第十二章 船舶同步發(fā)電機自動調(diào)節(jié)

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)電機電壓的因素是什么？《規(guī)范》對船舶發(fā)電機電壓有什么規(guī)定？自動調(diào)壓裝置的調(diào)節(jié)原理有幾類？各有什么特點？2.不可控相復(fù)勵恒壓原理是什么？可控相復(fù)勵恒壓原理是什么？3.船舶同步發(fā)電機無功功率分配的基本原理是什么？有什么要求？均壓線的作用是什么？4.柴油發(fā)電機組有功功率是如何分配的？有什么要求？5.自動調(diào)頻調(diào)載裝置、自動分級卸載裝置有哪些功能？它們的工作過程如何？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?！?2—1.同步發(fā)電機電壓的自動調(diào)節(jié)影響電壓因素：主要是電樞反應(yīng)，還有內(nèi)阻壓降?！虼诵韬銐骸Ｗ詣诱{(diào)壓裝置的功能：主要功能：⑴.自勵起壓；⑵.滿足靜態(tài)電壓調(diào)整；⑶.滿足動態(tài)電壓調(diào)整；⑷.強行勵磁；⑸.合理分配無功功率。規(guī)范要求：

⑴.靜態(tài)電壓調(diào)整：主發(fā)電機≤±2.5%；應(yīng)急發(fā)電機≤±3.5%。

⑵.動態(tài)電壓調(diào)整：突加/減50%額定電流及功率因數(shù)不超過0.4（滯后）的對稱負載時，動態(tài)電壓變化率應(yīng)≤±15%，恢復(fù)時間≤1.5秒。強行勵磁：——電壓突然下降很大時，勵磁電流升高至最大。目的：⑴.保證系統(tǒng)運行；⑵.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）。自動調(diào)壓裝置的分類：

分類方法：——很多，通常3種：①.按直流勵磁電流的獲取方式分；②.按自動調(diào)壓的作用原理分；③.按勵磁裝置的組成元件分。按勵磁電流分1.直流勵磁機他勵；2.靜止自勵（靜止——無旋轉(zhuǎn)，大功率半導(dǎo)體整流元件）；3.交流勵磁機他勵（無刷同步發(fā)電機）。——各自特點。這部分內(nèi)容應(yīng)注意——各自特點。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)合前兩者的優(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。[第一節(jié)要點]：功能（具體含義，規(guī)范要求）；分類（方法和特點）?！?2—2.不可控相復(fù)勵恒壓原理相復(fù)勵自勵恒壓裝置：

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)電機輸出電壓變化的原因：1.輸出電流大小變化（電樞反應(yīng)程度變化）；2.輸出電流的相位變化（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進行控制。特點：①.動態(tài)性能優(yōu)良，能在惡劣環(huán)境下可靠工作；②.靜態(tài)精度較差（由于同步發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性是非線性的，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。因此，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：類型較多，通?？蓺w納為三種方式：——①.按電流疊加；②.電磁疊加；③.按電勢疊加。電流疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置：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)移相電抗器x，移相90°，然后進行電流疊加，再經(jīng)過整流后得到直流勵磁電流。等效電路：

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)勵線路單線圖勵磁電流大小分析：——復(fù)勵線路的單線圖如圖12-2-2所示。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），得到一相等效電路（圖12-2-3），根據(jù)電路定律，可得到勵磁電流表達式（12-2-1/2）：電流分量稱為復(fù)勵分量；電壓分量稱為空載分量。電容C1C2C3起壓用，諧振電容。等效電路補償原理：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。

移相電抗器的作用：是使電壓移相90°。否則，電壓和電流的相位關(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的變化、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?！F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：電磁疊加的相復(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。交流側(cè)電勢疊加相復(fù)勵自勵恒壓裝置：電勢疊加，電流互感器與電壓檢測信號串聯(lián)，與電抗并聯(lián)。起壓和參數(shù)調(diào)整：起壓：自勵靠很小剩磁電壓，為了克服二極管死區(qū)，采用諧振電容。調(diào)整：空載調(diào)移相電抗器的氣隙或匝數(shù)；滿載偏差調(diào)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)?！?2—3.晶閘管（可控硅）自動勵磁裝置測量比較電路：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)、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。

