1、第十二章 船舶同步發(fā)電機的自動調(diào)節(jié)裝置,12-1.同步發(fā)電機電壓的自動調(diào)節(jié) 12-2.不可控相復(fù)勵恒壓原理 12-3.晶閘管（可控硅）自動勵磁裝置 12-4.可控相復(fù)勵恒壓原理 12-5.無刷同步發(fā)電機恒壓系統(tǒng) 12-6.并聯(lián)運行同步發(fā)電機無功自動分配 12-7.調(diào)速器特性與并聯(lián)有功分配 12-8.自動調(diào)頻調(diào)載原理 12-9.自動分級卸載及自動增減機組,學(xué)習(xí)第十二章應(yīng)該注意的點,第十二章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個問題： 1. 影響同步發(fā)電機電壓因素，規(guī)范對船舶發(fā)電機電壓的規(guī)定，自動調(diào)壓裝置的調(diào)節(jié)原理類型、特點； 2. 不可控相和可控相復(fù)勵恒壓的原理； 3. 發(fā)電機無功功率分配的基本原理、要求，均壓線的作

2、用； 4. 柴油發(fā)電機組有功功率分配、要求； 5. 自動調(diào)頻調(diào)載裝置、自動分級卸載裝置的功能和工作過程； 本章主要是原理性的概念不要求計算。 相對比較難的點： 1. 相復(fù)勵的工作原理；2.無功功率分配與調(diào)壓器特性的關(guān)系和有功功率分配與調(diào)速器特性的關(guān)系。,12-1.同步發(fā)電機電壓的自動調(diào)節(jié),本節(jié)主要內(nèi)容有兩個部分 1.自動調(diào)壓裝置的功能： 主要掌握功能、規(guī)范具體要求。 2.自動調(diào)壓裝置的分類： 兩種分類方法 主要掌握各類的特點,影響電壓因素：電樞反應(yīng)、內(nèi)阻壓降。需恒壓。 主要功能：.自勵起壓；.滿足靜態(tài)電壓調(diào)整；.滿足動態(tài)電壓調(diào)整；.強行勵磁；.合理分配無功。 規(guī)范調(diào)整要求： .靜態(tài)電壓：主發(fā)電

3、機2.5%；應(yīng)急發(fā)電機3.5%。 .動態(tài)電壓：突加/減50%額定電流及功率因數(shù)不超過0.4（滯后）對稱負載時，動態(tài)電壓變化率應(yīng)15%，恢復(fù)時間1.5秒。 強行勵磁：電壓突然大降時，使勵磁電流升至最大。目的：.保證系統(tǒng)運行；.選擇性保護裝置準(zhǔn)確動作。 合理分配無功：保證并聯(lián)運行發(fā)電機能最大限度地發(fā)揮其功效（不會一臺過載，另一臺仍有很大的余量）。,一、自動調(diào)壓裝置的功能,分類方法：通常3種：.按直流勵磁電流獲取方式分；.按自動調(diào)壓作用原理分；.按勵磁裝置組成元件分。 按勵磁電流分：1.直流勵磁機他勵；2.靜止自勵（不是旋轉(zhuǎn)的，大功率半導(dǎo)體整流元件，有刷同步發(fā)電機）；3.交流勵磁機他勵（無刷同步發(fā)電

4、機）。 按調(diào)壓作用分：1.按電壓偏差調(diào)節(jié)。靜態(tài)精度高、動態(tài)特性差；2.按負載擾動調(diào)節(jié)。動態(tài)性能好、及時，靜態(tài)精度較差、精度低；3.復(fù)合調(diào)節(jié)（按負載擾動為基礎(chǔ)，同時采用AVR按電壓偏差）。動靜態(tài)性能都較好，結(jié)合兩者優(yōu)點。 按裝置元件分：1.相復(fù)勵；2.三次諧波勵磁；3.晶閘管勵磁。 這部分注意各自特點。,第一節(jié)要點：功能（具體含義，規(guī)范要求）；分類（方法和特點）。,二、自動調(diào)壓裝置的分類,12-2.不可控相復(fù)勵恒壓原理,本節(jié)主要內(nèi)容有五個部分 1.相復(fù)勵自勵恒壓裝置； 2.電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置； 3.電磁疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置； 4.交流側(cè)電勢疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置； 5.相復(fù)勵裝置的起壓

