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1、船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29可见，当可见，当 不变，而不变，而 变化，即电流幅值变化或变化，即电流幅值变化或 与与 的夹角的夹角变化时，都将引起电压变化时，都将引起电压 的幅值变化。的幅值变化。当忽略发电机电枢电阻，用同步电抗来表征发电机电枢反应的程度当忽略发电机电枢电阻，用同步电抗来表征发电机电枢反应的程度时，电压平衡方程式为：时，电压平衡方程式为：一、对船用自动励磁装置的要求一、对船用自动励磁装置的要求基于船舶工作环境的特殊性，对自动励磁调整装置的基本要求是：简基于船舶工作环境的特殊性，对自动励磁调整装置的基本要求是：简单可靠；灵敏度高而
2、稳定；保证电压为给定水平；具有一定的强行励单可靠；灵敏度高而稳定；保证电压为给定水平；具有一定的强行励磁能力；合理地分配无功功率以及充分地考虑经济等方面的因素。在磁能力；合理地分配无功功率以及充分地考虑经济等方面的因素。在一般稳定调整的情况下，船舶电力系统电压的暂态调整过程如一般稳定调整的情况下，船舶电力系统电压的暂态调整过程如图所示。图所示。第1页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/291）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
3、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 1.静态和动态特性的要求静态和动态特性的要求第2页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29（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：发电机突加负荷或突减负荷时的最高电压值：发电机突加负荷或突减负荷时的最高电压值U Umin.smin.s：发电机突加负荷或突减负荷时的最低
4、电压值：发电机突加负荷或突减负荷时的最低电压值第3页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29动态指标：发电机突加或突减动态指标：发电机突加或突减5050额定电流额定电流及功率因数不超过及功率因数不超过0.4(0.4(滞后滞后)的对称负荷时的对称负荷时发电机的动态电压变化率应在发电机的动态电压变化率应在1515以内电以内电压恢复时间不超过压恢复时间不超过1.5s1.5s。静态指标：发电机静态指标：发电机 从空载至满载，功率因数保从空载至满载，功率因数保持为额定值持为额定值,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%
5、以内以内,应急发电机的静态电压变化率应在应急发电机的静态电压变化率应在 3.5%3.5%以内。以内。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：第4页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/292.2.强行励磁强行励磁 由提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性以及继电保护装由提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性以及继电保护装 置动作的准确性等动态稳定性的观点出发，要求调压器的动作要迅置动作的准确性等动态稳定性的观点出发，要求调压器的动作要迅 速。解决这个问题的方法之一就是实行强行励磁。也就是要求励磁速。解决这个问题的方法之一就
6、是实行强行励磁。也就是要求励磁 系统应能保证最短的时间内，把励磁电流升高到超过额定状态时的系统应能保证最短的时间内，把励磁电流升高到超过额定状态时的 最大值。最大值。3.3.电磁兼容性电磁兼容性 这是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力。对励磁装这是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力。对励磁装 置的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其它设备的正常工作这一方置的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其它设备的正常工作这一方 面。面。4.4.自励起压性能自励起压性能 这是对自励类型的励磁装置的要求。保证发电机依靠剩磁从静止起这是对自励类型的励磁装置的要求。保证发电机依靠剩磁从静止起 动后能迅