作用：測量發(fā)電機電壓，要求有較高的靈敏度、穩(wěn)定性和線性度、動態(tài)性能。電路：單相、三相測量整流和三相測量六相整流?！暰唧w要求定。單相性能較差：要求準(zhǔn)確，則需要較強濾波，從而影響動態(tài)性能。三相測量六相整流性能最好，但用元件多。測量電路：比較電路：

作用：把測量整流電路輸出的電壓與基準(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。

特性：圖12-3-2比較電路的特性是“先正反饋，后負反饋”。移相觸發(fā)電路：

在各種勵磁調(diào)節(jié)裝置中，觸發(fā)器形式可控整流主電路：

與一般可控整流同，有：單相半波、橋式，三相橋式等。多樣，主要有：單結(jié)晶體管、單穩(wěn)態(tài)、三極管、阻塞振蕩器等觸發(fā)器。保護和起勵電路：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?！?2—4.可控相復(fù)勵恒壓原理

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?？煽叵鄰?fù)勵：基本勵磁相復(fù)勵，輔助勵磁晶閘管或電磁型電壓調(diào)節(jié)器?？煽叵鄰?fù)勵變壓器式可控相復(fù)勵裝置：

組成：基本勵磁“電磁疊加”；AVR控制“直流磁化繞組”。(改變輸出)

直流磁化繞組的直流電流可改變磁路的磁導(dǎo)率，使交流繞組的電抗改變，從而改變相復(fù)勵變壓器的輸出電流。（磁放大器原理）單線原理圖等效電路圖磁放大器其它可控相復(fù)勵裝置：組成原理：基本勵磁：電流疊加；AVR控制移相電抗器的飽和程度，改變電抗值。用調(diào)節(jié)相復(fù)勵空載分量消除偏差。原理：電流疊加；AVR控制分流，也是調(diào)節(jié)空載分量。原理：電流疊加；AVR控制分流，也是調(diào)節(jié)空載分量?？煽仉娍蛊鞣至鞯目煽叵鄰?fù)勵裝置：可控移相電抗器式可控相復(fù)勵裝置：直流側(cè)晶閘管分流的可控相復(fù)勵裝置：交流側(cè)晶閘管分流的可控相復(fù)勵裝置：原理：電流疊加；AVR控制直流側(cè)分流，直接調(diào)節(jié)勵磁。[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）。§12—5.無刷同步發(fā)電機恒壓系統(tǒng)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。

恒壓原理：

勵磁機：兩個勵磁繞組，主磁通為這兩個繞組共同產(chǎn)生?；緞畲牛弘娏鳢B加相復(fù)勵（勵磁繞組F1），輔助勵磁由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)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。無功功率的自動調(diào)整：無功功率自動調(diào)整由圖12-5-3線路完成。單機運行時，差動電流互感器DCT的繞組B被另一臺機主開關(guān)常閉觸頭短接，無功功率自動調(diào)整不起作用。并聯(lián)運行時，若無功功率分配不均勻，則兩臺發(fā)電機的電壓不相等，兩機之間將產(chǎn)生無功功率環(huán)流，兩個B繞組產(chǎn)生的電勢大小相等、方向相反，沒有電流流過。于是兩個A繞組產(chǎn)生均壓電勢也是大小相等、方向相反，使兩臺機的AVR向相反的方向調(diào)節(jié)，直至兩臺機電壓相等，無功功率均勻分配。無功功率均勻分配時，兩個B繞組串聯(lián)短接，A繞組沒有均壓電勢。[第五節(jié)要點]：系統(tǒng)的組成；恒壓原理；均壓?！?2—6.并聯(lián)運行同步發(fā)電機無功自動分配無差特性有差特性

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20～100%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%。無功功率分配的基本原理：

