发电机控制原理教程-PPT.ppt

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1、发电机控制系统原理1 发电机控制原理教程发电机在石油钻机系统中的作用 现在的电动钻机钻机中，发电机为所有用电设备提供电源，保证井队作业的正常进行。柴油发电机：是以柴油机为原动机，燃烧燃油为动力，带动发电机。这种发电机容量小，一般只有数KW到数MW 主要由柴油机和发电机两部分组成。柴油机主要是提供机械动能，发电机的作用是把柴油机提供的机械能转换为电能。因此，柴油机功率的大小，直接决定了整个机组的功率大小，而发电机容量的大小，则决定了整个系统容量的大小。2 发电机控制原理教程 发电机工作原理 1、电磁感应原理英国物理学家法拉第从1822 年起，经过十年的努力，终于在1831 年发现了磁也能生电。电

2、磁感应原理：导体在磁场中运动，切割磁力线后会产生感应电势。即磁生电。3 发电机控制原理教程电磁感应演示4 发电机控制原理教程感应电动势的大小取决于导体的匝数和导体内磁通变化率，其方向是它将在线圈内产生感应电流来建立磁场用以阻止原磁场产生的磁通变化。E=-Nd/dt(为穿过导体的磁通)对于恒定磁场中的运动导体有E=BLV5 发电机控制原理教程柴油发电机发电原理如上所述，不论是导线在磁场中运动切割磁力线，或是通过线圈的磁通量发生变化,在导线或线圈上都会产生感应电势。因为运动的位移是相对的，只要是通过线圈平面的磁通量发生变化，那就不论是线圈在磁场里旋转、或是磁场旋转相对线圈运动，其效果都是相同的，都

3、会在线圈上产生感应电势。因为容量增大和引出线工艺的需要，实际上大部分发电机都是旋转磁场式的，在发电机中间旋转的磁场称为转子，在发电机外面的线圈称为定子6 发电机控制原理教程7 发电机控制原理教程8 发电机控制原理教程在电力系统负载中最大量的是带电感的电阻性负载，它的特性是介乎于电阻负载和电感负载之间，负载上的电流相位比电压相位滞后一个相位角，此时负载上的电流向量比电压向量滞后：机端电压可表示为:9 发电机控制原理教程一、有功功率：在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称“有功”，用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。它

4、反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。二、无功功率：在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此，在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在

5、整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。10 发电机控制原理教程为了反映以上事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率，简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏（Var）或千乏(KVar)。无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无功功率，电动机和变压器就不能建立工作磁场。三、视在功率：交流电源所能提供

6、的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。视在功率即不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。11 发电机控制原理教程四、功率三角形：视在功率（S）、有功功率（P）及无功功率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所示。它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。S与P之间的夹角为功率因数角，它反映了该交流电路中电压与电流之间的相

7、位差（角）。12 发电机控制原理教程三、发电机的并列运行1发电机的同期并列:两个(或两个以上)电源并联，必须是两个电源电压瞬时值任何时刻都基本相同，这是因为电源的内阻抗是很小很小的，两个电源如果存在电势差，则它们之间就会形成很大的环流，这是不允许的。因此在发电机并入电网前必需对机端电压进行同期判别13 发电机控制原理教程6.并车：电压相同频率相同相位角相差在一定范围内14 发电机控制原理教程2发电机的有功功率：发电机的有功功率是由原动机来提供，原动机出力越大，所做的有功就越多；但对单机运行的发电机来说，由于受供电频率的限制，原动机的出力并非任意的，他必须保持额定频率运行，这样对单机运行的发电机

8、，需要发多少有功不取决于自己，而是取决于（用户）负载的大小，当发电机负载越重，转子的转速就会下降，这是因为负载上电流流过定子绕组其有功分量产生的力矩与原动机的转动力矩方向是相反的，要克服这种由有功负载而产生的阻力矩，保持转速不变就必需加大原动机的出力，维持转速（频率）不变，这任务是由调速器来完成的，它必须根据负荷的变化不断地调整原动机的出力，实现频率恒定。如发电机并网运行，因电网容量是很大很大的，单凭一台机的出力是不足以把整个电网的频率提上去的，因此在发电机并网运行时，加大原动机的出力实际上是在电网中多承担一点有功，表现出来的是定子电流（有功分量）增加，功率因数提高(趋向于1)。15 发电机控

