1、1第五章第五章 船舶同步发电机的自动调船舶同步发电机的自动调节装置节装置教学目的：教学目的：使学生熟悉调压器的类型、可控硅及可控相复励恒压的原理和性能、无刷发电机的特性；掌握不可控相复励恒压装置的原理、性能及调节；掌握并联运行无功功率和有功功率的调节及性能；了解自动调频调载和自动分级卸载的原理和性能、掌握其使用。重点：不可控相复励恒压装置的原理、性能及调节；并联运行无功功率和有功功率的调节及性能。难点：不可控相复励恒压装置的原理；并联运行无功功率和有功功率的性能。计划课时：12节左右。25-1 同步发电机电压的自动调节5-2 不可控相复励恒压原理5-3 晶闸管（可控硅）自动励磁装置5-4 可控
2、相复励恒压原理5-5 无刷同步发电机励磁恒压系统（属于他励）5-6 并联运行同步发电机无功自动分配5-7 调速特性与并联有功分配5-8 自动调频调载原理（见书）5-9 自动分级卸载及自动增减机组3PLC4自自动动化化设设备备5主主机机自自控控65-1 同步发电机电压的自动调节 保证供电品质的两个重要指标是：保证供电品质的两个重要指标是：电压和频率恒定电压和频率恒定。一、一、自动调压装置的功能自动调压装置的功能作用：作用：发电机起动后转速接近额定转速时，能建立额发电机起动后转速接近额定转速时，能建立额定空载电压；当负载大小和负载性质变化时，能定空载电压；当负载大小和负载性质变化时，能自动保持电压
3、基本恒定。还有均匀分配无功功率自动保持电压基本恒定。还有均匀分配无功功率的功能。的功能。品质要求：品质要求：静态和动态指标静态和动态指标（见下）（见下）均满足均满足海船规范海船规范要求。要求。71自励起压：自励起压：同步发电机转子励磁电流，是由三相输出电压经整流而形成，这就是自励；起励电流在二极管死区电压内不能导通，故转子要有剩磁外，还要有起压措施。2静态电压调整率静态电压调整率（见书）要求：主发电机：主发电机：2.5%以内；以内；应急发电机：应急发电机：3.5%以内。以内。3动态电压调整率动态电压调整率（见书）要求：突加（减）突加（减）50%Ie cos 0.4 0.4 调整率调整率15%1
4、5%以以内内 tt1.5s1.5s。4 4强行励磁强行励磁 负载突变或短路故障消除后电压可迅速恢复。5 5合理分配发电机的无功功率合理分配发电机的无功功率 要求：（见书讲）P=20100%Pe时，Q Q按比例分配，按比例分配，Q Q|10%|Qmax|10%|Qmax。8二自动调压装置分类二自动调压装置分类1按直流励磁电流获得方式分按直流励磁电流获得方式分 1）直流励磁机他励方式 同轴直流励磁机有电刷和换向器、不宜在船上使用。2）静止自励方式 经整流供转子励磁、主要使用方法。3）交流励磁机他励方式 无电刷、滑环、发展方向。2按照自动调压的作用原理分按照自动调压的作用原理分 1）按电压偏差调节：
5、静态性能好；）按电压偏差调节：静态性能好；2）按负载扰动调节：动态性能好。）按负载扰动调节：动态性能好。3）复合调节：静、动态性能都较好。3按照励磁装置的组成元件分按照励磁装置的组成元件分 相复励（最多）、三次谐波、晶闸管等。95-2 不可控相复励恒压不可控相复励恒压原理 1同时按负载电流和负载功率因数进行同时按负载电流和负载功率因数进行调节，前者为复励补偿、后者为相位调节，前者为复励补偿、后者为相位补偿，合称相复励补偿，合称相复励。2动态性能好动态性能好、有好的强励能力 3分电流叠加、电磁叠加、电势叠加三分电流叠加、电磁叠加、电势叠加三种种。10Gx C1C2C3CTNfRCD1D6电流叠加
