船舶同步发电机的自动调节装置.ppt

,第十二章 船舶同步发电机的自动调节装置,§12-1 同步发电机电压的自动调节 §12-2 不可控相复励恒压原理 §12 -3 晶闸管（可控硅）自动励磁原理 §12-4 可控相复励恒压原理 §12-5 无刷同步发电机励磁恒压系统 §12-6 并联运行同步发电机无功自动分配 §12-7 调速器特性与并联有功分配 §12-8 自动调频调载原理 §12-9 自动分级卸载及自动增减机组,返回,课前提问,本章主要介绍船舶同步发电机的自动调压、调频、以及有功功率和无功功率的调节方法。,内 容 简 介,§12-1 同步发电机电压的自动调节,发电机组起动运行且转速接近额定转速时，应能使发电机可靠起励，建立额定空载电压。,一、自动调压装置的功能,为了保证高质量的供电指标，自动调压装置应具备下述的功能：,1.自励起压,Umin 发电机突加负载时的最低电压值,Umax发电机突减负载时的最高电压值,突加或突卸负载时发电机电压的变化曲线,图12-1-1突加或突卸负载时发电机电压的变化曲线,2.静态电压调整率,发电机负载端电压波动的缓慢变化可用静态电压变化率（稳态电压变化率US% 来表示：,U - 发电机在规定的负载变化范围内端电压的稳 态最大值Usmax或最小值Usmin。,Un- 发电机的额定电压（V）；,钢质海船建造及入级规范规定：,发电机从空载至满载，功率因数保持为额定值,主发电机的静态电压变化率应在2.5% 以内,应急发电机的静态电压变化率应在3.5% 以内。,3、动态电压调整率,瞬时电压波动率用动态电压变化率Ud%来表示：,Ud - 发电机突加负载或突减负载时的最高 电压Umax或最低电压值Umin。,钢质海船建造及入级规范规定：,发电机突加或突减50额定电流及功率因数不超过0.4（滞后）的对称负载时，发电机的动态电压变化率应在15% 以内，电压恢复时间不超过1.5秒。,当电压突然下降很大时，要求自动调压装置能迅速把励磁电流升高至超过额定状态的最大值，即有足够的强行励磁能力，以提高电压的上升速度。,4.强行励磁,钢质海船建造及入级规范规定：,并联运行的交流发电机组，当负载在额定功率的20%100%范围内变化时，各发电机实际承担的无功功率与按发电机各自的容量比例计算值之差不应超过发电机最大额定无功功率的10% 。,5.合理分配发电机的无功功率,二、自动调压装置的分类,励磁电流是由与同步发电机组同轴的直流励磁发电机提供。由于直流励磁机的电磁惯性较大，而且有电刷和换向器，可靠性差，维护管理不便，不宜在船舶电站中使用。,（1）直流励磁机他励方式,1.按照直流励磁电流的获得方式区分,（2）静止自励方式,利用交流同步发电机发出的交流电经整流提供给转子励磁绕组的自励方式获得了广泛的应用。静止自励方式简单、可靠，特别适用于容量较小的船舶同步发电机。同时，由于其电磁惯性较小，因此具有优良的动态性能。,（3）交流励磁机他励方式,以交流励磁机他励的无刷励磁方式。由于这种励磁方式使整个机组的旋转部分和静止部分没有任何滑动电接触，去掉了电刷和滑环，因此可靠性好，管理方便。,2按照自动调压的作用原理区分,当发电机的输出电压与给定电压出现偏差（U）时，调节器根据U的大小和极性对励磁电流进行调节，以维持端电压恒定。,（1）按电压偏差调节,特点: 属于闭环调节系统，静态性能好， 调压精度高。但动态特性差。,(2)按负载扰动调节,发电机端电压变化的是由于负载扰动引起的(I a,con)，调节装置直接测量扰动量，根据扰动量的变化来进行调节，使发电机的端电压恒定。,特点: 属于开环调节系统，具有结 构简单，工作可靠，强励能 力强，动态性能好等特点。 但静态性能较差，调压精度低。,（3）复合调节,3、按励磁装置的组成元件区分：,复合调节即为按负载和电压偏差的综合调节，它是在按负载调节的基础上采用自动电压调节器（AVR）。是一种较理想的励磁调节器，广泛用于船舶电站中。,相复励励磁装置,三次谐波励磁装置,可控硅励磁装置等,§12-2 不可控相复励恒压原理,具有优良的动态性能，并能在恶劣的环境下可靠地工作。它是一个开环控制系统。,一、相复励自励恒压装置, 既反映电流的大小，也能反映电流的相位的线路 称为相位复励线路，简称相复励线路。,对于同步发电机而言，端电压U变化不仅与电流的大小有关，而且还与电流的相位有关。,为维持端电压不变，必须按调节特性进行励磁调节。,通常可归纳为三种方式：,按电流叠加的相复励,按电磁叠加的相复励,按电势叠加的相复励, 相复励装置调节特性的规律是按电流的大小及相 位进行补偿的。,G同步发电机, Nf同步发电机的励磁绕组 , CT电流互感器, X移相电抗 , D1D6二极管三相整流器。,电流叠加相复励自励恒压装置,.,设电路为三相对称，电流互感器不饱和。,1.等值电路,图12-2-2 电流叠加相复励单线原理图,图12-2-3 电流叠加相复励等值电路,根据叠加原理，总的交流励磁电流为：, x R，上式可近似的写成：,励磁电流的电流分量，即复励分量；,励磁电流的电压分量，即空载分量；,交流侧励磁电流；,滞后于电压的角度即为功率因数角。