1、電源技術(shù)電子教案,應(yīng)用案例 -軸帶發(fā)電機(jī),第1章第2頁(yè),一、 概述,1，船舶供電及用電設(shè)備的節(jié)能途徑 船舶電站的節(jié)能 提高主機(jī)廢氣熱的回收率 廢氣透平發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（T/G系統(tǒng)） 發(fā)電機(jī)以重油代替柴油，降低燃油費(fèi)用 軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（S/G系統(tǒng)） 輕柴油的價(jià)格約為重油的一倍,第1章第3頁(yè),用電設(shè)備的節(jié)能 改變拖動(dòng)方案改恒速電力拖動(dòng)為（變頻）調(diào)速拖動(dòng),減小額外損耗 提高電動(dòng)機(jī)的效率,M,M,恒速拖動(dòng),變頻拖動(dòng),第1章第4頁(yè),2，軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的類(lèi)型 軸帶發(fā)電機(jī)由主軸驅(qū)動(dòng)，其發(fā)電機(jī)的輸出頻率、電壓隨主機(jī)轉(zhuǎn)速變化，恒頻恒壓是軸帶發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題 無(wú)頻率補(bǔ)償型系統(tǒng)： 只能在轉(zhuǎn)速不超過(guò)頻率變化允許范圍時(shí)才使用

2、,第1章第5頁(yè),概述,變距螺旋槳+軸帶發(fā)電機(jī)裝置 CPP+S/G 主機(jī)轉(zhuǎn)速維持不變，航行中靠改變螺距以改變推力。軸帶發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，恒頻輸出。 定距槳+定速裝置+軸帶發(fā)電機(jī)FPP+CS+S/G 定距槳+軸帶發(fā)電機(jī)+恒頻裝置FPP+S/G+CF 軸帶異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)AG,第1章第6頁(yè),二、船舶軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng),1，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（西門(mén)子） 組成： 軸帶發(fā)電機(jī)：三相無(wú)刷他勵(lì)同步發(fā)電機(jī) 晶閘管變流器：包括主電路的整流器、逆變器，勵(lì)磁電路的整流器 同步補(bǔ)償機(jī)：三相無(wú)刷他勵(lì)同步電機(jī) 交流電抗器 控制器,第1章第7頁(yè),2，軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變流主電路,主電路中的可控整流裝置 采用三相橋式全控晶閘管整流 因?yàn)閚是變化的,

3、所以發(fā)電機(jī)輸出電壓ug的電壓大小和頻率也是變化的,G,n,Id,Ud,Ud,If,整流,逆變,ug,第1章第8頁(yè),整流輸出電壓的調(diào)節(jié):, , 改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流, 以改變發(fā)電機(jī)輸出電壓大小 可使晶閘管控制角限制到小限度, 保持最佳功率因數(shù)和效率, 節(jié)省發(fā)電機(jī)容量 (西門(mén)子和富士的專(zhuān)利), , 改變晶閘管控制角,第1章第9頁(yè),觸發(fā)電路的鋸齒波斜率的校正: 軸帶發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電的頻率變化很大(100%-40%), 即變流裝置的交流電壓頻率變化大 對(duì)使用“電容式”鋸齒波電壓發(fā)生器的觸發(fā)電路, 頻率變化會(huì)引起控制角的變化.,軸帶發(fā)電機(jī)裝置中, 主電路的整流器、逆變器和勵(lì)磁用整流器的控制系統(tǒng)中均

4、增設(shè)了一個(gè)隨電源頻率變化而自動(dòng)改變鋸齒波斜率的校正環(huán)節(jié),第1章第10頁(yè),主電路中的晶閘管逆變裝置 采用三相橋式全控晶閘管逆變電路 雖然船舶電網(wǎng)的頻率隨負(fù)載變化而波動(dòng)(穩(wěn)定需要), 但逆變器只控制逆變角,不改變頻率(頻率由SC控制) 屬于有源逆變,第1章第11頁(yè),3，同步補(bǔ)償機(jī)SC的作用, 供給晶閘管逆變器和全船用電設(shè)備所需的無(wú)功功率 同步補(bǔ)償器及其自動(dòng)調(diào)壓器自動(dòng)維持電網(wǎng)電壓恒定 SC電壓的變動(dòng)是由無(wú)功負(fù)荷引起的,通過(guò)AVR調(diào)整勵(lì)磁, 以調(diào)整電壓,滿(mǎn)足無(wú)功負(fù)荷的需要.,第1章第12頁(yè), 限制諧波電流, 改善電壓波形 逆變器輸出的電流波形有很大諧波, 同步補(bǔ)償機(jī)和交流電抗器共同起了交流濾波的作用,