5、和參數(shù)調(diào)整。 主要掌握相復(fù)勵自勵恒壓裝置的原理和各種相復(fù)勵各自的特點。,相復(fù)勵：既反映電流的大小，也能反映電流相位的（同步發(fā)電機）勵磁電路稱為相位復(fù)勵線路，簡稱相復(fù)勵線路。 發(fā)電機輸出電壓變化原因：1.輸出電流大小變化（電樞反應(yīng)程度變化）；2.輸出電流相位變化（電樞反應(yīng)性質(zhì)、或分量變化） 。 恒壓的方法：勵磁電流根據(jù)輸出電流的大小和相位的變化進行相應(yīng)的調(diào)整、控制。 特點：.動態(tài)性能優(yōu)良，能在惡劣環(huán)境下可靠工作；.靜態(tài)精度較差（由于同步發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性非線性，相復(fù)勵線路不能完全準(zhǔn)確按調(diào)節(jié)特性來調(diào)節(jié)勵磁。相復(fù)勵尤其是不可控相復(fù)勵線路的靜態(tài)精度較差）。 類型：較多，通?？蓺w納為三種方式： .按電流疊

6、加；.電磁疊加；.按電勢疊加。,一、相復(fù)勵自勵恒壓裝置,二、電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置,對稱三相電流疊加相復(fù)勵線路是最典型的線路，其等效電路、勵磁電流解析式和相量圖等分析結(jié)果也適合其它線路。,電流疊加相復(fù)勵線路,等效電路,等效電路：,單線圖,電容C1C2C3起壓用，諧振電容。 其它線路都省略。,組成原理：圖12-2-1 電流互感器CT測量輸出電流大小，輸出電壓經(jīng)電抗器x移相90后，再進行電流疊加，經(jīng)過整流后得到直流勵磁電流。,勵磁電流大小分析：復(fù)勵線路單線圖如圖12-2-2。 將勵磁回路直流電阻等效到交流側(cè)（用三相電阻代替實際直流電阻），可得一相等效電路（圖12-2-3）。由電路定律，且Rx，

7、勵磁電流表達式（12-2-1/2）為：,等效電路,原理分析,電流分量稱為復(fù)勵分量；電壓分量稱為空載分量。,補償原理,復(fù)勵原理： 1.電流大小變化、相位（滯后）不變時，根據(jù)調(diào)節(jié)特性，滯后的電流增加，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，要保持電壓不變，應(yīng)增大勵磁電流。由相量圖分析可知，相復(fù)勵線路滿足這一要求。 2.電流大小不變、相位更加滯后時，相復(fù)勵線路也將使勵磁電流增大。,電壓分量移相90，才使總勵磁電流適應(yīng)無功電流變化。,移相電抗器的作用：是使電壓移相90。否則，電壓和電流相位關(guān)系就不是復(fù)勵時的關(guān)系，不能滿足勵磁電流既隨負載電流變化、又隨負載電流相位變化而變化（只隨電流大小變化，失去相位補償作用），也就不

8、能滿足相復(fù)勵要求。（有復(fù)勵補償，無相位補償）。 移相電抗器的結(jié)構(gòu)：帶氣隙的鐵心線圈。 鐵心線圈才有足夠的電感值；帶氣隙才能保證磁路不飽和，才能得到線性的電感元件，而只有線性元件才能有足夠的控制精度。,移相電抗器,三、電磁疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置,根據(jù)變壓器的磁勢關(guān)系，可得到平衡方程式： 即： 。 調(diào)節(jié)由變壓器的匝數(shù)，可獲得比電流疊加相復(fù)勵更好的復(fù)勵恒壓特性。 電磁疊加是在磁路中的疊加，但其大小和相量關(guān)系與在電路中疊加是一樣的。,電勢疊加，電流互感器與電抗并聯(lián)，則合成電勢移相90。,四、交流側(cè)電勢疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置,移相后的電流互感器電勢信號再與電壓檢測信號串聯(lián)（疊加）。,起壓：自勵靠很小剩磁