是用来 产生电流补偿和相位补偿的,当发电机的负载 发生变化引起电压变化时,复励分量起着自动 调节电压的作用。,（1）、 空 载 分 量（自 励 分 量）：,在数值上IV = U/x，相位上滞后于电压90角，是 励磁电流的基本分量，由它来决定发电机的输出 电压的大小；,（2）、复 励 分 量：,2、补偿原理,（1）复励原理：当负载的功率因数cos不变，而 负载电流的幅度增加时。,I ，由于去磁及漏阻抗压降 U ，而电流 补偿的结果使 If U ，从而起到恒压的目的。,（2）相位补偿原理： 当负载的电流大小不变，设功率 因数角由增加到（感性）。,Cos ，由于去磁作用 U ，而相位补偿 的结果使 If U ，从而起到恒压的目的。,移相电抗器（复励阻抗）是一个关键部件。,1、使复励成为可能,若x=0，则 IF 与 Ii 无关。,2、使相位补偿成为可能,A、若复励阻抗是电阻,此时可以实现复励，但不能实现相位补偿。,B、若复励阻抗是电容,同样只能实现复励，不能实现相位补偿。,三.电磁叠加的相复励自励恒压装置,Tr三绕组相复励变压器, N1电压绕组, N3电流绕组, N2输出绕组, Nf励磁绕组, D1D6 二极管三相整流器,用单相电路来表示，根据变压器的工作原理可以写出磁势的平衡方程式为：,电磁叠加型可通过调整匝数比获得更好的相复励恒压特性。,四、交流侧电势叠加的相复励自励恒压装置,根据该电压串联等效电路可得交流励磁电流为：,分路电抗 xS 的作用 是实现复励和相位补偿不可缺少的关键元件。可用电流互感器的励磁电抗兼做分路电抗器,采用在电流互感器铁芯中加气隙的办法来减小电流互感器的励磁电流（等效于并联一个电抗）。,五、相复励装置的起压和参数调整,1、相复励装置的起压,有两条曲线：,（1）空载特性曲线 U0=f(If),（2）自励回路的理想励磁特性曲线,分析起压过程：,剩磁通,稳定在A点,3.励磁电路的电阻要适当。,发电机的自励起压条件:,1.发电机要有剩磁；,2.励磁电流磁场与剩磁场方向相同；,4.转速要适当。,实际上，由于自励回路是一个非线性电路。在起压过程中，阻抗是变化的，所以使起压过程变得复杂。,起压方法：,（1）抬高曲线1，即 充磁起压,（2）降低曲线2，即 强行起压,普遍采用并联谐振电容解决起压的问题。,=,起压时，发电机处于空载状态，即I0。剩磁电压产生的励磁电流为（此时R趋向于无穷大）：,图12-2-8 相复励装置接入起压电容后的等效电路,说明复励分量的作用较强或较弱,可调整电流互感器CT的匝数或三绕组相复励变压器电流线圈N3的匝数或输出绕组N2的匝数。,2、相复励恒压装置的参数调整,A、空载电压偏低：,可增加移相电抗器x 的气隙或减少线圈 匝数（如果有抽头的话）或增加电压绕组N1的匝数,使励磁电流增加,电压升高。,B、电压偏高：与上述调整相反。,C、发电机有载时,电压与空载时差别较大：,§12-3 晶闸管(可控硅)自动励磁原理,晶闸管励磁装置主要包括：,测量比较电路,移相触发电路,晶闸管主电路,起励和保护电路,它是闭环控制系统，要求起压时正反馈，调节时负反馈。,包括测量整流电路和滤波电路。,一、测量比较电路,由电压测量、比较整定环节组成。,1、测量电路,滤波电路有型滤波、双T型滤波和桥式滤波等。,三相测量六相整流电路图,作用：把测量整流电路输出的电压与基准电压相比较， 得到一个反映发电机电压偏差的直流电压信号。,当UinUZ时： Uout= UZ（UinUZ）2 UZUin ,励磁系统呈现负反馈的特性。,图12-3-2 双稳压管桥式比较电路,2、比较整定电路,当UinUZ时： 比较电路的输出电压Uout= Uin，励磁系统呈正反馈特性。,二、移相触发电路,三.、可控整流主电路,有单相半波、单相桥式、三相桥式可控整流电路等几种。,主要有： 阻容吸收电路、硒堆吸收保护及快速熔断器等。,图12-3-3 人工触发起动励磁线路图,四、保护和起励电路,§12-4 可控相复励恒压原理,不可控相复励,优点：,（1）顺利起动,（2）动态性能好,（3）强励性能好,缺点：,（1）调压精度较低（35%）,（a）单线原理图,为了提高电压的调节精度，广泛采用相复励加电压偏差的复合式励磁装置（可控相复励自动调压装置）。,一、可控相复励变压器式可控相复励装置,（b）等效电路图,用饱和电抗器取代固定的移相电抗器。,二、可控移相电抗器式可控相复励装置,（b）等效电路图,在整流器的交流侧并联一三相饱和电抗器，进行交流侧的分流控制,以达到调压的目的。,图12-4-3可控电抗器分流的可控相复励装置,三、可控电抗器分流的可控相复励装置,晶闸管并联在相复励装置的交流侧实现交流侧的分流作用。,图12-4-4 交流侧晶闸管分流的可控相复励装置,四、交流侧晶闸管分流的可控相复励装置,与交流侧晶闸管分流的可控相复励装置不同的是晶闸管并联在直流侧。,五、直流侧晶闸管分流的可控相复励装置,图12-4-5 直流侧晶闸管分流的可控相复励装置图,可控相复励,优点：,（1）调压精度高,（2）动态性能好,（3）强励性能好,（4）无功功率分配均匀,（5）起励可靠,