Spenningsregulator

I generatorer, spesielt i maritime anlegg, brukes en spenningsregulator for å sikre at generatorens utgangsspenning forblir stabil, selv om lasten eller turtallet på drivmaskinen endres.

AVR (Automatic Voltage Regulator)

Hvordan fungerer en AVR?

AVR-en jobber kontinuerlig for å holde spenningen innenfor ønsket nivå ved å kontrollere magnetfeltet i generatoren. Dette skjer i følgende trinn:

Måling av utgangsspenning.

• AVR-en overvåker generatorens utgangsspenning og sammenligner den med en forhåndsinnstilt referanseverdi.

Sammenligning og feildeteksjon.

• Hvis spenningen er for lav, øker AVR-en strømmen til feltviklingen i generatoren, noe som forsterker magnetfeltet og øker spenningen.
• Hvis spenningen er for høy, reduseres feltstrømmen, slik at magnetfeltet svekkes og spenningen senkes.

Regulering og stabilisering.

• AVR-en justerer kontinuerlig feltstrømmen for å holde generatorens spenning stabil, selv når belastningen på systemet endrer seg.

Fordeler med AVR i generatorer:

• Stabil spenning – Hindrer svingninger som kan skade elektrisk utstyr.
• Automatisk tilpasning – Regulerer spenningen uten behov for manuelle justeringer.
• Forbedret spenningskvalitet – Reduserer overspenning, underspenning og spenningsforstyrrelser
• Optimal reaktiv effektkontroll – Viktig ved parallellkobling av generatorer.

AVR i parallellkobling av generatorer

Når flere generatorer kjører parallelt, må AVR-ene:

• Sikre lik spenning på alle generatorene for å unngå ubalanser.
• Fordele reaktiv effekt mellom generatorene, slik at én generator ikke overbelastes mens en annen jobber for lite.

Vanlige typer AVR-er

1. Analog AVR – Enkle regulatorer som bruker elektriske kretser til å justere spenningen.
2. Digital AVR – Mer presise og programmerbare enheter som gir bedre regulering og kan fjernstyres.
3. Hybrid AVR – Kombinerer analoge og digitale komponenter for økt stabilitet og fleksibilitet.

Vanlige innstillinger på en AVR

1. Output Voltage (Spenningsnivå)

• Hva det gjør: Bestemmer generatorens nominelle utgangsspenning (f.eks. 400 V).
• Justeres for: Å kalibrere eller korrigere utgangsspenningen til ønsket verdi.

2. Stability / Gain.

• Hva det gjør: Regulerer hvor raskt og kraftig AVR-en reagerer på spenningsendringer.
• Justeres for:
  • For lav verdi → treg regulering
  • For høy verdi → risiko for oscillasjoner eller ustabilitet

3. Droop / Parallel Operation.

• Hva det gjør: Aktiverer og justerer spenningens "droop"-funksjon ved belastning, viktig ved parallellkjøring av generatorer.
• Justeres for: Å sørge for riktig reaktiv lastdeling mellom generatorer i parallell.

4. Underfrequency Compensation (U/F eller U/F foldback).

• Hva det gjør: Reduserer spenningen automatisk ved lav frekvens for å beskytte generator og tilkoblede enheter.
• Justeres for: Å stille inn startpunkt (f.eks. 47 Hz) og følsomhet på senking av spenning ved frekvensfall.

5. Voltage Trim / Remote Voltage Adjustment.

• Hva det gjør: Tillater ekstern finjustering av spenningen via PLS, potmeter eller kontrollsystem (ofte 0–5 V eller 4–20 mA signal).
• Justeres for: Fjernstyring av spenningsnivå under drift.

6. Overexcitation / Overvoltage Protection.

• Hva det gjør: Beskytter generatoren ved for høy magnetisering eller utgangsspenning.
• Justeres for: Å sette terskelverdi der beskyttelsen skal aktiveres (dersom det er justerbart på aktuell AVR-type).

7. Sensing Configuration (3-fase / 1-fase sensing).

• Hva det gjør: Velger om AVR skal lese alle tre faser eller bare én.
• Justeres for: Riktig deteksjon av nettforhold, avhengig av tavlekonfigurasjon og belastningstype.

På mer avanserte AVR-er (digital/regulerbare typer, som DEIF, Stamford mfl.):

• Parametere stilles inn via:

  • Display og knapper.
  • PC-programvare (via USB/RS485).
  • DIP-switcher.

• En kan også ofte stille:

  • Reaktiv effektregulering (VAr sharing).
  • Spenningsramper ved innfasing (soft voltage ramp-up).
  • PID-verdier.
  • Beskyttelsesgrenser for UV, OV og OC.

