(精品)船舶电气设备及系统-大连海事大学第14章同步发电机电压及无功功率自动调整.ppt
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1、船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第第1414章章 同步发电机电压及无功功率自动调整同步发电机电压及无功功率自动调整14.1 14.1 自动电压调整的基础知识自动电压调整的基础知识14.2 14.2 不可控相复励自励恒压励磁系统不可控相复励自励恒压励磁系统 14.3 14.3 晶闸管自励恒压励磁系统晶闸管自励恒压励磁系统 14.4 14.4 可控相复励自励恒压励磁系统可控相复励自励恒压励磁系统 14.5 14.5 无刷发电机励磁系统无刷发电机励磁系统 14.6 14.6 并联运行发电机组间无功功率分配并联运行发电机组间无功功率分配
2、船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室本章主要介绍船舶同步发电机的自动调本章主要介绍船舶同步发电机的自动调压、以及无功功率的调节方法。压、以及无功功率的调节方法。内内 容容 简简 介介船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室14.1 14.1 自动电压调整的基础知识自动电压调整的基础知识14.1.1 自励恒压装置的作用自励恒压装置的作用 自励起压自励起压 维护电力系统电压基本恒定维护电力系统电压基本恒定 合理稳定地分配并联运行发电机间无功功率合理稳定地分配并联运行发电机间无功功率
3、强行励磁强行励磁 船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室14.1.2 自励恒压装置的基本要求自励恒压装置的基本要求 1)自动电压调整器的静态和动态特性)自动电压调整器的静态和动态特性(1)静态特性静态特性 对静态电压调整的要求对静态电压调整的要求 Ue:发电机的额定电压发电机的额定电压(V)Umax:发电机在规定的负荷变化范围内端电压的稳态最大值发电机在规定的负荷变化范围内端电压的稳态最大值Umin:发电机在规定的负荷变化范围内端电压的稳态最小值发电机在规定的负荷变化范围内端电压的稳态最小值 船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件
4、轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室钢质海船建造及入级规范钢质海船建造及入级规范规定:规定:发电机发电机 从空载至满载,功率因数保持为从空载至满载,功率因数保持为额定值额定值,主发电机的静态电压变化率应在主发电机的静态电压变化率应在 2.5%2.5%以内以内,应急发电机的静态电压变化应急发电机的静态电压变化率应在率应在 3.5%3.5%以内。以内。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2)动态特性动态特性 对动态电压调整的要求对动态电压调整的要求 U Umax.smax.s:发电发电机突加机突加负负荷或突减荷或突减负负
5、荷荷时时的最高的最高电压值电压值U Umin.smin.s:发电机突加负荷或突减负荷时的最低电压值发电机突加负荷或突减负荷时的最低电压值t th h :电压恢复时间电压恢复时间(调整时间调整时间)船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室钢质海船建造及入级规范钢质海船建造及入级规范规定:规定:发电机突加或突减发电机突加或突减5050额定电流及功率因数额定电流及功率因数不超过不超过0.4(0.4(滞后滞后)的对称负荷时发电机的动的对称负荷时发电机的动态电压变化率应在态电压变化率应在1515以内电压恢复时间以内电压恢复时间不超过不超过1.5s1
6、.5s。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室当当电电压压突突然然下下降降很很大大时时,要要求求自自动动调调压压装装置置能能迅迅速速把把励励磁磁电电流流升升高高至至超超过过额额定定状状态态的的最最大大值值,即即有足够的强行励磁能力,以提高电压的上升速度。有足够的强行励磁能力,以提高电压的上升速度。强强行行励励磁磁能能力力,通通常常用用强强行行励励磁磁倍倍数数和和发发电电机机电压上升速度来描述。电压上升速度来描述。2 2)强行励磁)强行励磁KP:强励倍数,强励倍数,ULP:强励时最高励磁电压强励时最高励磁电压ULE:发电机额定电压下励磁电
7、压发电机额定电压下励磁电压K KP P一般为一般为2 2左右,有时会更高。实船中,励磁电压达左右,有时会更高。实船中,励磁电压达到到95%95%顶峰电压的时间为顶峰电压的时间为0.1-0.5S0.1-0.5S。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室钢质海船建造及入级规范钢质海船建造及入级规范规定:规定:3 3)合理分配发电机的无功功率)合理分配发电机的无功功率并联运行的交流发电机组,当负荷在额定功率并联运行的交流发电机组,当负荷在额定功率的的2020100100范围内变化时,各发电机实际范围内变化时,各发电机实际承担的无功功率与按发电机
8、各自的容量比例计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下列数值中的较小者:算值之差不应超过下列数值中的较小者:(1 1)最大机组额定无功功率的)最大机组额定无功功率的1010 (2 2)最小机组额定无功功率的)最小机组额定无功功率的2525 船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室4 4)自励恒压装置的分类及调压原理)自励恒压装置的分类及调压原理 同步发电机励磁恒压装置的种类较多,其发展同步发电机励磁恒压装置的种类较多,其发展大致经历了带直流励磁机的励磁系统、不带励大致经历了带直流励磁机的励磁系统、不带励磁机的相复励恒压
