模块；转子绕组都可能存在问题要逐个进行测量。要对旋转模块逐个拆解检查，确定故障模块后将其更换。准备电桥测量转子直流阻值并与实验报告对比如数据不符需通知工厂派员检查确定故障后返厂处理；二、它励后电压正常达到额定值;应对励磁箱内线路及元器件进行检查。1、对线路进行紧固并确认是否正确无误。2、元器件故障；主要为可控硅和静止整流模块故障或AVR调压器故障，将可控硅线路拆开，测量阴阳极导通性如正反向导通则确定损坏并更换可控硅；将静止整流模块线路拆开进行测量，确认故障后更换。3、对于多年运行的机器线路及特性可能发生一定的变化，在以上工作完成后故障仍未排除，需将大电阻滑环固定锣丝打开，并向电阻大的方向适当调整从而减小励磁电流可控硅的分流量，直至电压正常为止。4、另外，也可以将电抗器上盖固定锣栓松开，将备用气隙片加垫进去适当增加气隙从而将电压调至正常范围。

  AVR板有很大关系，AVR板在出厂时各项参数都已调整至最佳值，但由于设备长时间运行这些参数会发生一定的变化，出现电压波动通常情况下可以通过调整AVR板上面可电阻K、T及R47而实现排除故障的目的；具体方法如下：首先对K、T原有数值进行记录；然后K往数值小的方向适当调整，T往大的方向适当调整，调整时要随时观察电压的变化情况，直至电压达到稳定为止。如果调整不能达到电压稳定的目的，则调压板本身可能发生故障需要将其更换，更换后将对应电位器数值调至相应位置。带载电压波动故障可以尝试

  空载电压波动时的处理方法。如不能将故障排除需检查元器件性能，首先测量电容容量，如不能达到规定值则更换即可；这种故障与可控硅动态特性不稳定也有很大的关系，可以将其线路打开，将备用件临时更换做试验，如故障消失则将其重新更换安装。请注意电压波动故障发生后，调整及更换都不能将问题处理时，故障点的可能性非常多，如果上述步骤后仍不能排除，则需全面检查发电机。尤其是线路插接件老化松动均可能导致此故障的发生，所以检查时如发现有松动现象要加以紧固，接插件金属表面灰暗腐蚀要用清洗液或酒精处理达到排除问题的目的。带载电压下跌故障

  即空载正常而加载时电压跌落并超过规定范围，通常情况从空载至满载电压下跌不能超过标称电压的3.6%，当加载超标则判定发电机有一定的问题，加载时电压不能达到规定值即励磁电流不能满足发电需要，导致此故障有可能是元器件性能不稳定，主要有静止整流桥、三只旋转整流桥。处理方法为将各元器件线路拆开逐个做测量，有些情况下元器件冷态性能很多无法测量，所以要将其更换后试验才能确定故障点。

  1FC6无刷同步发电机各种故障现象和会造成的原因以及对应的排除方法供大家参考。

  对于无刷同步发电机来说，电刷与滑环的取消大幅度减少了电机的维护成本，提高了发电机的稳定性。但当电机励磁系统突发故障时，维护人员需对无刷同步电机励磁系统有充分的理解，才能对故障进行快速准确地排除。由于励磁系统故障的隐蔽性和复杂性，每一种非正常现象对应的故障点有多种，这就要维护人员不时地总结相关的故障排查经验，逐步的提升自己的业务水平。