9、電壓，為了克服二極管死區(qū)，采用諧振電容。 調(diào)整： 1.空載偏差：調(diào)節(jié)移相電抗器的氣隙或匝數(shù)； 2.滿載偏差：調(diào)節(jié)電流互感器匝數(shù)或三繞組變壓器電流線圈匝數(shù)。,第二節(jié)要點：不可控相復(fù)勵種類和原理；自勵起壓方法；參數(shù)調(diào)節(jié)。,五、相復(fù)勵裝置的起壓和參數(shù)調(diào)整,12-3.晶閘管（可控硅）自動勵磁裝置,本節(jié)主要內(nèi)容有四個部分 1.測量比較電路； 2.移相觸發(fā)電路； 3.可控整流主電路； 4.保護和起勵電路。 主要掌握晶閘管自勵恒壓裝置的組成、原理和特點。,特點： 1.優(yōu)點：動態(tài)性能好(慣性小、體小重輕、成本低、易系列)； 2.缺點： 產(chǎn)生干擾，強勵能力差，元件抗“過流、壓”能力差。 組成：測量比較、移相觸發(fā)

10、、可控整流、保護起勵 四部分電路。 原理：測量偏差，控制晶閘管導(dǎo)通角和勵磁電流，控制主發(fā)電機電壓。,晶閘管自勵恒壓裝置概述,一、測量比較電路,比較電路,作用：把測量整流電路輸出電壓與基準(zhǔn)電壓比較，得到一個反映發(fā)電機電壓偏差的直流電壓信號。,比較電路的特性：先正反饋，后負反饋。,（圖12-3-2 ）,與一般可控整流同，有：單相半波、橋式，三相橋式等。,保護電路：對元件保護，通常有阻容保護、快熔保護等。 起勵電路：剩磁電壓低不能觸發(fā)，用圖12-3-3觸發(fā)。若無剩磁則還有“充磁”電路。,第三節(jié)要點：晶閘管自動勵磁裝置（組成，特點）；各電路的作用。,二、移相觸發(fā)電路,三、可控整流主電路,四、保護和起勵

11、電路,12-4.可控相復(fù)勵恒壓原理,本節(jié)主要內(nèi)容有五個部分 1.可控相復(fù)勵變壓器式可控相復(fù)勵裝置； 2.可控移相電抗器式可控相復(fù)勵裝置； 3.可控電抗器分流的可控相復(fù)勵裝置； 4.交流側(cè)晶閘管分流的可控相復(fù)勵裝置； 5.直流側(cè)晶閘管分流的可控相復(fù)勵裝置。 本節(jié)主要掌握各種可控相復(fù)勵裝置的“可控原理”，即通過什么實現(xiàn)“可控”。,不可控相復(fù)勵精度不高，采用復(fù)合式勵磁裝置即為可控相復(fù)勵?；緞畲牛合鄰?fù)勵，輔助勵磁：可控。 組成：基本勵磁：“電磁疊加”；可控：AVR控制“直流磁化繞組”。 可改變輸出繞組。,直流磁化繞組直流電流可改變磁路磁導(dǎo)率，使交流繞組電抗改變，從而改變相復(fù)勵變壓器輸出電流。（磁放大

12、器原理）,單線原理圖,磁放大器,一、可控相復(fù)勵變壓器式可控相復(fù)勵裝置,等效電路圖,第四節(jié)要點：可控相復(fù)勵裝置的組成、原理和特點；實現(xiàn)方法（幾種）。,其它可控相復(fù)勵裝置,12-5.無刷同步發(fā)電機恒壓系統(tǒng),本節(jié)主要內(nèi)容有兩個部分 1.恒壓原理； 2.無功功率的自動調(diào)整。 無刷同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)：兩臺同步發(fā)電機同軸安裝，一臺主發(fā)電機為轉(zhuǎn)極式，一臺勵磁機為轉(zhuǎn)樞式。圖12-5-1是其一種勵磁系統(tǒng)原理圖。,勵磁機：兩個勵磁繞組，主磁通為這兩個繞組共同產(chǎn)生。 基本勵磁：電流疊加相復(fù)勵（勵磁繞組F1），輔助勵磁通過AVR提供（勵磁繞組F2）。,單線原理圖,AVR原理框圖,圖12-5-2為AVR的框圖，AVR根據(jù)