7、速顺利地发出规定的电压。自励类型的励磁装置应用最为动后能迅速顺利地发出规定的电压。自励类型的励磁装置应用最为 普遍。普遍。第5页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29二、自励恒压装置的分类及调压原理二、自励恒压装置的分类及调压原理1.1.按发电机电压偏差按发电机电压偏差 调节调节 发电机在运行中发电机在运行中,由于某种原因使得发电机输出由于某种原因使得发电机输出 电压与给定的电压出现偏差电压与给定的电压出现偏差 时时,调节器将调节器将 根据偏差电压的大小和极性输出校正信号根据偏差电压的大小和极性输出校正信号,对发对发 电机励磁电流进行调节。由
8、于被检测量和被调量电机励磁电流进行调节。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都是发电机端电压，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，静态电压调整闭环调节系统，稳态特性比较好，静态电压调整 率一般均在土率一般均在土1 1以内。晶闸管自励恒压装置属于以内。晶闸管自励恒压装置属于 这种类型。这种类型。第6页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/292.2.按负载电流按负载电流 I I 和功率因数和功率因数 调节调节 发电机电压的波动发电机电压的波动,是由于负荷的变化和故障所引是由于负荷的变化和故障所引 起。
9、如果被测量是发电机的负载电流起。如果被测量是发电机的负载电流 I I 及功率因及功率因 数数 。再经调压器去调节励磁电流来稳定发电。再经调压器去调节励磁电流来稳定发电 机电压。这时被测量和被调量不同，故构成一个开机电压。这时被测量和被调量不同，故构成一个开 环调节系统，静态特性比较差，但动态特性较好。环调节系统，静态特性比较差，但动态特性较好。不可控相复励自不可控相复励自 励恒压装置属于这种类型。励恒压装置属于这种类型。第7页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第8页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2
10、023/3/29第二节第二节 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 返回一、自励同步发电机自励起压基本原理一、自励同步发电机自励起压基本原理同步发电机按其励磁方式可分为他励和自励的两大类。同步发电机按其励磁方式可分为他励和自励的两大类。他励同步发电机的励磁电流是由同步发电机本身之外他励同步发电机的励磁电流是由同步发电机本身之外的单独电源供电，通常是由一小容量的同轴励磁机供的单独电源供电，通常是由一小容量的同轴励磁机供电。目前在船舶中普遍使用的是带交流励磁机，经过电。目前在船舶中普遍使用的是带交流励磁机，经过旋转整流桥的他励发电机励磁系统，称为无刷同步发旋转整流桥的他励发电机
11、励磁系统，称为无刷同步发电机励磁系统。电机励磁系统。第9页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29 自励起压基本原理自励起压基本原理 自励起压特性曲线，如自励起压特性曲线，如图所示。其中曲线图所示。其中曲线1 1为同为同步发电机空载特性曲线步发电机空载特性曲线U Ufofof f（I IL L）;曲线曲线2 2为自为自励回路的理想励磁特性励回路的理想励磁特性曲线曲线I IL Lf f（U Uf f）。）。第10页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29同步发电机要正常自励起压，必须满足三个条件：
12、同步发电机要正常自励起压，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，以使自励回路导通；，以使自励回路导通；（2 2）适当整定励磁回路阻抗，使励磁特性与空载特）适当整定励磁回路阻抗，使励磁特性与空载特；（3 3）使自励系统成为正反馈系统，剩磁电压）使自励系统成为正反馈系统，剩磁电压U Us s所产生所产生的励磁电流的磁化方向与剩磁方向相同。的励磁电流的磁化方向与剩磁方向相同。第11页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29二、不可控相复励恒压的基本原理二、不可控相复励恒压的基本原理不可控相复励自励恒压装置。具有结
