Spenningsregulator

I generatorar, særskilt i maritime anlegg, nyttast ein spenningsregulator for å sikre at utgangsspenninga frå generatoren held seg stabil, sjølv om lasta eller turtalet på drivmaskina endrast.

AVR (Automatic Voltage Regulator)

Korleis fungerer ein AVR

AVR-en jobbar kontinuerleg for å halde spenninga innanfor ønska nivå ved å kontrollere magnetfeltet i generatoren. Dette skjer i følgjande steg:

Måling av utgangsspenning.

• AVR-en overvåkar utgangsspenninga frå generatoren og samanliknar den med ein førehandsinnstilt referanseverdi.

Samanlikning og feildeteksjon.

• Dersom spenninga er for lav, aukar AVR-en straumen til feltviklinga i generatoren, noko som forsterkar magnetfeltet og aukar spenninga.
• dersom spenninga er for høg, vert feltstraumen redusert, slik at magnetfeltet svekkast og spenninga vert senka.

Regulering og stabilisering.

• AVR-en justerer kontinuerleg feltstraumen for å halde spenninga frå generatoren stabil, sjølv når belastninga på systemet endrar seg.

Fordelar med AVR i generatorar

• Stabil spenning – Hindrar svingingar som kan skade elektrisk utstyr.
• Automatisk tilpassing – Regulerer spenninga utan behov for manuelle justeringar.
• Forbetra spenningskvalitet – Reduserer overspenning, underspenning og spenningsforstyrringar
• Optimal reaktiv effektkontroll – Viktig ved parallellkopling av generatorar.

AVR i parallellkopling av generatorar

Når fleire generatorar køyrer parallelt, må AVR-ane:

• Sikre lik spenning på alle generatorane for å unngå ubalansar.
• Fordele reaktiv effekt mellom generatorane, slik at éin generator ikkje overbelastast medan ein annan jobbar for lite.

Vanlege typar AVR-ar

1. Analog AVR – Enkle regulatorar som nyttar elektriske kretsar til å justere spenninga.
2. Digital AVR – Meir presise og programmerbare einingar som gjev betre regulering og kan fjernstyrast.
3. Hybrid AVR – Kombinerer analoge og digitale komponentar for auka stabilitet og fleksibilitet.

Vanlege innstillingar på ein AVR

1. Output Voltage (Spenningsnivå)

• Kva det gjer: Fastset den nominelle utgangsspenninga frå generatoren (t.d. 400 V).
• Justerast for: Å kalibrere eller korrigere utgangsspenninga til ønska verdi.

2. Stability / Gain.

• Kva det gjer: Regulerer kor raskt og kraftig AVR-en reagerer på spenningsendringar.
• Justerast for:
  • For lav verdi → treig regulering
  • For høg verdi → risiko for oscillasjonar eller ustabilitet.

3. Droop / Parallel Operation.

• Kva det gjer: Aktiverer og justerer «droop»-funksjonen til spenninga ved belastning, viktig ved parallellkøyring av generatorar.
• Justerast for: Å sørgje for riktig reaktiv lastdeling mellom generatorar i parallell.

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

• Kva det gjer: Reduserer spenninga automatisk ved lav frekvens for å verne generator og tilkopla einingar.
• Justerast for: Å stille inn startpunkt (t.d. 47 Hz) og sensitivitet på senking av spenning ved frekvensfall.

5. Voltage Trim / Remote Voltage Adjustment.

• Kva det gjer: Tillet ekstern finjustering av spenninga via PLS, potmeter eller kontrollsystem (ofte 0–5 V eller 4–20 mA signal).
• Justerast for: Fjernstyring av spenningsnivå under drift.

6. Overexcitation / Overvoltage Protection.

• Kva det gjer: Vernar generatoren ved for høg magnetisering eller utgangsspenning.
• Justerast for: Å sette terskelverdi der vernet skal aktiverast (dersom det er justerbart på aktuell AVR-type).