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)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。均壓連接：不可控相復(fù)勵：保證無功分配穩(wěn)定性的方法是采用“均壓線”。均壓線的種類：直流、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”，其原理與直流均壓線基本相同。主要原因是勵磁繞組參數(shù)不一致，不能采用直流均壓線。調(diào)差裝置：問題的提出：按電壓偏差進行調(diào)節(jié)的勵磁裝置，其特性接近無差特性，發(fā)電機并聯(lián)運行時會使無功功率分配不穩(wěn)定。調(diào)差裝置：又稱“電流穩(wěn)定裝置”。為了并聯(lián)運行的需要，就應(yīng)使發(fā)電機的調(diào)壓特性變?yōu)榫哂幸欢ㄏ陆德实挠胁钐匦浴Ｔ谡{(diào)壓裝置上加裝的可以改變調(diào)差系數(shù)的裝置，以調(diào)節(jié)發(fā)電機特性的裝置，就是調(diào)差裝置。圖12-6-5是一個典型的調(diào)差裝置。原理：AVR輸入電壓為：U0≈UCA+Ibsinφ·R發(fā)電機的無功分量能反映到AVR的輸入端，調(diào)節(jié)電阻R的值，可使調(diào)壓特性一致。[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?！?2—7.調(diào)速器特性與并聯(lián)有功分配

《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20～100%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)電機額定功率的±20%。調(diào)速器及其調(diào)速特性：

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（下降）控制器特性，下降率由彈簧剛度決定。加入積分環(huán)節(jié)為無差特性。

調(diào)節(jié)：彈簧預(yù)緊力增加，特性向上平移；預(yù)緊力減小，特性向下平移。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，——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，所有負荷變化都由無差承擔(dān)。有功功率的轉(zhuǎn)移操作：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)速器彈簧的預(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②；運行機特性由1減小油門后為①，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。§12—8.自動調(diào)頻調(diào)載原理

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)電機負荷；3.解列時自動轉(zhuǎn)移負荷。自動調(diào)頻調(diào)載方法：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。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：主調(diào)發(fā)電機法：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。調(diào)速器一次調(diào)節(jié)未達要求，需二次調(diào)。（船上采用）（船上不采用）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。

作用：檢測實際頻率f0與給定頻率fn比較得出反映頻差大小和方向的頻差信號。頻率變換器：

一個電站只需要一個頻率變換器即可滿足控制裝置實現(xiàn)頻率恒定的需要。

方法：有諧振式和基于波形變換式?；诓ㄐ巫儞Q式：諧振式：

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。運算環(huán)節(jié)：

每臺機都需要檢測有功功率。獲得一個與發(fā)電機實際有功功率成正比的電壓信號。原理：圖12-8-3，實際采用兩個單相并送器測量三相功率（見P.246圖15-3-2）。有功功率變換器：

功能：根據(jù)運算環(huán)節(jié)送來的頻差和功率差控制發(fā)電機調(diào)速器馬達。具體：1.能判斷并決定調(diào)速方向；2.適當(dāng)延時避開動態(tài)過程；3.有一定的不靈敏區(qū)。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自動分級卸載裝置：

功能：發(fā)電機過載時自動將部分次要負載切除。

作用：1.保護發(fā)電機正常工作；2.不間斷供電。

ZFX-1型：圖12-9-1?！蔷C合保護裝置，可作為發(fā)電機的：1.過載保護；2.欠壓保護?！ㄟ^使發(fā)電機分勵脫扣線圈動作跳閘。

組成：電流信號變換、檢測、兩級卸載、過載反時限跳閘，電壓檢測、延時切斷，電源等。

原理：電流為110%Ie（額定電流）開始延時，延時到第一級卸載；若過載仍未消除則繼續(xù)延時，延時再到第二級卸載；仍然過載則立即使發(fā)電機跳閘。若短路電流則立即跳閘。欠壓則延時1～3秒跳閘。自動增減運行機組原理：無人機艙對電站自動化的要求。

機組能否起動條件