9、励磁系统、晶闸管励磁及具磁机的相复励恒压励磁系统、晶闸管励磁及具有同轴交流励磁机的无刷励磁系统等几个阶段。有同轴交流励磁机的无刷励磁系统等几个阶段。目前同步发电机采用自励形式,其直流励磁电目前同步发电机采用自励形式,其直流励磁电流由自身输出的交流电经过整流后获得的。流由自身输出的交流电经过整流后获得的。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室目前主要采用的类型有:目前主要采用的类型有:不可控相复励自励恒压励磁装置不可控相复励自励恒压励磁装置可控相复励自励恒压励磁装置可控相复励自励恒压励磁装置晶闸管自励恒压励磁装置晶闸管自励恒压励磁装置无刷
10、同步发电机励磁系统。无刷同步发电机励磁系统。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室按照被检测量,自励恒压装置可分三大类:按照被检测量,自励恒压装置可分三大类:(1 1)按发电机电压偏差)按发电机电压偏差U Uf f调节调节 由于被检测量和被调量都是发电机端电由于被检测量和被调量都是发电机端电压,恒压装置与发电机构成一个闭环调压,恒压装置与发电机构成一个闭环调节系统,稳态特性比较好,静态电压调节系统,稳态特性比较好,静态电压调整率一般均在土整率一般均在土1 1以内。晶闸管自励恒以内。晶闸管自励恒压装置属于这种类型。压装置属于这种类型。船舶
11、电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2 2)按负载电流)按负载电流I If f和功率因数和功率因数coscos调节调节 如果被测量是发电机的负荷电流如果被测量是发电机的负荷电流I If f及功及功率因数率因数coscos。再经调压器去调节励磁再经调压器去调节励磁电流来稳定发电机电压。这时被测量和电流来稳定发电机电压。这时被测量和被调量不同,故构成一个开环调节系统,被调量不同,故构成一个开环调节系统,静态特性比较差,但动态特性较好。不静态特性比较差,但动态特性较好。不可控相复励自励恒压装置属于这种类型。可控相复励自励恒压装置属于这种类型。
12、船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(3 3)按)按I If f和和coscos及及U Uf f调节调节 这类复合调节是将上述两种调压方式结这类复合调节是将上述两种调压方式结合在一起,它是在按负载调节的基础上合在一起,它是在按负载调节的基础上采用自动电压调节器(采用自动电压调节器(AVRAVR)。)。静态和动静态和动态特性都比较好,是一种较理想的励磁态特性都比较好,是一种较理想的励磁调节装置。可控相复励自励恒压装置属调节装置。可控相复励自励恒压装置属于这种类型。于这种类型。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动
13、化教研室轮机学院电气及自动化教研室相复励自励恒压装置相复励自励恒压装置具有优良的动态性能,具有优良的动态性能,并能在恶劣的环境下可靠地工作。并能在恶劣的环境下可靠地工作。既反映电流的大小,也能反映电流的相位的线既反映电流的大小,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。路称为相位复励线路,简称相复励线路。相复励装置调节特性的规律是按电流的大小及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。相位进行补偿的。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 14.2 不可控相复励自励恒压励磁系统不可控相复励自励恒压励磁系统不
14、可控相复励自励恒压装置。具有结构不可控相复励自励恒压装置。具有结构简单,管理方便,价格便宜,动态特性优良,简单,管理方便,价格便宜,动态特性优良,并能在恶劣的环境下可靠工作等优点。并能在恶劣的环境下可靠工作等优点。不可控相复励自励恒压装置不可控相复励自励恒压装置,利用发电利用发电机本身的剩磁电压进行自励起压机本身的剩磁电压进行自励起压,根据负荷电根据负荷电流的大小进行复励及负荷电流与电压的相位流的大小进行复励及负荷电流与电压的相位关系进行相位复励,以调整励磁电流,稳定关系进行相位复励,以调整励磁电流,稳定发电机端电压。发电机端电压。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动
15、化教研室轮机学院电气及自动化教研室根据这两个分量迭加方式的不同,又可分为:根据这两个分量迭加方式的不同,又可分为:电流迭加型、电势迭加型和电磁迭加型三种形式。电流迭加型、电势迭加型和电磁迭加型三种形式。电流迭加电流迭加电势迭加电势迭加电磁迭加电磁迭加船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室14.2.1 14.2.1 不可控相复励装置自励起压及恒压的基本原理不可控相复励装置自励起压及恒压的基本原理 1)1)自励起压基本原理自励起压基本原理 自励起压特性曲线,自励起压特性曲线,如图所示。其中曲线如图所示。其中曲线1 1为同步发电机空载为同步发