Stamford AVR MX341 – Automatic Voltage Regulator

Tekniske spesifikasjoner for Stamford AVR MX341

• Sensing Input: 190 – 264 VAC, 1-fase, 50 – 60 Hz
• PMG Inngang: 140 – 220 VAC, 3-fase, 3 A/fase, 100 – 120 Hz
• Utgang: inntil 120 VDC, kontinuerlig 2.7 A, kortvarig 6 A (10 s), minimum 15 Ω
• Regulering: ± 1 % RMS nøyaktighet
• Termisk drift: ca. 0.03 % per °C
• Responsvurdering:
  • AVR respons ca. 10 ms,
  • Feltstrøm når 90 % på 80 ms,
  • Generatorvolum når 97 % på 300 ms
• Under-frekvens beskyttelse: trer inn ved ~95 % av nominell frekvens, reduserer generatorens spenning 170 % ned til 30 Hz.
• Ekstern volt justering: ± 10 % ved 1 kΩ, 1 W potmeter.
• Overeksitasjon: utløser ved 75 V DC etter 10 sek.
• Quadrature droop input (Inngang for regulering av spenningsfall [droop] basert på reaktiv effekt): for parallell drift, følsomhet 0.07 A gir 5 % droop

Kontrollpanel og justering.

MX341 kommer med flere potensiometre og brytere:

• VOLTS: justerer generatorens nominelle spenning.
• STAB: dempeinstilling for å hindre "voltage hunting".
• UFRO: setter knekkpunkt og nivå for under-frequency roll-off.
• DIP: justerer hvor kraftig spenningsfallet er ved frekvensfall (f.eks. turbo-laster).
• DROOP: innstilling for reaktiv delingskarakteristikk ved parallell drift.
• TRIM: justering av ekstern analog signalinnvirkning (±5 V DC).
• EXC: overeksitasjonsvern med fabrikkinnstilling og sikring

Beskyttelses- og driftsfunksjoner.

• Soft-start: gir kontrollert oppstart av generatorspenning
• Under-frequency Protection (UFRO): reduserer spenningen under lav frekvens for å beskytte motoren.
• Over-excitation Protection: inhiberer spenning ved for høy eksitasjon, skal tilbakestilles ved stopp.
• PMG-basert system: oppnår høy kortslutningsytelse og lav RF-støy.
• Droop-støtte: muliggjør synkronisering og belastningsdeling ved parallell drift.

Tilbehør og tilkoblinger.

• Ekstern trimmer for fjernjustering.
• CT-kobling for parallell drift via droop.
• Analog inngang (f.eks. fra PFC3) for styring av spenning eller effektfaktor.
• Ekstra moduler som APM, DFD og ELM kan legges til for bredere beskyttelse

Spesielt egnet for Stamford generatorer (P6, P7, S7) hvor PMG-basert AVR og parallell drift kreves.

Hovedprinsipp – hvordan MX341 virker.

1. Strømkilde (PMG):
   AVR-en forsynes av en permanentmagnetgenerator (PMG). Dette gir stabil og isolert strømforsyning, uavhengig av hoved generatorens last og spenning.

2. Spenningsovervåking:
   MX341 måler kontinuerlig generatorens utgangsspenning via måleledninger (typisk 190–264 VAC, 1-fase).

3. Sammenligning med referanse:
   Den sammenligner den målte spenningen med en innstilt referanseverdi (justerbar med potensiometeret "VOLT").

4. Regulering av eksitasjon:
   Hvis utgangsspenningen er lavere enn ønsket, øker MX341 strømmen til feltviklingen. Økt magnetfelt gir høyere spenning. Hvis spenningen er for høy, reduserer den strømmen.

5. Soft-start:
   Ved oppstart reguleres spenningen gradvis opp (typisk på 3 sekunder), for å beskytte utstyr og redusere påkjenninger.

6. Under-frekvensbeskyttelse (UFRO):
   Hvis frekvensen synker (motoren jobber for tungt eller går for sakte), reduserer AVR spenningen i takt – for å beskytte generatoren og unngå overbelastning.

7. Droop-funksjon (parallell drift):
   Hvis flere generatorer går parallelt, bruker MX341 en CT-basert droop-inngang for å sørge for at reaktiv effekt (kVAr) deles riktig. Økt reaktiv belastning gir kontrollert spenningsfall.

8. Overeksitasjonsbeskyttelse:
   Hvis eksitasjonsstrømmen blir for høy for lenge (f.eks. over 75 VDC i mer enn 10 sek), kobles eksitasjonen ut for å beskytte systemet.

Tegning over AVR MX341

Hovedprinsipp for børsteløs magnetisering

Generator uten PMG

Generator med PMG (Permanent magnet generator)

Hovedkomponentene er nummerert (forrige side):

1. Stator hoved generator.
2. Rotor hoved generator.
3. Likerettingsdel på aksling mellom hoved gen. og magnetiserings gen.
4. Rotor til magnetiserings generator.
5. Stator til magnetiserings generator.
6. Permanent magnet (rotor), roterer med aksling.
7. Stator til PMG (Permanent magnet generator).
8. Strømtransformator (CT) for parallelldrift
9. Spenningsmåling (måletrafo).
10. Kontrollenhet.
11. Kontrollenhet (EBC kontroller).
12. Kretsbryter
13. AVR (Automatic Voltage Regulator).
14. Kabler til generatorbryter (hovedtavlen).
15. CT for spenning/lastkompensasjon.
16. Kompounderende strømtransformatorer.
17. Strømtransformator for beskyttelse etter måling.
18. Effektenhet.
19. Generator.