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

• Kva det gjer: Vel om AVR skal lese alle tre fasar eller berre éin.
• Justerast for: Riktig deteksjon av nettilhøve, avhengig av tavlekonfigurasjon og belastningstype.

På meir avanserte AVR-ar (digital/regulerbare typar, som DEIF, Stamford m.fl.):

• Parameter stillast inn via:
  • Display og knappar.
  • PC-programvare (via USB/RS485).
  • DIP-switchar.
• Ein kan også ofte stille:
  • Reaktiv effektregulering (VAr sharing).
  • Spenningsrampar ved innfasing (soft voltage ramp-up).
  • PID-verdiar.
  • Vernegrenser for UV, OV og OC.

Stamford AVR MX341 – Automatic Voltage Regulator

Tekniske spesifikasjonar for Stamford AVR MX34

• 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, kontinuerleg 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,
  • Feltstraum når 90 % på 80 ms,
  • Generatorvolum når 97 % på 300 ms
• Under-frekvens vern: trer inn ved \~95 % av nominell frekvens, reduserer spenning frå generatoren 170 % ned til 30 Hz.
• Ekstern volt justering: ± 10 % ved 1 kΩ, 1 W potmeter.
• Overeksitasjon: utløyser ved 75 V DC etter 10 sek.
• Quadrature droop input (Inngang for regulering av spenningsfall [droop] basert på reaktiv effekt): for parallell drift, sensitivitet 0.07 A gir 5 % droop

Kontrollpanel og justering.

MX341 kjem med fleire potensiometer og brytarar:

• VOLTS: justerer den nominelle spenninga frå generatoren.
• STAB: dempeinstilling for å hindre "voltage hunting".
• UFRO: set knekkpunkt og nivå for under-frequency roll-off.
• DIP: justerer kor kraftig spenningsfallet er ved frekvensfall (t.d. turbo-lastar).
• DROOP: innstilling for reaktiv delingskarakteristikk ved parallell drift.
• TRIM: justering av ekstern analog signalinnvirkning (±5 V DC).
• EXC: overeksitasjonsvern med fabrikkinnstilling og sikring.

Vern- og driftsfunksjonar.

• Soft-start: gjev kontrollert oppstart av generatorspenning
• Under-frequency Protection (UFRO): reduserer spenninga under lav frekvens for å beskytte motoren.
• Over-excitation Protection: inhiberer spenning ved for høg eksitasjon, skal tilbakestillast ved stopp.
• PMG-basert system: oppnår høg kortslutningsyting og lav RF-støy.
• Droop-støtte: mogleggjer synkronisering og belastningsdeling ved parallell drift.

Tilhøyrande utstyr og tilkoplingar.

• Ekstern trimmar for fjernjustering.
• CT-kopling for parallell drift via droop.
• Analog inngang (t.d. frå PFC3) for styring av spenning eller effektfaktor.
• Ekstra modular som APM, DFD og ELM kan leggast til for breiare vern.

Særskilt eigna for Stamford generatorar (P6, P7, S7) der PMG-basert AVR og parallell drift krevast.

Hovudprinsipp – korleis MX341 virkar.

1. Straumkilde (PMG):
   AVR-en forsynast av ein permanentmagnetgenerator (PMG). Dette gjev stabil og isolert straumforsyning, uavhengig av last og spenning frå hovudgeneratoren.
2. Spenningsovervåking:
   MX341 måler kontinuerleg generatoren sin utgangsspenning via måleleidningar (typisk 190–264 VAC, 1-fase).
3. Samanlikning med referanse:
   Den samanliknar den målte spenninga med ein innstilt referanseverdi (justerbar med potensiometeret "VOLT").
4. Regulering av eksitasjon:
   Dersom utgangsspenninga er lavare enn ønska, aukar MX341 straumen til feltviklinga. Auka magnetfelt gjev høgare spenning. Dersom spenninga er for høg, reduserer den straumen.
5. Soft-start:
   Ved oppstart regulerast spenninga gradvis opp (typisk på 3 sekund), for å beskytte utstyr og redusere påkjenningar.

