船舶電氣設備與系統(tǒng) 第十五章

1、課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第第1515章章 船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動調整船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動調整本章的主要講解內容本章的主要講解內容第一節(jié)第一節(jié) 船舶電力系統(tǒng)有功功率自動調整基礎知識船舶電力系統(tǒng)有功功率自動調整基礎知識第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配第三節(jié)第三節(jié) 有功功率的轉移操作有功功率的轉移操作第四節(jié)第四節(jié) 自動調頻調載裝置基本原理自動調頻調載裝置基本原理第五節(jié)第五節(jié) 自動分級卸載自動分級卸載第六節(jié)第六節(jié) 同步發(fā)電機的短路與振蕩同步發(fā)電機的短路與振蕩課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021

2、-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第一節(jié)船舶電力系統(tǒng)有功功率自動調整基礎知識第一節(jié)船舶電力系統(tǒng)有功功率自動調整基礎知識 60pnf FFTPPP一、電力系統(tǒng)頻率波動的原因及其影響一、電力系統(tǒng)頻率波動的原因及其影響電網(wǎng)頻率與發(fā)電機組轉速有如下關系式：電網(wǎng)頻率與發(fā)電機組轉速有如下關系式：設原動機輸入功率為設原動機輸入功率為P PT T ，發(fā)電機負荷功率為，發(fā)電機負荷功率為P P，忽略內部損耗。當，忽略內部損耗。當P PT T= =P P時輸入與輸出功率平衡，系統(tǒng)轉速（即頻率）不變。如果系統(tǒng)中時輸入與輸出功率平衡，系統(tǒng)轉速（即頻率）不變。如果系統(tǒng)中的負荷突然變化使發(fā)電機輸出功率增加的負荷

3、突然變化使發(fā)電機輸出功率增加P PF F，而由于機械慣性，原動，而由于機械慣性，原動機的輸入功率還來不及變化，這時，機的輸入功率還來不及變化，這時，為了保持功率平衡，機組把轉子的一部分動能轉換成電功率，使機為了保持功率平衡，機組把轉子的一部分動能轉換成電功率，使機組轉速降低，系統(tǒng)頻率下降?？梢娤到y(tǒng)頻率的變化，是由于發(fā)電機組轉速降低，系統(tǒng)頻率下降?？梢娤到y(tǒng)頻率的變化，是由于發(fā)電機的負荷功率與原動機輸入功率之間失去平衡所致。的負荷功率與原動機輸入功率之間失去平衡所致。 返回課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系)( fFPL二、電力系統(tǒng)的負荷調節(jié)效應二、電

4、力系統(tǒng)的負荷調節(jié)效應當系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的負荷功率也隨之改變，即當系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的負荷功率也隨之改變，即在電力系統(tǒng)中功率平衡被破壞引起頻率變化時，負載吸收功在電力系統(tǒng)中功率平衡被破壞引起頻率變化時，負載吸收功率的變化起著補償?shù)淖饔茫瓜到y(tǒng)能在另一個頻率值下得到率的變化起著補償?shù)淖饔?，使系統(tǒng)能在另一個頻率值下得到新的平衡，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)的負荷調節(jié)效應。新的平衡，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)的負荷調節(jié)效應。負荷調節(jié)效應，對于限制系統(tǒng)頻率變化是有利的，但只依靠負荷調節(jié)效應，對于限制系統(tǒng)頻率變化是有利的，但只依靠這個效應，頻率的變化將是很大的。為了保證系統(tǒng)的頻率變這個效應，頻率的變化將是

5、很大的。為了保證系統(tǒng)的頻率變化在一定的允許范圍內，發(fā)電機組必需配置調速器?；谝欢ǖ脑试S范圍內，發(fā)電機組必需配置調速器。課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系電力系統(tǒng)要求頻率能維持在一定范圍之內，因此調速器應電力系統(tǒng)要求頻率能維持在一定范圍之內，因此調速器應是一種是一種“定速調速器定速調速器”。即通過調速器調節(jié)維持原動機轉。即通過調速器調節(jié)維持原動機轉速不變。調速器種類有機械式、液壓式和電子式等。但無速不變。調速器種類有機械式、液壓式和電子式等。但無論哪種型式，其工作原理都是測出偏差后，根據(jù)偏差的大論哪種型式，其工作原理都是測出偏差后，根據(jù)偏差的大小和

6、極性去調節(jié)原動機，使原動機在負載從零到額定值范小和極性去調節(jié)原動機，使原動機在負載從零到額定值范圍內變化時，維持轉速在允許的范圍內。圍內變化時，維持轉速在允許的范圍內。三、調速器及其調速特性三、調速器及其調速特性課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系1 1調速器的結構和動作原理調速器的結構和動作原理 圖圖 15-115-1離心式調速器示意圖離心式調速器示意圖1 1 傳動軸傳動軸; 2 ; 2 軸軸; 3 ; 3 飛鐵飛鐵; 4 ; 4 撥爪撥爪;5 ;5 滑滑套筒套筒; 6 ; 6 彈簧彈簧; 7 ; 7 杠桿杠桿; 8 ; 8 拉桿拉桿;9 ;9 渦