6、相复励自励恒压装置电流叠加相复励自励恒压装置11由电流互感器、电抗器（主要作用移相）、三相电抗器（主要作用移相）、三相桥式整流器及并联的桥式整流器及并联的R与与C或硒堆（过压保护）、或硒堆（过压保护）、电容（电容（作用作用起压起压）和励磁绕组等组成。2基本原理基本原理二、二、电流叠加相复励自励恒压装置电流叠加相复励自励恒压装置 1电路（见书）电路（见书）单相电路单相电路见下：1213 4性能性能 1）Iv的相量为励磁电流的的相量为励磁电流的空载空载分量，其作用是决定发分量，其作用是决定发电机空载输出电压的大小；空载电压偏低、说明电机空载输出电压的大小；空载电压偏低、说明Iv分量偏分量偏小。小。
7、2）Ii的相量为励磁电流的的相量为励磁电流的复励复励分量，其作用是产生电分量，其作用是产生电流补偿和电压补偿；接负载后电压偏低、说明流补偿和电压补偿；接负载后电压偏低、说明Ii分量偏分量偏 小。小。3）Iv分量适当，分量适当，Ii分量太强、发电机外特性上翘；分量太强、发电机外特性上翘；Ii分分量太弱、发电机外特性严重下斜。量太弱、发电机外特性严重下斜。三、三、电磁叠加电磁叠加的相复励自励恒压装置 1特点：特点：动态性能更好动态性能更好。2组成：组成：同上、增加了一个三绕组变压器（N1、N2、N3为电压、输出、电流绕组）。3原理：原理：İf（N1/N2）İv+（N3/N2）İ i1415四、交流
8、侧电势叠加的相复励自励恒压装置四、交流侧电势叠加的相复励自励恒压装置（见书）（见书）五、相复励装置的起压和参数调整五、相复励装置的起压和参数调整 1起压起压 初始空载电压小、整流二极管不能导通、利用利用电容（与整流桥交流侧三角形连接）和移相电抗电容（与整流桥交流侧三角形连接）和移相电抗器串联谐振产生大电流起压器串联谐振产生大电流起压。2参数调整参数调整 1）调空载电压调空载电压 电流叠加：增加移相电抗器（三相铁心线电流叠加：增加移相电抗器（三相铁心线 圈）气隙或减少其线圈匝数圈）气隙或减少其线圈匝数；L=(SN)/lXlIvE 或：NLE 16电磁叠加：增加电压绕组的匝数电磁叠加：增加电压绕组
9、的匝数 N1E1、U1=4.44fN1IvIlE 2）调负载电压调负载电压 电流叠加：减少电流互感器二次绕组匝数电流叠加：减少电流互感器二次绕组匝数Ni2Ii(电流比与匝数成反比)IlU 电磁叠加：增加电流绕组的匝数电磁叠加：增加电流绕组的匝数 İf（N1/N2）İv+（N3/N2）İ i175-3 晶闸管（可控硅）自动励晶闸管（可控硅）自动励磁装置磁装置 特点：特点：属按属按电压偏差调电压偏差调节、静态性节、静态性能好能好。一、一、测量比较电测量比较电路路 1测量电路 将 发 电 机端电压测量后整流为直流。182比较电路 1)1)UinUz：UoutUin（Dz相当于开路）起励 2 2）Ui
10、nUz：Uout2UzUin URUinUz UoutUzURUz-（UinUz）2UzUin UinUout（负反馈）稳压19二、二、移相触发电路移相触发电路 根据Uout大小和正负、控制可控硅的导通角 （控制角）。三、三、可控整流主电路可控整流主电路 利用可控整流作励磁。四、保护和起励电路四、保护和起励电路 采用阻容保护，使晶闸管不因过压、过流损 坏；采用人工触发起励（书图），利用蓄电池向晶利用蓄电池向晶闸管提供触发电压闸管提供触发电压，因剩磁电压其脉冲不能使晶闸管导通。205-4 可控相复励恒压可控相复励恒压原理原理性质性质：根据电压偏差和负载电流综合调节根据电压偏差和负载电流综合调节；