6. Under-frekvensvern (UFRO):
   Dersom frekvensen fell (motoren jobbar for tungt eller går for sakte), reduserer AVR spenninga i takt – for å beskytte generatoren og unngå overbelastning.

7. Droop-funksjon (parallell drift):
   Dersom fleire generatorar går parallelt, nyttar MX341 ein CT-basert droop-inngang for å sørgje for at reaktiv effekt (kVAr) delast riktig. Auka reaktiv belastning gjev kontrollert spenningsfall.

8. Overeksitasjonsvern:
   Dersom eksitasjonsstraumen blir for høg for lenge (t.d. over 75 VDC i meir enn 10 sek), koplast eksitasjonen ut for å beskytte systemet.

Teikning over AVR MX34

Tilkoplingar til Stamford MX341 AVR

MX341 har fleire inngangar og utgangar som er nødvendige for at den skal fungere korrekt:

1. Spenningstilføring.

   • Terminalar: 3 & 4.
   • Tilkopling: Frå hjelpevikling eller PMG (ved bruk).
   • Type: 170–220 VAC, 50/60 Hz (vanlegvis 2-fase, ofte frå ei separat vikling i statoren).
   • Funksjon: Gjev straum til AVR slik at den kan regulere feltet.

2. Spenningsovervåking (Sensing).

   • Terminalar 1 & 2.
   • Tilkopling: Generatoren sin 3-fase utgang (to fasar).
   • Type: 0–300 VAC, 50/60 Hz.
   • Funksjon: AVR overvåkar utgangsspenninga frå generatoren og justerer magnetisering etter ønska verdi.

3. Feltutgang (DC-feltspenning).

   • Terminalar: F1 & F2.
   • Tilkopling: Til statorviklinga til exciteren.
   • Type: DC, opptil ca. 90 VDC / 4 A.
   • Funksjon: AVR leverer straumen som magnetiserer generatoren sin rotor via exciter.

4. Straumtransformator for kompensasjon.

   • Terminalar: 6 & 7.
   • Tilkopling: Sekundærsida av ein straumtransformator (CT), gjerne på ein fase.
   • Type: 1 A eller 5 A CT sekundær.
   • Funksjon: Nyttast for load compensation (kompoundering). Aukar feltstraumen ved høg last.

5. Parallell drift / Droop signal.

   • Terminalar: 6 & 7 også nytta for droop CT.
   • Når to generatorar går parallelt, kan MX341 nytte droop CT-signalet til å redusere feltet litt ved auka last → gjev lastdeling.

6. Ekstern spenningsjustering (VOLT).

   • Terminalar: P2 & P3.
   • Tilkopling: Ekstern potensiometer (1 kΩ, 1 W tilrådd).
   • Funksjon: Manuell justering av utgangsspenning (±10–15 % typisk).
   • Dersom ikkje nytta: Terminalar P2 og P3 koplast saman med jumper.

7. Droop justering (ekstern).

   • Terminalar: P5 & P6.
   • Tilkopling: Ekstern pot for droop-justering (om ønskjeleg).
   • Dersom ikkje nytta: Terminalane kan stå åpne.

Oppsummeringstabell

Spesialtips

Hovudprinsipp for børstelaus magnetisering

Generator utan PMG

Generator med PMG (Permanent magnet generator

Hovudkomponentane er nummerert (over / forrige side):

1. Stator hovud generator.
2. Rotor hovud generator.
3. Likerettingsdel på aksling mellom hovud 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. Straumtransformator (CT) for parallelldrift
9. Spenningsmåling (måletrafo).
10. Kontrolleining.
11. Kontrolleining (EBC kontroller).
12. Kretsbrytar
13. AVR (Automatic Voltage Regulator).
14. Kablar til generatorbrytar (hovudtavla).
15. CT for spenning/lastkompensasjon.
16. Kompounderande straumtransformatorar.
17. Straumtransformator for vern etter måling.
18. Effekteining.
19. Generator.