9、制原理教程3发电机的无功功率和电枢反映：发电机电压的建立除了转子在定子线圈里转动，主要是靠转子的磁场来形成的，前面说过一台发电机在转速一定情况下，磁场强度越强（励磁电流越大），发电机产生的电压就越高。对单机运行的独立系统，调节励磁是可以调节这独立电网电压的，但如果发电机是并网运行就有如调速器加大开度一样，发电机的转速也不会升高，只是转化为有功；发电机并网后增加励磁电流，因电网的容量很大，我们认为单台机机端电压升高是不能把整个电网电压提上去的，表现出的是无功分量电流的增加，实际上是无功分配。励磁它本身并不做功的，励磁电流越大，所发的无功负荷就越多。16 发电机控制原理教程现场发电机照片辅助发电机

10、17 发电机控制原理教程18 发电机控制原理教程主发电机19 发电机控制原理教程20 发电机控制原理教程21 发电机控制原理教程发动机电控系统1.电液执行器电液执行器柴油机调速系统中最常见一种执行机构，其基本原理为：外加一直流电流到执行器内的盘式电机上，盘式电机能根据电流的大小转动相应的角度，并拉动与之相连的连杆动作，去调节系统喷油。当无电流输入时，连杆在弹簧的作用下自动复位。22 发电机控制原理教程2.数字控制器当对于近年的电控喷油式柴油机如CAT3512B，就没有执行器，取而代之的是ECM数字式速度控制器，其喷油时间及大小是靠ECM电子控制器控制。23 发电机控制原理教程3512B发动机电

11、控系统电控模块传感器喷油器24 发电机控制原理教程休息25 发电机控制原理教程钻机配套发电机及其控制系统组成26 发电机控制原理教程27 发电机控制原理教程28 发电机控制原理教程发电机控制系统介绍29 发电机控制原理教程发电机控制系统介绍发电系统主发电机及辅助发电机DECS-100：励磁，电压控制2301A、2301D：转速控制SPM-D11：并车调节，保护控制，数据显示电力采集仪与信号转换仪：与PLC通讯，实现发电机数据采集S7-200：断路器控制，状态指示UPS、蓄电池：发电前提供电源30 发电机控制原理教程发电机控制系统介绍31 发电机控制原理教程发电机控制系统介绍32 发电机控制原理

12、教程33 发电机控制原理教程34 发电机控制原理教程35 发电机控制原理教程3.速度调节器速度调节器需要与发电机执行器相匹配。对于使用数字式执行器的机组，CAT3512B系列柴油机，由于采用的是电控喷油调节系统，其喷油时间及大小是靠ECM电子控制器控制，而ECM需要的是一个占空比可调节的脉宽信号（PWM信号），所以需要增加一个信号转换器。36 发电机控制原理教程速度调节器通过调节油门大小控制速度37 发电机控制原理教程4.控制原理发电机调速系统一般采用速度调节器对柴油机执行器进行控制，从而对柴油机机械式喷油泵进行调节，以此控制进油量的大小。2301A启动过程:当检测到执行器速度传感器采集飞轮上

13、齿数脉冲到速度传感器，把该频率值转化为一与速度成正比的电压值。在跟给定电压做比较后放大输出到执行器控制柴油机。38 发电机控制原理教程 发电机励磁系统1.概述现在发电机励磁系统普遍采用自动电压调节器进行控制的无刷励磁。根据起励方式的不同分为以下两种方式：39 发电机控制原理教程2.采用辅助励磁机（PMG）起励采用辅助励磁发电机的系统，在发电机转子上多了一台辅助励磁机。辅助励磁机是一个永磁式中频发电机，其永磁部分画在旋转部分的虚线框内。当发电机转子运转在额定转速下时，辅助励磁能产生一个恒定的电源，为电压调节器提供电源，所以不存在起励的问题。常用柴油机：日本三菱系列发电机组40 发电机控制原理教程

14、3.剩磁起励发电剩磁起励系统电压调节器电源来自于连接于发电机出线上的电源变压器。当需要发电时，电压调节电源只能由发电机剩磁发出的电来提供。这就要求电压调节的起励工作电压很低。我们用的DECS-100电压调节器起励电压为6VAC。常用柴油机：CAT系列、济柴发电机组（汾西发电机）41 发电机控制原理教程主励磁机与一般的同步发电机的工作原理基本相同，只是电枢是旋转的。其发出的三相交流电经过二极管整流后，直接送到发电机的转子回路作励磁电源，因为励磁机的电枢与发电机的转子同轴旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等转动接触元件，这就实现了无刷励磁。无刷励磁系统的优点是：取消了滑环和碳刷等转动接触部分。