11、在相复励的基础上加一个按电压偏差调节的装置。一、一、变压器式（书图）变压器式（书图）反应电压偏差的AVR（自动电压调节器）控制变压器铁芯饱和程度恒压。二、二、移相电抗器式（书图）移相电抗器式（书图）AVR控制移相电抗器饱和程度恒压：U UA V R I 电 抗 器 x 饱 和 程 度 XLIVIFILU 在在AVRAVR和电流互感器、电压互感器之间接电流和电流互感器、电压互感器之间接电流稳定装置电阻，实现无功自动调节。稳定装置电阻，实现无功自动调节。三、四、五、三、四、五、（见书见书）215-5无刷同步发电机无刷同步发电机励磁恒压励磁恒压系统（系统（属于他励属于他励）一、结构及特点一、结构及特
12、点 1励磁机电枢励磁机电枢EX（转子）与发电机（转子）与发电机G励磁励磁Nf（转子）同轴，（转子）同轴，励磁机电枢电流经整流后作发电机励磁；励磁机电枢电流经整流后作发电机励磁；2励磁机励磁绕组励磁机励磁绕组F1、F2的电流决定于的电流决定于G输出的电流、电压；输出的电流、电压；3无刷同步发电机的关健问题是由于具有旋转硅整流器，从无刷同步发电机的关健问题是由于具有旋转硅整流器，从而去掉了滑环和炭刷而去掉了滑环和炭刷。二、恒压原理二、恒压原理 EX的励磁电流由相复励和的励磁电流由相复励和AVR两部分构成，两部分构成，EX输出电流经整流后作为输出电流经整流后作为G的励磁，的励磁，G的电压为综合调节。
13、的电压为综合调节。三、无功功率的自动调整三、无功功率的自动调整 无刷同步发电机并联运行，为无刷同步发电机并联运行，为使使无功功率自动均匀分配，设有差无功功率自动均匀分配，设有差动动电流互感器电流互感器（两机互（两机互感器二次侧电流平衡）感器二次侧电流平衡）的无功补偿装置的无功补偿装置。225-6并联运行同步发电机无功自动分配一、无功功率分配的基本原理一、无功功率分配的基本原理 1调发电机励磁电流，即调无功功率（也调电压）调发电机励磁电流，即调无功功率（也调电压）（直流发电机调励磁电流，即调有功功率）。因（直流发电机调励磁电流，即调有功功率）。因有恒压装置、当有恒压装置、当（部分）（部分）电网功
14、率因数降低时，仅使电网功率因数降低时，仅使发电机容量不能充分利用、发电机容量不能充分利用、（整个）（整个）线路功率因数降线路功率因数降低低。2QF（发电机总无功功率）=QL（负载）并车时：调励磁电流使并车时：调励磁电流使Q运运、Q并并 Q运运+Q并并=QL Q运运=Q并并（或按比例分配）解例相反。（或按比例分配）解例相反。容量相同的两机并联，电流表读数相同、功容量相同的两机并联，电流表读数相同、功率因数表读数不同，则有功和无功分配都不均率因数表读数不同，则有功和无功分配都不均。233调压特性（书图）调压特性（书图）1）一般为有差特性、两台机特性很难一般为有差特性、两台机特性很难一致；一致；2）
15、负载变化，通过调励磁、使电压稳负载变化，通过调励磁、使电压稳定但略有变化，出现定但略有变化，出现 无功分配不均；无功分配不均；3）电压下降，斜率绝对值大的无功分电压下降，斜率绝对值大的无功分配少，斜率小的无功分配多（电压升高相配少，斜率小的无功分配多（电压升高相反）反）。二、二、均压线均压线连接连接 作用：作用：实现无功功率的自动调节实现无功功率的自动调节使使无功无功均匀分配均匀分配，适用于相复励，适用于相复励 的发电机的发电机。241直流均压线直流均压线：并联运行发电机励磁绕组用两根均压线并接；使发电机励并联运行发电机励磁绕组用两根均压线并接；使发电机励磁电流随无功负载变化而相应变化，保证无