13、檢測的發(fā)電機實際電壓與給定電壓比較，得到電壓偏差信號的大小和方向，然后向勵磁繞組F2提供輔助勵磁電流以消除電壓偏差。,一、恒壓原理,無功自動調(diào)整由圖12-5-3完成。單機運行時，差動電流互感器DCT繞組B被另一主開關(guān)常閉觸頭短接，無功自動調(diào)整不起作用。并聯(lián)運行時，若無功分配不均勻，則兩臺發(fā)電機電壓不相等，兩機之間將產(chǎn)生無功環(huán)流，兩B繞組產(chǎn)生電勢大小相等、方向相反，沒有電流流過。兩個A繞組產(chǎn)生均壓電勢也大小相等、方向相反，使兩臺機AVR向相反方向調(diào)節(jié)，直至兩臺機電壓相等，無功功率均勻分配。,無功均分時，兩B繞組串聯(lián)短接，A繞組無均壓電勢。,第五節(jié)要點：系統(tǒng)的組成；恒壓原理；均壓。,二、無功功率的

14、自動調(diào)整,12-6.并聯(lián)運行同步發(fā)電機無功自動分配,本節(jié)主要內(nèi)容有三個部分 1.無功功率分配的基本原理； 2.均壓連接； 3.調(diào)差裝置。 無功分配不均危害：銅損增加、效率下降、并聯(lián)穩(wěn)定性下降（一臺易過載保護，從而都跳閘）。 規(guī)范規(guī)定：當(dāng)負載在總額定功率20100%范圍變化時，應(yīng)能穩(wěn)定運行。功率分配誤差應(yīng)符合：實際承擔(dān)無功功率與按額定功率分配比例的計算值之差，應(yīng)不超過最大發(fā)電機額定無功的10%。,無差特性,有差特性,調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流達到無功功率的調(diào)節(jié)。為了維持電網(wǎng)電壓不變，應(yīng)該兩臺同時反方向調(diào)節(jié)。分配與調(diào)壓器特性有關(guān)。 調(diào)壓特性：調(diào)壓器特性有兩種，無差特性和有差特性。 穩(wěn)定要求：調(diào)

15、壓特性都為有差特性，且兩特性應(yīng)盡量一致。特性不一致，無功功率分配不均；若為無差特性或上翹特性則不均且不穩(wěn)定。,一、無功功率分配的基本原理,不可控相復(fù)勵：保證無功分配穩(wěn)定性是采用“均壓線”。 均壓線有：直、交流兩種。 直流均壓線：同容量同型號發(fā)電機并聯(lián)時采用。勵磁參數(shù)一致，可保證勵磁電流在任何時候都相同。 交流均壓線：又稱“移相電抗器均壓線”，原理與直流基本相同。若勵磁繞組參數(shù)不一致，不能采用直流均壓線。,二、均壓連接,按電壓偏差調(diào)節(jié)裝置，其特性接近無差，并聯(lián)時會使無功分配不穩(wěn)定。 調(diào)差裝置：又稱“電流穩(wěn)定裝置”。為使調(diào)壓特性有差。在調(diào)壓裝置加裝可改變調(diào)差系數(shù)、用以調(diào)節(jié)發(fā)電機調(diào)壓特性的就是調(diào)差裝

16、置，如圖12-6-5。 原理：AVR輸入電壓為：P.211（式12-6-2）：U0UCA+IbsinR AVR輸入端可反映無功分量，調(diào)R，可使特性一致。,第六節(jié)要點：無功分配基本原理（要求）；均壓線；調(diào)差的目的。,三、調(diào)差裝置,12-7.調(diào)速器特性與并聯(lián)有功分配,本節(jié)主要內(nèi)容有三個部分 1.調(diào)速器及其調(diào)速特性； 2.發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配； 3.有功功率的轉(zhuǎn)移操作。 規(guī)范規(guī)定，并聯(lián)運行的交流發(fā)電機組，當(dāng)負載在總額定功率的20100%范圍內(nèi)變化時，應(yīng)能穩(wěn)定運行，其有功功率分配誤差在發(fā)電機額定功率相同時應(yīng)不超過發(fā)電機額定功率的10%，功率不同時應(yīng)不超過最大發(fā)電機額定功率的10%和最小發(fā)電機額