7、輪渦輪渦桿渦桿; ; 10 10 伺服電動機伺服電動機; 11 ; 11 油門控制機構油門控制機構課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系2 2調速器的特性調速器的特性圖圖15-2 15-2 靜態(tài)調速特性靜態(tài)調速特性圖圖15-3 15-3 動態(tài)調速特性動態(tài)調速特性圖圖15-4 15-4 調速器的不靈敏區(qū)調速器的不靈敏區(qū)課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系圖圖15-5 15-5 頻率調節(jié)頻率調節(jié)四、單機運行時頻率的調整四、單機運行時頻率的調整圖圖15-6 15-6 頻率的再調節(jié)頻率的再調節(jié)課 件船舶電氣設備與系統(tǒng)

8、 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第二節(jié)發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配第二節(jié)發(fā)電機并聯(lián)運行的有功功率分配返回圖圖 15-7 15-7 不同調速特性并聯(lián)運行不同調速特性并聯(lián)運行課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第三節(jié)有功功率的轉移操作第三節(jié)有功功率的轉移操作 返回圖圖15-8 15-8 負荷轉移圖負荷轉移圖課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第四節(jié)自動調頻調載裝置基本原理第四節(jié)自動調頻調載裝置基本原理一、自動調頻調載裝置的原理一、自動調頻調載裝置的原理調整原動機轉速及機組的負荷需要根據(jù)轉

9、速（頻率）調整原動機轉速及機組的負荷需要根據(jù)轉速（頻率）和負載（功率）的信號，和負載（功率）的信號， 來實現(xiàn)調節(jié)。盡管目前自來實現(xiàn)調節(jié)。盡管目前自動調頻調載裝置的品種很多，并且還在不斷的更新動調頻調載裝置的品種很多，并且還在不斷的更新?lián)Q代。但基本環(huán)節(jié)都是由頻率變換器、有功功率變換代。但基本環(huán)節(jié)都是由頻率變換器、有功功率變換器、有功功率分配器和調整器等組成。換器、有功功率分配器和調整器等組成。返回課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系1 1頻率變換器頻率變換器它用來檢測電網(wǎng)的實際頻率它用來檢測電網(wǎng)的實際頻率f， 并將測量值并將測量值f與額定頻率與額定頻率

10、fe進行比較得出偏差進行比較得出偏差f ，頻率變換器將頻率變換器將f變換為相應的與頻變換為相應的與頻差成正比的直流電壓信號，送到調整系統(tǒng)去進行綜合比較。差成正比的直流電壓信號，送到調整系統(tǒng)去進行綜合比較。圖圖15-915-9為頻率變換器及其特性，為頻率變換器及其特性，圖圖15-1015-10為基于波形變換為基于波形變換的頻率變換器的原理圖。的頻率變換器的原理圖。efff2 2有功功率變換器有功功率變換器 圖圖15-11 15-11 圖圖15-1215-12課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系3 3有功功率分配器有功功率分配器 有功功率分配器是一種有功

11、分配運算電路，為實現(xiàn)按有功功率分配器是一種有功分配運算電路，為實現(xiàn)按比例或均勻分配有功功率而設置的。運算環(huán)節(jié)主要由比比例或均勻分配有功功率而設置的。運算環(huán)節(jié)主要由比較放大器和加法器組成，它的作用是根據(jù)電網(wǎng)總的功率，較放大器和加法器組成，它的作用是根據(jù)電網(wǎng)總的功率，計算每臺發(fā)電機應承擔功率以及各臺發(fā)電機實際承擔的計算每臺發(fā)電機應承擔功率以及各臺發(fā)電機實際承擔的功率值與平均值之差。功率值與平均值之差。4 4調整器調整器 圖圖15-1315-13 課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖 15-9 15-9 頻率變換器及其特性頻率變換器及其特性課 件船

12、舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖15-10 15-10 基于波形變換的頻率變換器的原理圖基于波形變換的頻率變換器的原理圖課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖15-11 15-11 功率變換器及其特性功率變換器及其特性課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系TATVuviuiupup*R1R212取平均值電路uvuiut0圖圖15-12 15-12 單相功率變換器原理電路單相功率變換器原理電路返回課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系

13、輪機工程學院船電系返回圖圖 15-13 15-13 調整器方框圖調整器方框圖課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系二、自動調頻調載方法二、自動調頻調載方法1 1有差調節(jié)法有差調節(jié)法 有差調節(jié)法，如上節(jié)所述，是僅依賴有差調速特性有差調節(jié)法，如上節(jié)所述，是僅依賴有差調速特性的調速器來穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和有功負荷分配的方法。的調速器來穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和有功負荷分配的方法。這種方法沒有外加的再調節(jié)，因此不能保持頻率恒這種方法沒有外加的再調節(jié)，因此不能保持頻率恒定，有功負荷分配通常也不均勻。定，有功負荷分配通常也不均勻。2 2虛有差法虛有差法圖圖15-14 15-14