16、功分配均匀；磁电流随无功负载变化而相应变化，保证无功分配均匀；适用于适用于容量相同容量相同、同型号的发电机、并车冲击电流小、同型号的发电机、并车冲击电流小。2交流均压线交流均压线：并联运行发电机电压调整器的移相电抗器并联连接；并联运行发电机电压调整器的移相电抗器并联连接；直流均压电流小、更直流均压电流小、更适用于容量不同的发电机适用于容量不同的发电机、并车冲击、并车冲击电流大。电流大。3要求：要求：均压电路连接要可靠，均压线电阻要小；视并联运行均压电路连接要可靠，均压线电阻要小；视并联运行发电机容量同与不同设置不同的均压线发电机容量同与不同设置不同的均压线。三、三、调差装置调差装置（见书）（见
17、书）适用于适用于按电压偏差调节按电压偏差调节的可控恒压装置的可控恒压装置。（可控相复励用调差装置）（可控相复励用调差装置）255-7 调速特性与并联有功分配 要求：要求：（见书）P=20100%Pe时，时，P均匀分配（均匀分配（P相等）：相等）：P|10%|P （P1=P2=P）或按比例分配：或按比例分配：P|10%|Pmax P|20%|Pmin一、调速器及其调速特性一、调速器及其调速特性 1调速器调速器（见辅机）：（调有功）（调有功）发电机原动机调速器伺服电动机的控制开关（或手发电机原动机调速器伺服电动机的控制开关（或手柄）（装在发电机控制屏上），标有柄）（装在发电机控制屏上），标有“快快
18、”（正转）、（正转）、“慢慢”（反转）；（反转）；“快快”对应调节调速器的对应调节调速器的弹簧预紧弹簧预紧力增加、柴油机油门开度增大力增加、柴油机油门开度增大。（频率不稳多由调速器引起）（频率不稳多由调速器引起）262调速特性调速特性f(n)=f(P):分有差（主要）、无差（很少）；（见下）人为调节弹簧预紧力增加弹簧预紧力增加、可使调速特性上移可使调速特性上移ab，相反成立；工作点从工作点从mn时，时，弹簧预紧力不变弹簧预紧力不变（假（假设）设）、柴油机油门开度增大。（见下）、柴油机油门开度增大。（见下）3性能：性能：1）两机调速特性均为有差特性，当电网负荷变化时，两机调速特性均为有差特性，当
19、电网负荷变化时，能自动地、稳定地能自动地、稳定地按比例按比例（假设（假设P不同）不同）分配有功功率，两机分配有功功率，两机能稳定的并联运行（特性不一致有功分配不均，最理想为能稳定的并联运行（特性不一致有功分配不均，最理想为有差一致）有差一致）.2）调速特性均为无差特性不能并联运行；调速特性均为无差特性不能并联运行；3）一台有差特性与一台无差特性并联运行，一台有差特性与一台无差特性并联运行，频率不变当电网负荷变化时，总功率的变化量全部由无差特性发电当电网负荷变化时，总功率的变化量全部由无差特性发电机承担机承担（不能均匀的分配有功功率），有差特性发电机（不能均匀的分配有功功率），有差特性发电机承担
20、有功功率不变承担有功功率不变。274要求：要求：调速器的调差率既特性曲线的下降率为调速器的调差率既特性曲线的下降率为3 5%。二、发电机并联运行的有功功率分配二、发电机并联运行的有功功率分配 1并联均功，运行时频率偏低，应同时调两并联均功，运行时频率偏低，应同时调两机调速开关指机调速开关指“快快”，偏高相反，偏高相反。2无差特性因负载变化、频率不变，频率变它与有差特性无交点（运行点），不能并联。3两台有差特性不一致时并联（见图）28 原来均功两机负载变化后，两机承担有功功率不一致。例如：例如：P1=P2（均功）（均功）P（投入大负荷如起货机）（投入大负荷如起货机）f(n)P2(K斜率、斜率、调