16、电机空载特性曲线特性曲线U Ufofof f(I IL L);曲线曲线2 2为自励回为自励回路的理想励磁特性曲路的理想励磁特性曲线线I IL Lf f(U Uf f)。)。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室由于磁滞现象,在转子磁极上留由于磁滞现象,在转子磁极上留有剩磁。当柴油机拖动发电机的有剩磁。当柴油机拖动发电机的转子转动后,发电机定子绕组将转子转动后,发电机定子绕组将产生感生剩磁电压产生感生剩磁电压U Us s,U,Us s加在自加在自励回路上,经过整流在发电机励励回路上,经过整流在发电机励磁绕组中产生励磁电流磁绕组中产生励磁电
17、流I IL1L1,I IL1L1在在发电机定子绕组中感生电压发电机定子绕组中感生电压U UO1O1,U UO1O1通过自励回路产生通过自励回路产生I IL2L2,I IL2L2又感又感生更高的电压生更高的电压U UO2O2,如此循环,构如此循环,构成正反馈,逐渐提高发电机空载成正反馈,逐渐提高发电机空载电压,最后达稳定的交点电压,最后达稳定的交点A A,此时此时发电机电压即为空载电压发电机电压即为空载电压U Ufofo。同步发电机自励起压过程:同步发电机自励起压过程:船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室由上述可知,同步发电机要正常自励
18、起压,由上述可知,同步发电机要正常自励起压,必须满足三个条件:必须满足三个条件:(1 1)有足够的剩磁电压)有足够的剩磁电压U Us s,以使自励回以使自励回路导通;路导通;(2 2)适当整定励磁回路阻抗,使励磁特)适当整定励磁回路阻抗,使励磁特性与空载特性有合适的交点;性与空载特性有合适的交点;(3 3)使自励系统成为正反馈系统,剩磁)使自励系统成为正反馈系统,剩磁电压电压U Us s所产生的励磁电流的磁化方所产生的励磁电流的磁化方向与剩磁方向相同。向与剩磁方向相同。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室T TA A为电流互感器为电流
19、互感器:它反映发电机负载它反映发电机负载电流的大小和相位,电流的大小和相位,以进行相复励调压;以进行相复励调压;14.2.2 14.2.2 电流迭加相复励自励恒压装置电流迭加相复励自励恒压装置 1)原理图原理图 L LR R为移相电抗器为移相电抗器:它将发电机电压产生它将发电机电压产生的电流移相的电流移相9090,作,作为电压分量为电压分量I ILuLu,以以进行自励起压;进行自励起压;VDVD为三相桥式硅整流为三相桥式硅整流器器:它将交流侧迭加得到它将交流侧迭加得到的励磁电流的励磁电流İL L整流成整流成直流励磁电流直流励磁电流I IL L 。励磁系统中要设置人励磁系统中要设置人工触发起励线
20、路,利工触发起励线路,利用蓄电池向励磁系统用蓄电池向励磁系统提供电压。提供电压。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室设电路为三相对称,电流互感器不饱和。设电路为三相对称,电流互感器不饱和。电流叠加相复励单线原理图电流叠加相复励单线原理图2)等值电路分析等值电路分析 船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电流叠加相复励等值电路电流叠加相复励等值电路R RE E:励磁回路等值电阻励磁回路等值电阻K:TK:TA A之变比之变比Z ZL L:L:LR R之阻抗之阻抗 船舶电气设备及系统
21、 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室移相电抗器移相电抗器 Z ZL L 的电抗值的电抗值 X XL L R RL L(L LR R的电阻值)的电阻值),X XL L R RE E,忽略忽略 R RL L和和 R RE E 船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电压分量电压分量ILuLu:在数值上在数值上I ILuLu=U Uf f/X/XL L,相位上滞后于电压相位上滞后于电压9090 角,是励磁电流的基本分量,由它来决定发电机的输角,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出电压
22、的大小。电流分量电流分量ILiLi:滞滞后后于于电电压压的的角角度度即即为为功功率率因因数数角角。是是用用来来产产生生电电流流补补偿偿和和相相位位补补偿偿的的,当当发发电电机机的的负负载载发发生生变变化化引引起电压变化时起电压变化时,复励分量起着自动调节电压的作用。复励分量起着自动调节电压的作用。发电机励磁电流发电机励磁电流IL L是由发电机端电压经移相电抗是由发电机端电压经移相电抗器提供的电压分量器提供的电压分量ILuLu与由电流互感器提供的电流与由电流互感器提供的电流分量分量ILiLi所组成。所组成。船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化
23、教研室船舶电气设备及系统 2023/1/10课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室14.2.3 14.2.3 电磁叠加的相复励自励恒压装置电磁叠加的相复励自励恒压装置 TE为三绕组相复励变压器,为三绕组相复励变压器,其原边有一个电压绕组其原边有一个电压绕组N1,它与线性电抗器它与线性电抗器LR串串联后联后,接到发电机端电压接到发电机端电压,构成自励回路。构成自励回路。它引入电压分量并与它引入电压分量并与N3配配合实现相复励。合实现相复励。N3称为电称为电流绕组流绕组,串接在发电机主串接在发电机主回路中回路中,采样的是发电机采样的是发电机负载电流负载电流If,与,与N2构成复
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