14、 1 1） 頻率的調整頻率的調整 圖圖15-14 15-14 圖圖15-15 15-15 2 2）有功功率分配的調整）有功功率分配的調整 圖圖15-14 15-14 圖圖15-1615-16課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系3 3主調發(fā)電機法主調發(fā)電機法主調發(fā)電機法，是指在并聯(lián)運行的發(fā)電機組中有一臺主調發(fā)電機法，是指在并聯(lián)運行的發(fā)電機組中有一臺機組上裝有調頻器，作為主調發(fā)電機，其任務是當負機組上裝有調頻器，作為主調發(fā)電機，其任務是當負荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差時，由它再次調節(jié)改荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差時，由它再次調節(jié)改變油門，維持電網(wǎng)的頻率為

15、額定值，并承擔系統(tǒng)負荷變油門，維持電網(wǎng)的頻率為額定值，并承擔系統(tǒng)負荷的變化量。而其余的發(fā)電機則總是保持運行于接近額的變化量。而其余的發(fā)電機則總是保持運行于接近額定值，稱為基載發(fā)電機。定值，稱為基載發(fā)電機。 課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖 15-14 15-14 虛有差法方框圖虛有差法方框圖課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖15-15 15-15 均功時系統(tǒng)的等效電路均功時系統(tǒng)的等效電路課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖 15-16

16、 15-16 恒頻時系統(tǒng)的等效電路恒頻時系統(tǒng)的等效電路課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第五節(jié)自動分級卸載第五節(jié)自動分級卸載 返回自動分級卸載保護裝置是一種發(fā)電機過載保護裝置。當自動分級卸載保護裝置是一種發(fā)電機過載保護裝置。當發(fā)電機出現(xiàn)過載時，自動卸載裝置動作，將部分次要負發(fā)電機出現(xiàn)過載時，自動卸載裝置動作，將部分次要負載自動切除，以保護發(fā)電機正常工作，并保證重要負載載自動切除，以保護發(fā)電機正常工作，并保證重要負載不間斷供電。它是提高供電能力的一種有效措施，不間斷供電。它是提高供電能力的一種有效措施，圖圖15-1715-17為一種自動分級卸載裝置（

17、為一種自動分級卸載裝置（ZFXZFX一一1 1型）的原理框型）的原理框圖。圖。課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系返回圖圖 15-17 ZFX15-17 ZFX一一1 1型自動分級卸載裝置原理圖型自動分級卸載裝置原理圖課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系第六節(jié)同步發(fā)電機的短路與振蕩第六節(jié)同步發(fā)電機的短路與振蕩 返回同步發(fā)電機在運行過程中，往往由于故障原因或輸入同步發(fā)電機在運行過程中，往往由于故障原因或輸入輸出功率的突然變化，使穩(wěn)定運行的平衡條件遭到破輸出功率的突然變化，使穩(wěn)定運行的平衡條件遭到破壞而引起暫態(tài)

18、過程。由于發(fā)電機電路中的電磁能量不壞而引起暫態(tài)過程。由于發(fā)電機電路中的電磁能量不能躍變而發(fā)生電磁暫態(tài)過程；由于轉動系統(tǒng)的機械能能躍變而發(fā)生電磁暫態(tài)過程；由于轉動系統(tǒng)的機械能量不能躍變而發(fā)生機電暫態(tài)過程。嚴重的暫態(tài)過程對量不能躍變而發(fā)生機電暫態(tài)過程。嚴重的暫態(tài)過程對發(fā)電機的安全和并聯(lián)運行的穩(wěn)定性都會產(chǎn)生極為不利發(fā)電機的安全和并聯(lián)運行的穩(wěn)定性都會產(chǎn)生極為不利的影響。的影響。課 件船舶電氣設備與系統(tǒng) 2021-12-9輪機工程學院船電系輪機工程學院船電系一、三相突然短路一、三相突然短路三相突然短路是指同步發(fā)電機出口近端的對稱短路，了解三相三相突然短路是指同步發(fā)電機出口近端的對稱短路，了解三相突然短路的特點有助于理解其他原因（如突加突卸大的負載等）突然短路的特點有助于理解其他原因（如突加突卸大的負載等）引起的暫態(tài)過程。假設短路前發(fā)電機空載，電樞電流為零，當引起的暫態(tài)過程。假設短路前發(fā)電機空載，電樞電流為零，當突然發(fā)生三相短路時，其暫態(tài)過程有以下一些特點：突然發(fā)生三相短路時，其暫態(tài)過程有以下一些特點：1.1.在短路的暫態(tài)過程中三相短路電流為非對稱三相電流。在