5、 供給持續(xù)短路電流 電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),需要進(jìn)行“選擇性切斷”,發(fā)電裝置應(yīng)具有提供足夠大短路電流的能力.,第1章第13頁(yè), 具有頻率檢測(cè)和調(diào)整的功能 正常運(yùn)行時(shí),變流裝置提供負(fù)載有功功率,同步補(bǔ)償機(jī)同步旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存動(dòng)能. 負(fù)載的負(fù)荷變化時(shí),同步補(bǔ)償機(jī)臨時(shí)補(bǔ)充負(fù)荷變化:,負(fù)荷增加時(shí),SC輸出動(dòng)能,n 減小,電網(wǎng)f 減小,負(fù)荷減小時(shí),SC增加動(dòng)能,n 增大,電網(wǎng)f 增大,根據(jù)電網(wǎng)f 的變化,軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整變流裝置的功率輸出,以平衡負(fù)載的負(fù)荷變化,第1章第14頁(yè),4，軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)功率輸出特性,西門(mén)子軸發(fā)裝置功率輸出特性:,轉(zhuǎn)速%,輸出功率%,40,100,75,50,100,0,第1

6、章第15頁(yè),變流裝置的輸出功率: 直流中間環(huán)節(jié):,直流電流:,逆變器輸(入)出功率:,P,第1章第16頁(yè),輸出功率的兩類(lèi)控制規(guī)律:, 自動(dòng)調(diào)節(jié)主整流器控制角a的控制系統(tǒng),n=75-100%nN時(shí), b保持恒定,調(diào)節(jié)a, 改變Ud, Id恒定, 輸出功率恒定,n=45-75%nN時(shí), a已達(dá)極限值, 保持恒定, 調(diào)節(jié)b, 使b隨n的減小而增加, 改變Ud, 輸出功率線(xiàn)性下降,第1章第17頁(yè), 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁整流器控制角af的控制系統(tǒng),n=75-100%nN時(shí), b恒定,調(diào)節(jié)af, 改變Ud 使輸出功率恒定. a保持極小值,便于故障時(shí)封鎖脈沖.,n=45-75%nN時(shí), af ,a已達(dá)極限值, 調(diào)節(jié)

7、b,使b隨n的減小而增加, 改變Ud, 輸出功率線(xiàn)性下降,第1章第18頁(yè),5，軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的頻率特性,如果要求軸帶發(fā)電機(jī)能夠與輔柴油發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間并聯(lián)運(yùn)行，那么，為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，兩者的頻率特性必須一致。,輔柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整特性,負(fù)載的變化引起轉(zhuǎn)速的變化，由調(diào)速器維持穩(wěn)定,第1章第19頁(yè),輔柴油發(fā)電機(jī)的頻率特性和并聯(lián)負(fù)荷分配,軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)依靠同步補(bǔ)償機(jī)和控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)頻率控制,第1章第20頁(yè),軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng),軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證船舶電網(wǎng)的恒頻、恒壓,恒壓 由同步補(bǔ)償機(jī)的電壓自動(dòng)調(diào)整器進(jìn)行調(diào)節(jié),恒頻 由變流裝置控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出功率調(diào)節(jié) 西門(mén)子軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)通過(guò)

8、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流控制輸出功率,三、基于PWM有源逆變技術(shù)的軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng),第1章第22頁(yè),解決方案,第1章第23頁(yè),PWM有源逆變?cè)?逆變器單相等效電路圖,第1章第24頁(yè),第1章第25頁(yè),控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器和頻率調(diào)節(jié)器,The END,第1章第27頁(yè),T/G系統(tǒng),G,透平,G,柴油機(jī),主機(jī),廢氣鍋爐,匯流排,返回,第1章第28頁(yè),S/G系統(tǒng),G,柴油機(jī),主機(jī),匯流排,S/G,主軸,返回,第1章第29頁(yè),CPP+S/G系統(tǒng),G,柴油機(jī),主機(jī),匯流排,S/G,主軸,返回,第1章第30頁(yè),FPP+CS+S/G系統(tǒng),G,柴油機(jī),主機(jī),匯流排,S/G,主軸,CS,返回,第1章第31頁(yè),FPP+S/G+CF系統(tǒng),G,柴油機(jī),主機(jī),匯流排,S/G,主軸,f,f,CF,返回,第1章第32頁(yè),DG并網(wǎng)運(yùn)行,AVR,G2,柴油機(jī),AFR,調(diào)速,U,f,AVR,G1,柴油機(jī),AFR,調(diào)速,U,f,負(fù)載,匯流排,返回,第1章第33頁(yè),SG并網(wǎng)運(yùn)行,AVR,G1,柴油機(jī),AFR,調(diào)速,U,f,負(fù)載,匯流排,AVR,U,S/G,f,f,AFR,返回,第1章第34頁(yè),軸帶異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng),主機(jī),匯流排,AG,主軸,f,f,差頻勵(lì)磁,返回,軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),匯流排,If,返回,SC,M,=,=,=,控制