21、差率小调差率小)P1(K大大)（同时两机的（同时两机的功率都增加）（切除大负荷相反）功率都增加）（切除大负荷相反）。一台应减油门、另一台应加油门（见图），使两机承担功率一致。即调两机调调两机调速器进行有功的分配和转移速器进行有功的分配和转移。29三、三、有功功率的转移操作有功功率的转移操作 分A机运行、B机并入，AB机运行、B机退出（下图图为重点图为重点）；又分功率相等，功率不等共四种情况。例：A机运行、机运行、B机并入，机并入，AB机功率相等（其余类似）。机功率相等（其余类似）。调调A机调速开关减速（即减油门、弹簧预紧力松），同时机调速开关减速（即减油门、弹簧预紧力松），同时B机调速开关加速
22、；观看频率不变、如频率减少只调机调速开关加速；观看频率不变、如频率减少只调B机机调速开关加速，频率增加只调调速开关加速，频率增加只调A机调速开关减速；调节机调速开关减速；调节 到：到：PA=P PA=（1/2）P；PB=0PB=（1/2）P30性能：如均功的两机如均功的两机A机转移负荷到机转移负荷到B机，只调机，只调A机调速开关减速机调速开关减速电网频率减少；只调电网频率减少；只调B机调机调速开关加速速开关加速电网频率增加。电网频率增加。四、四、解列并入电网运行的发电机操作步骤解列并入电网运行的发电机操作步骤 转移负载转移负载拉闸拉闸停原动机停原动机315-8 自动调频调载原理（见书）1定义：
23、定义：在发电机并联运行时协助原动机调在发电机并联运行时协助原动机调速器对电网电压的频率和有功功率进行调速器对电网电压的频率和有功功率进行调整的装置。整的装置。2作用：作用：保证电网电压的频率恒定；按并联保证电网电压的频率恒定；按并联运行机组的容量比例进行负荷分配；接到运行机组的容量比例进行负荷分配；接到解列指令、自动转移负荷（不能根据电网解列指令、自动转移负荷（不能根据电网负荷的大小自动调整发电机的台数）。负荷的大小自动调整发电机的台数）。3特点：特点：只能在发电机并联运行时投入工作。只能在发电机并联运行时投入工作。325-9 自动分级卸载及自动增减机组一、一、自动分级卸载装置作用：根据过载电
24、流的大小和负载的重要性，按一定的根据过载电流的大小和负载的重要性，按一定的时间间隙、自动分级切除次要负载，使发电机退出时间间隙、自动分级切除次要负载，使发电机退出过载状态；保证发电机正常工作和主要负载连续供过载状态；保证发电机正常工作和主要负载连续供电；同时还可进行短路、过载和欠压保护电；同时还可进行短路、过载和欠压保护。ZFX1原理原理（见书）1检测电流：检测电流：三相电流信号变换电流检测信号 2分级卸载（重点见前）分级卸载（重点见前）1）I 110%I N 延时58s 第一级卸载跳闸 2）仍 I 110%I N 延时817s 第二级卸载跳闸333短路和持续过载保护短路和持续过载保护 1）电路短路，不经电流检测产生信号，使发电机主开关瞬时跳闸；2）两级卸载后仍过载，根据反时限原则、使主开关跳闸。4欠压保护（重点见前）欠压保护（重点见前）U5060%UN、延时13s，电压检测产生信号、主开关跳闸。二、自动增减运行机组原理（略）二、自动增减运行机组原理（略）