13、构简单，管理方便，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，并能在恶劣的环境下可靠工作价格便宜，动态特性优良，并能在恶劣的环境下可靠工作等优点。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,利用发电机本身的剩磁电压利用发电机本身的剩磁电压进行自励起压进行自励起压,根据负荷电流的大小进行复励及负荷电流根据负荷电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，稳与电压的相位关系进行相位复励，以调整励磁电流，稳定发电机端电压。定发电机端电压。第12页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3
14、/29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第13页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第三节第三节 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 T TA A为电流互感器为电流互感器:它反映发电机负载电流的大小它反映发电机负载电流的大小和相位，以进行相复励调压；和相位，以进行相复励调压；L LR R为移相电抗器为移相电抗器:它将发电机电压
15、产生的电流移它将发电机电压产生的电流移相相9090，作为电压分量，作为电压分量I ILuLu，以，以进行自励起压；进行自励起压；VDVD为三相桥式硅整流器为三相桥式硅整流器:它将交流侧迭加得到的励磁电它将交流侧迭加得到的励磁电流流İL L整流成直流励磁电流整流成直流励磁电流I IL L 。励磁系统中要设置人工触发起励磁系统中要设置人工触发起励线路，利用蓄电池向励磁系励线路，利用蓄电池向励磁系统提供电压。统提供电压。第14页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29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
16、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 第15页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29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 第16页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29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 R
17、E E 第17页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第18页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29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起电电压压变变化化时时,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。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
18、，是励磁角，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电流的基本分量，由它来决定发电机的输出电压的大小。电流分量电流分量ILiLi：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器提供的是由发电机端电压经移相电抗器提供的电压分量电压分量ILuLu与由电流互感器提供的电流分量与由电流互感器提供的电流分量ILiLi所组成。所组成。第19页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第四节第四节 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，其原边为三绕组相复励变压器，其原边有一个电压绕组
19、有一个电压绕组N1,它与线性电抗器它与线性电抗器LR串联后串联后,接到发电机端电压接到发电机端电压,构成构成自励回路。它引入电压分量并与自励回路。它引入电压分量并与N3配合实现相复励。配合实现相复励。N1称为电流绕组称为电流绕组,串接在发电机主回路中串接在发电机主回路中,采样的是发采样的是发电机负载电流电机负载电流If，与，与N2构成复励回构成复励回路。路。N2是输出绕组是输出绕组,它外接于三相桥它外接于三相桥式硅整流器式硅整流器VD。R、C阻容元件用作阻容元件用作整流元件的过压保护。整流元件的过压保护。CQ是三相谐是三相谐振起励电容，以外接三角形方式与振起励电容，以外接三角形方式与LR相联接