17、定功率的20%。,調(diào)速器：根據(jù)原動機實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值對轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)節(jié)。有多種型式，由測量、比較、執(zhí)行等環(huán)節(jié)組成。 有功功率分配：與各機調(diào)速特性有關(guān)。 調(diào)速器特性：簡單比例控制器（下降）特性，下降率由彈簧剛度決定。加積分為無差特性。 調(diào)節(jié)：彈簧預(yù)緊力增，特性上移；預(yù)緊力減，特性下移。,一、調(diào)速器及其調(diào)速特性,二、發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配,有差特性：并聯(lián)運行時能隨電網(wǎng)負荷變化自動穩(wěn)定分配有功功率； 理想的特性：差不大的有差，且斜率一致的特性。 無差特性：不能并聯(lián)運行， 從無差特性可以看出，若兩條都為無差特性，則無穩(wěn)定工作點。 一臺有差另一臺無差：負荷變化時，有差承受的負荷不變，所有負

18、荷變化都由無差承擔(dān)。,方法：通過操作調(diào)速器電動機的控制開關(guān)（在發(fā)電機控制屏上），使電動機改變調(diào)速器彈簧預(yù)緊力，使特性上下平移。轉(zhuǎn)移負載時必須同時向反方向調(diào)節(jié)兩機組的調(diào)速控制開關(guān)，才能保持電網(wǎng)頻率不變。 步驟：圖12-7-5說明：剛剛并網(wǎng)運行的發(fā)電機，調(diào)速器特性2，增加油門后特性為；運行機特性由1減小油門后為，有功功率平均分配。,第七節(jié)要點：調(diào)速器特性（有無差），有功分配，功率轉(zhuǎn)移方法。,三、有功功率的轉(zhuǎn)移操作,12-8.自動調(diào)頻調(diào)載原理,本節(jié)主要內(nèi)容有兩個部分 1.自動調(diào)頻調(diào)載方法； 2.自動調(diào)頻調(diào)載裝置的原理。 自動調(diào)頻調(diào)載裝置的主要作用：1.保持電網(wǎng)頻率恒定；2.按比例分配并聯(lián)運行發(fā)電機負

19、荷；3.解列時自動轉(zhuǎn)移負荷。,作用：調(diào)速器一次調(diào)節(jié)未達要求，需二次調(diào)。 按工作原理分：1.虛有差法；2.主調(diào)發(fā)電機法（船用虛有差）。 虛有差法：（船上采用） 調(diào)速器都為有差特性，經(jīng)過（控制頻差和功率差的裝置）進行二次調(diào)節(jié)，使實際電網(wǎng)頻率保持額定（無差）、且各機組負荷按容量分配。 主調(diào)發(fā)電機法：（船上不采用） 設(shè)置容量足夠大的主調(diào)發(fā)電機，由控制器對油門進行二次調(diào)節(jié)，承擔(dān)所有負荷的變化；其它發(fā)電機作為基載發(fā)電機，工作點為額定頻率、額定負載。各基載機特性為有差特性；主調(diào)機實現(xiàn)無差特性。,一、自動調(diào)頻調(diào)載方法,頻率變換器： 作用：將實際頻率f0與給定頻率fn比較得出反映頻差大小和方向的信號。 一個電站

20、只需一個變換器即可滿足控制裝置的頻率恒定。 方法：有諧振式和基于波形變換式兩種。,二、自動調(diào)頻調(diào)載裝置的原理,組成：1.頻率變換器；2.有功功率變換器；3.運算環(huán)節(jié)；4.調(diào)整器。,基于波形變換式： T0固定，頻率小于額定值，負半波比正半波寬，頻差為負，平均值也為負；反之則為正。,諧振式：,頻差信號的獲得,運算環(huán)節(jié)： 作用：計算每臺發(fā)電機應(yīng)承擔(dān)功率，及與實際承擔(dān)功率的差值。只要有偏差，就發(fā)出調(diào)節(jié)信號。,注意：整流橋起電子開關(guān)作用。,有功功率變換器和運算環(huán)節(jié),調(diào)整器,第八節(jié)要點：調(diào)頻調(diào)載裝置組成、功能和調(diào)節(jié)原理 。,12-9.自動分級卸載及自動增減機組,本節(jié)主要內(nèi)容有兩個部分 1.自動分級卸載裝置； 2.自動增減運行機組原理。,一、自動分