15、缺点是：在监视与维修上有其不方便之处。转子回路的电压电流都不能直接进行监视，转子绕组的绝缘情况也不便监视，二极管的运行状况，接线是否开脱都不便监视，因而在运行维护上不太方便42 发电机控制原理教程4.电压调节的特性在单车运行时，调节发电机的励磁电流大小，实际上就是调节发电机电压。在发电机并网运行后，调节发电机励磁电流大小，发电机电压要受电网上其他发电机影响，此时励磁电流会影响发电机组间无功电流的分配。拐点：低频率拐点设置决定了在低频时何时开始降压。压频曲线：压频曲线决定了在拐点以下电压的下降率。43 发电机控制原理教程5.无功控制系统无功的分配是靠各电压调节器DROOP电压降落曲线实现的。DR

16、OOP为在额定负载时电压降落的百分数。若机组初始电压一致，DROOP一致，那么带相同负载时，机组间电压相等，无功功率也相等。DROOP值越大，系统对无功分配的变化越敏感。44 发电机控制原理教程一，调试前的准备1、检查线路用1000V绝缘表检测发电机每相对地绝缘，并检查发电机进线主电缆相序及有无短接、混接；用万用表检测发电机控制电缆的正确性（将执行器、测速传感器、励磁与发电机控制柜的电缆断开，检测信号线间电阻），检查测速及执行器屏蔽电缆是否接好。具体参考值为：执行器32欧姆、测速传感器90欧姆、励磁串联12欧姆、励磁并联4欧姆；在不通电的情况下用蓄电池24V电源测试控制回路，把发电机控制开关打

17、到相关控制位置时相应的继电器应该正确动作。用万用表检测测量变压器、电源变压器、励磁变压器初级和次级绕组间的阻值，检查测量变压器到速度调节器（如2301A）、电压调节器（DECS-100）及同期检测回路的相序。检测方法：用万用表电阻档测量发电柜三相变压器a端子到2301A电压检测端子a和MFR13电压检测端子a，阻值应该为0，测量b端子和c端子时也应该为0。番茄花园1明确继电器功能动作45 发电机控制原理教程二、各模块参数的设置1，速度调节器设置对于2301A速度调节器，在起车之前必须手动预设置柴油机转速，防止起车后转速过高发生危险。具体设置是用小螺丝刀调节2301A模块上的参数设置旋钮。对于2

18、301D速度调节器，在正式起车之前也需要修改并下载参数。2，SPM-D11参数设置3，DECS-100参数下载4，S7-200程序下载46 发电机控制原理教程三，发电机转速调节（只针对2301A模块）对于2301A模块，需要手动调节柴油机怠速和额定转速。具体步骤如下：47 发电机控制原理教程四，使发电机进入发电状态。1，对于DECS-100电压调节器，下载参数后无需进行其他设置，具体操作步骤如下：48 发电机控制原理教程四、合闸与并车 将选择旋钮打在负载位置，SPM-D11会自动进行同期调节，当检测到同步后发出合闸信号，由S7-200控制断路器合闸。观察仪表上发电机电压，电流，频率，功率是否正

19、常（不带负载）。用万用表测量实际相电压及对地电压是否正常。49 发电机控制原理教程五，并车带载及功率分配为了保证系统有功功率和无功功率的平衡，需要按以下步骤调节：1、保证所有2301模块的LOADGAIN和DROOP参数设定值一样，所有电压调节器DROOP一样；2、并网前检查各机组功率分配电缆可靠连接，包括线路连接的正确和继电器等的正确；3、并网前把所有机组电压和频率调到完全一致；4、并网后，功率分配主要由SPM-D11进行调节，分别发送控制信号到2301和DECS进行有功功率和无功功率的调节。50 发电机控制原理教程五，保护功能调试1、过/欠压保护；2、过/欠频保护；3、逆功保护；4、功率限制；5、负荷冲击实验。51 发电机控制原理教程52 发电机控制原理教程ByeBye53 发电机控制原理教程