20、，其作用是在起压时与相联接，其作用是在起压时与LR发生串联谐振、帮助起压。发生串联谐振、帮助起压。第20页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29由上式可知电磁迭加相复励与电流迭加相复励在数值和由上式可知电磁迭加相复励与电流迭加相复励在数值和相位关系上基本相同，但电磁迭加型可通过调整匝数比相位关系上基本相同，但电磁迭加型可通过调整匝数比获得更好的相复励恒压特性。获得更好的相复励恒压特性。相复励装置的调试相复励装置的调试:发电机空载电压发电机空载电压,可通过调节电可通过调节电压分量来调整；发电机带负载后电压压分量来调整；发电机带负载后电压,可通过
21、调节电可通过调节电流分量来调整。流分量来调整。第21页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第五节第五节 电磁叠加带电压曲折绕组的相复励系统电磁叠加带电压曲折绕组的相复励系统 绕组绕组N4称为电压曲折绕组。称为电压曲折绕组。N4与与N3在同一个三相铁芯在同一个三相铁芯柱柱 A,B,C 上上,N3的三相的三相A,B,C 分别与分别与N4的三相的三相 B,C,A 反接串联。它的联接规反接串联。它的联接规律律,是是N3总是与滞后相铁芯总是与滞后相铁芯柱上的柱上的N4反接串联。电压反接串联。电压曲折绕组曲折绕组N4的作用是的作用是,进一进一步加强功率
22、因数变化时的步加强功率因数变化时的相位补偿相位补偿,以提高调压器的以提高调压器的静态调整特性。静态调整特性。第22页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第六节第六节 晶闸管自励恒压励磁系统晶闸管自励恒压励磁系统 返回晶闸管自励恒压装置原理主要由测量移相比较环节晶闸管自励恒压装置原理主要由测量移相比较环节,触发控触发控制环节及励磁主回路三大环节组成闭环调节系统。制环节及励磁主回路三大环节组成闭环调节系统。1.测量比较环节测量比较环节测量比较环节中包括测量滤波及比较两个回路，其作用是测量比较环节中包括测量滤波及比较两个回路，其作用是采样发电机电
23、压并经整流器变换为直流电压，与给定的基采样发电机电压并经整流器变换为直流电压，与给定的基准电压值相比较，得出偏差信号，该偏差信号经放大后去准电压值相比较，得出偏差信号，该偏差信号经放大后去控制发电机的励磁。所以，测量比较环节的性能控制发电机的励磁。所以，测量比较环节的性能,直接影响直接影响励磁系统的动态和静态特性。通常要求测量比较电路具有励磁系统的动态和静态特性。通常要求测量比较电路具有较好的稳定性、线性度，足够的灵敏度，以及优良的动态较好的稳定性、线性度，足够的灵敏度，以及优良的动态性能。性能。第23页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29
24、（1 1）测量回路）测量回路 该系统测量回路主要由测量变压器该系统测量回路主要由测量变压器TC,TC,和整流滤波电路和整流滤波电路VDVD组组成成.测量回路通常采用单相全波桥式整流、三相全波桥式整测量回路通常采用单相全波桥式整流、三相全波桥式整流、六相全波桥式整流，整流相数越多，则输出电压越平稳。流、六相全波桥式整流，整流相数越多，则输出电压越平稳。第24页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29（2 2）比较电路）比较电路比较电路大多采用桥式比较电路比较电路大多采用桥式比较电路,其作用是把测量整流电其作用是把测量整流电路输出的电压与基准电压相
25、比较，得到一个反映发电机电路输出的电压与基准电压相比较，得到一个反映发电机电压偏差的直流电压信号。由于稳压管具有恒压特性，它常压偏差的直流电压信号。由于稳压管具有恒压特性，它常被用作比较电路的基准电压元件。被用作比较电路的基准电压元件。2.移相触发环节及励磁主回路移相触发环节及励磁主回路（1）移相触发环节）移相触发环节触发控制回路触发控制回路,主要由移相及脉冲形成电路组成。根据比较电路主要由移相及脉冲形成电路组成。根据比较电路输出的偏差电压输出的偏差电压UK的大小和极性，移相电路对晶闸管发出相应控的大小和极性，移相电路对晶闸管发出相应控制触发角的脉冲，调整晶闸管的导通角。由于三相桥式可控整流制
26、触发角的脉冲，调整晶闸管的导通角。由于三相桥式可控整流器能随电压偏差而输出相应的励磁电流，使电压保持恒定，所以器能随电压偏差而输出相应的励磁电流，使电压保持恒定，所以具有良好的静态电压调整特性。具有良好的静态电压调整特性。第25页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第七节第七节 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 返回前述的相复励装置前述的相复励装置,虽然具有动态性能好虽然具有动态性能好,强励能力强强励能力强等特点，但其调压精度不高。调压特性的线性度差。等特点，但其调压精度不高。调压特性的线性度差。为此在按进行不可控相复励
