西门子1FC5系列无刷发电机励磁系统故障分类分析2010年1月7日,内容提要：介绍西门子1FC5系列无刷同步发电机励磁系统的结构和原理，分析该系统常见故障，并列举两个实例。
发电机 无刷励磁系统 故障 分类分析1FC5系列无刷同步发电机，是德国西门子研发的产品，投产后不断改进，一直保持技术领先。
上世纪80年代，中国船舶工业总公司将其引进，原无锡电机厂按照西门子许可证生产，逐步大量装备于我国船舶，并陆续应用于铁路、化工、石油、军事等领域。1FC5系列无刷同步发电机，与任何产品一样，也会发生故障。以船上具体条件是否可现场修复，故障可分为不具备现场修复条件的绕组损坏故障，和可现场修复的励磁系统元件故障。
本文以1FC5系列400V无刷同步发电机为例，介绍其励磁系统结构特点和工作原理，分类分析船舶经常遇到的可现场修复的励磁系统元件故障，并举例介绍故障检测步骤。系统构成和功能原理系统构成有刷交流发电机，由定子、转子和调压装置组成：转子直流励磁绕组，提供旋转磁场；定子绕组，感应产生和提供交流电；调压装置（多采用谐振式相复励系统），提供并调节转子直流励绕组的激磁电流，以保证定子绕组提供与负荷适应的交流电。
静置的调压装置向旋转的转子提供激磁电流，通常采用电刷装置，故称为有刷发电机。电刷装置，保养繁琐，炭精污染，还易导致故障或事故。1FC5系列无刷同步发电机实际是两个发电机——主发电机之外，增加了一个励磁发电机。1FC5无刷同步发电机，原理接线图见图1。其中：A1，自动电压调节器；A3，调差装置（R2，同轴电位器，T4、T5，中间互感器）；C1，谐振电容器；C2，抑制干扰电容器；V1，静止整流器；F1、F2，励磁绕组端子；L1，电抗器；R1，分流电阻；T1、T2、T3，单相电流互感器；T6，整流变压器；T7、T8，测量回路变压器；U压敏模块；V，旋转整流模块（每个模块包含两个二极管）；，定子；，转子；，自励恒压励磁装置；，发电机接线盒。主发电机，也由转子（主绕组）提供旋转磁场，由定子（主绕组）提供交流电。这一点与有刷交流发电机一样。
励磁发电机，定子增加副绕组且接入与负荷适应的（直流）电流，提供与负荷适应的磁场；转子增加副绕组（励磁机交流绕组）产生与负荷适应的交流电，增加同轴旋转的整流桥整流，提供给转子（主）绕组产生与负荷适应的磁场以保证定子（主）绕组提供与负荷适应的交流电，还增加压敏保护模块以防止浪涌电压，保护整流模块。这样就不必再设电刷装置。同时，1FC5系列无刷同步发电机的调压装置，采用自励恒压励磁装置，除谐振式相复励系统外，增加可控分流系统自动电压调整器（以下简称AVR）：谐振式相复励系统，包括电流互感器（T1、T2、T3）、电抗器L1、谐振电容C1、整流变压器T6、整流桥V1等。AVR，包括调差装置A3（T4、T5、R2）、测量变压器（T7、T8）、A1等。1.2系统功能原理发电机励磁，涵盖发电机电压的建立和调整全过程。
为了便于理解，将系统分解为起压、电流补偿、电压精调三个功能环节，并采取逐步增加环节的方法予以介绍。1.2.1起压发电机建立电压是一个电磁转换的正反馈过程。
（1）发电机转子绕组的剩磁磁场旋转产生剩磁电压，在谐振式相复励系统的L1、C1、T6、V1等作用下产生励磁电流；
（2）经过励磁机和发电机两个放大环节，励磁电流不断增大，发电机输出电压迅速升高到发电机电压的稳定点（空载特性曲线和励磁特性曲线的交点），约为额定电压的108%-114%。当然，通过调整电抗器L1气隙也可以使得起压后达到额定电压，但发电机加负载后电压将跌落很大。
1.2.2电流补偿为了改善发电机带负载能力，系统增加了负载电流补偿。电流补偿，指发电机负载电流变化后保持发电机输出电压基本稳定的过程。电流补偿，通过反映负载的电流作用于谐振式相复励系统实现。
基本原理是：发电机负载运行，负载电流增加/减少，会导致发电机电压随之降低/升高；反映负载大小的电流，经T1、T2、T3产生；反映发电机电压的电流，经电抗器L1、C1、变压器T6产生；二者在变压器T6的付边矢量叠加，通过整流桥V1，使F1、F2接线端励磁电流增大/减小，发电机电压随之上升/下降，从而保持发电机输出电压基本稳定。 但是，相复励系统的检测信号（发电机电流和功率因数）与被调节信号（发电机电压）不一致，是开环调节系统；而且各发电机调压特性曲线斜率不一致又无法调整，无法实现电压精调，并联供电需设置均压线才能均分无功功率。电压精调电压精调，指按照发电机的电压偏差进行调整。