27、调压的基础上，又加上了为此在按进行不可控相复励调压的基础上，又加上了一个按一个按 进行微调的自动电压调节器进行微调的自动电压调节器AVR（Automatic Voltage Regulator）。这就是所谓可）。这就是所谓可控相复励自励恒压励磁系统，其原理图如图控相复励自励恒压励磁系统，其原理图如图 示。示。第26页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29TYQ TYQ 相复励调压装置；相复励调压装置；YJQ YJQ 电压校正器；电压校正器；TA TA 电流绕组；电流绕组；LR LR 移相电抗器；移相电抗器；T TE E 相复励变压器；相复励变
28、压器；U Uf f 发电机端电压；发电机端电压；CL CL 整流滤波电路；整流滤波电路；CF CF 移相触发电路；移相触发电路；VD VD 全波桥式整流电路；全波桥式整流电路；L L 励磁电路；励磁电路；第27页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29一、一、可控相复励变压器式可控相复励装置可控相复励变压器式可控相复励装置 可控相复励自励恒压装置，采用可控相复励自励恒压装置，采用在电磁迭加相复励装置的三绕组在电磁迭加相复励装置的三绕组变压器中加一个直流磁化绕组的变压器中加一个直流磁化绕组的方法。方法。当发电机的电压偏离给定电压时，当发电机的电压
29、偏离给定电压时，AVR的输出电流的输出电流IT就有相应的改就有相应的改变，使得可控相复励变压器变，使得可控相复励变压器TE的的饱和程度发生变化。在电流绕组饱和程度发生变化。在电流绕组N3和电压绕组和电压绕组N1的电流为某一值的电流为某一值时，输出绕组时，输出绕组N2所感应出的电流所感应出的电流将作相应的变化。这样能按照电将作相应的变化。这样能按照电压偏差进一步调整发电机励磁电压偏差进一步调整发电机励磁电流的大小。流的大小。第28页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29二、二、可控移相电抗器式可控相复励装置可控移相电抗器式可控相复励装置 在整流
30、器的交流侧并在整流器的交流侧并联一个三相饱和电抗联一个三相饱和电抗器，进行交流侧的分器，进行交流侧的分流控制。当出现电压流控制。当出现电压偏差时，偏差时，AVRAVR的电流的电流I IT T控制饱和电抗器的控制饱和电抗器的饱和程度，从而改变饱和程度，从而改变分流，以达到调压的分流，以达到调压的目的。目的。第29页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29三、三、可控电抗器分流的调压器可控电抗器分流的调压器 它在整流器的交流侧并联一它在整流器的交流侧并联一个三相饱和电抗器，进行交个三相饱和电抗器，进行交流侧的分流控制。当出现电流侧的分流控制。当出现
31、电压偏差时，压偏差时，AVRAVR的电流的电流I IT T 控控制饱和电抗器的饱和程度，制饱和电抗器的饱和程度，从而改变分流，以达到调压从而改变分流，以达到调压的目的。的目的。第30页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29四、四、交流侧晶闸管分流的调压器交流侧晶闸管分流的调压器 晶闸管并联在相复励装置的交晶闸管并联在相复励装置的交流侧实现交流侧的分流。当电流侧实现交流侧的分流。当电压出现偏差时，压出现偏差时，AVRAVR输出与电压输出与电压偏差相应的触发电流偏差相应的触发电流,改变晶改变晶闸管的导通角进行分流。通常闸管的导通角进行分流。通常在
32、晶闸管电路中串联一适当的在晶闸管电路中串联一适当的阻抗，以限制晶闸管导通时的阻抗，以限制晶闸管导通时的分流电流分流电流,。与饱和电抗器交流。与饱和电抗器交流侧分流的电路相比侧分流的电路相比,晶闸管分晶闸管分流是断续的流是断续的,而饱和电抗器交而饱和电抗器交流侧分流是连续的。流侧分流是连续的。第31页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29五、五、直流侧晶闸管分流的调压器直流侧晶闸管分流的调压器 它与交流侧晶闸管分流的可控相它与交流侧晶闸管分流的可控相复励装置不同的是晶闸管并联在复励装置不同的是晶闸管并联在直流侧，工作原理大致相同。直流侧，工作原
33、理大致相同。可控相复励自动调压装置是带有电可控相复励自动调压装置是带有电压校正器的相复励装置，它具有调压校正器的相复励装置，它具有调压精高，无功功率分配均匀，起励压精高，无功功率分配均匀，起励可靠，强励倍数高，动态性能好等可靠，强励倍数高，动态性能好等特点，因而获得了广泛的应用。特点，因而获得了广泛的应用。第32页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29第八节第八节 无刷发电机励磁系统无刷发电机励磁系统 同步发电机转子的励磁电流，是通过电刷和滑环引进同步发电机转子的励磁电流，是通过电刷和滑环引进 发电机励磁绕组。由于电刷的磨损，增加了维护和保发
34、电机励磁绕组。由于电刷的磨损，增加了维护和保 养工作，磨损产生的碳粉又会导致发电机绝缘下降，养工作，磨损产生的碳粉又会导致发电机绝缘下降，产生的电火花不仅会影响无线电通讯，在油轮上使用产生的电火花不仅会影响无线电通讯，在油轮上使用 极为危险。为从根本上解决这一问题，采用了具有同极为危险。为从根本上解决这一问题，采用了具有同 轴交流励磁机和旋转硅整流器的无刷同步发电机。轴交流励磁机和旋转硅整流器的无刷同步发电机。后后图图为无刷同步发电机励磁系统为无刷同步发电机励磁系统返回第33页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29主发电机主发电机G G和励磁
35、机和励磁机LGLG都是三相同步发电机都是三相同步发电机 TYQ 相复励调压装置相复励调压装置第34页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29G:G:主发电机主发电机EX:EX:励磁发电机励磁发电机CT:CT:电流互感器电流互感器X:X:电抗器电抗器F1:F1:第一励磁绕组第一励磁绕组F2:F2:第二励磁绕组（控制绕组）第二励磁绕组（控制绕组）DCT:DCT:差动电流互感器差动电流互感器CCR:CCR:电阻电阻VR:VR:可调电位器可调电位器RT:RT:电抗器电抗器第35页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2
36、023/3/29第九节第九节 船舶同步发电机组间无功功率自动分配船舶同步发电机组间无功功率自动分配 当两台并联运行发电机的电压不相等当两台并联运行发电机的电压不相等,而频率、而频率、相位相相位相等时等时,则在两机组之间将产生一个无功性质的环流则在两机组之间将产生一个无功性质的环流,其结果将其结果将使电压较高的发电机输出无功功率增大使电压较高的发电机输出无功功率增大,而电压较低的发电机而电压较低的发电机输出的无功功率减少输出的无功功率减少（发电机负载电流功率因数低的（发电机负载电流功率因数低的,无功功无功功率大；功率因数高的率大；功率因数高的,则无功功率小）则无功功率小）。由此可见。由此可见,当
37、同步发当同步发电机并联运行时电机并联运行时,通过改变发电机的通过改变发电机的励磁电流励磁电流来调节其电势来调节其电势,即能调整无功输出、实现无功功率转移。即能调整无功输出、实现无功功率转移。返回规范规范规定规定:并联运行的交流发电机组，当负载在总额定功并联运行的交流发电机组，当负载在总额定功率的率的2020100100范围内变化时，应能稳定运行，其功率分配范围内变化时，应能稳定运行，其功率分配的误差应符合下列要求：各发电机实际承担的无功功率与按的误差应符合下列要求：各发电机实际承担的无功功率与按发电机额定功率分配比例的计算值之差，应不超过最大发电发电机额定功率分配比例的计算值之差，应不超过最大
38、发电机额定无功功率的机额定无功功率的 1010。第36页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29有差特性：有差特性：两机的调压特性应尽可能一致两机的调压特性应尽可能一致,则两机的无功则两机的无功功率均分且稳定。功率均分且稳定。发电机调压调整特性发电机调压调整特性无差特性：无差特性：并联运行时并联运行时,若有外界干扰时若有外界干扰时,无无 确定的确定的 工作工作点不能稳定并联运行。点不能稳定并联运行。Q Q两台发电机并联运行时，转移和分配两台发电机的无功功两台发电机并联运行时，转移和分配两台发电机的无功功率是通过调节发电机组的励磁电流来实现的。率
39、是通过调节发电机组的励磁电流来实现的。两机并联运行无功功率分配（有差）两机并联运行无功功率分配（有差）Q Q第37页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/291)直流均压线直流均压线 对容量相同的发电机并联运行对容量相同的发电机并联运行,采用直流均压线联接。采用直流均压线联接。当两台发电机并联当两台发电机并联运行时运行时,两励磁绕组两励磁绕组的励磁电压相等的励磁电压相等,保保证了两台发电机励证了两台发电机励磁电流相等磁电流相等,实现了实现了两台发电机的无功两台发电机的无功功率均匀分配。功率均匀分配。第38页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机
40、工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/292)交流均压线交流均压线 对容量不同的同步发电机并联运行对容量不同的同步发电机并联运行,可采用交流均压线。可采用交流均压线。两台发电机调压装置的两台发电机调压装置的移相电抗器通过均压线移相电抗器通过均压线并联并联,该联接在三相整流该联接在三相整流器之前的交流侧。当两器之前的交流侧。当两台发电机电势不相等时台发电机电势不相等时,通过交流均压线的联接通过交流均压线的联接可使发电机输出电压均可使发电机输出电压均衡（即空载电动势相等）衡（即空载电动势相等）；负载后，保持无功功；负载后，保持无功功率按比例均匀分配率按比例均匀分配（由电流互感器实现）。（由
41、电流互感器实现）。第39页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29判断两机之间的无功功率分配是否均匀，可以采用判断两机之间的无功功率分配是否均匀，可以采用以下两种方法：以下两种方法：（1）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指示基本相同而电流表指示相差太大时，说明无功分示基本相同而电流表指示相差太大时，说明无功分配装置存在故障；配装置存在故障；（2）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指示基本相同而功率因数表示基本相同而功率因数表(cos表表)指示相差较大时
42、指示相差较大时,说明无功分配装置存在故障。说明无功分配装置存在故障。在发电机并联运行时，其无功功率的分配是由自动在发电机并联运行时，其无功功率的分配是由自动电压调整器来自动完成的。但是如果电器元件出现电压调整器来自动完成的。但是如果电器元件出现故障，也会使无功分配装置出现故障。故障，也会使无功分配装置出现故障。第40页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29下面以均压线连接为例来分析故障排除的方法，重点检下面以均压线连接为例来分析故障排除的方法，重点检查均压接触器：查均压接触器：（1）检查接触器是否通电动作，检查线圈本身、发电）检查接触器是否通
43、电动作，检查线圈本身、发电机主开关常开辅触点、熔断器、导线及相应接线柱等，机主开关常开辅触点、熔断器、导线及相应接线柱等，或修复或更新；或修复或更新；（2）检查接触器触点是否可靠闭合，或打磨修理或更）检查接触器触点是否可靠闭合，或打磨修理或更新。如果触头接触不良，会使均压线断路，并车时不易新。如果触头接触不良，会使均压线断路，并车时不易并上，即使空气开关能合闸，发电机也不能稳定地并联并上，即使空气开关能合闸，发电机也不能稳定地并联运行，两台发电机的电流可能同时急剧上升，直至发电运行，两台发电机的电流可能同时急剧上升，直至发电机的主开关保护动作而跳闸。机的主开关保护动作而跳闸。第41页/共45页
44、船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/293 3、电流稳定装置、电流稳定装置o在按电压偏差进行调压的励磁系统中，调差系数在按电压偏差进行调压的励磁系统中，调差系数KCKC一般是很小一般是很小的，甚至几乎接近是无差的。的，甚至几乎接近是无差的。o这样，在发电机并联运行时，就会使无功功率的分配不稳定。这样，在发电机并联运行时，就会使无功功率的分配不稳定。为了使调压特性曲线为具有足够倾斜度的有差调整特性，且为了使调压特性曲线为具有足够倾斜度的有差调整特性，且KCKC相同，稳定平均的分配无功功率，所以在调压器上加装了相同，稳定平均的分配无功功率，所以在调压器上加装
45、了可以改变调差系数的装置，因其作用就是利用电流信号，通可以改变调差系数的装置，因其作用就是利用电流信号，通过调压器作用，以使无功电流的分配稳定，故称做电流稳定过调压器作用，以使无功电流的分配稳定，故称做电流稳定装置。图装置。图14-3114-31是电流稳定装置原理图。图是电流稳定装置原理图。图14-3214-32是某船两台是某船两台发电机无功分配连接图。发电机无功分配连接图。第42页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29返回图图14-31 电流稳定装置原理图电流稳定装置原理图第43页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29返回14-32 实船两台发电机无功分配连接图实船两台发电机无功分配连接图第44页/共45页船舶电气设备与系统 课 件轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2023/3/29感谢您的观看。感谢您的观看。第45页/共45页