教學(xué)課件PPT同步發(fā)電機(jī)電壓及無功功率自動調(diào)整.ppt

第14章同步發(fā)電機(jī)電壓及無功功率自動調(diào)整 14 1自動電壓調(diào)整的基礎(chǔ)知識 14 2不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 14 3晶閘管自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 14 4可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 14 5無刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 14 6并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無功功率分配 本章主要介紹船舶同步發(fā)電機(jī)的自動調(diào)壓 調(diào)頻 以及有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)方法 內(nèi)容簡介 14 1自動電壓調(diào)整的基礎(chǔ)知識 14 1 1自勵(lì)恒壓裝置的作用 自勵(lì)起壓 維護(hù)電力系統(tǒng)電壓基本恒定 合理穩(wěn)定地分配并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無功功率 強(qiáng)行勵(lì)磁 14 1 2自勵(lì)恒壓裝置的基本要求 1 自動電壓調(diào)整器的靜態(tài)和動態(tài)特性 1 靜態(tài)特性 對靜態(tài)電壓調(diào)整的要求 ue 發(fā)電機(jī)的額定電壓 v umax 發(fā)電機(jī)在規(guī)定的負(fù)荷變化范圍內(nèi)端電壓的穩(wěn)態(tài)最大值umin 發(fā)電機(jī)在規(guī)定的負(fù)荷變化范圍內(nèi)端電壓的穩(wěn)態(tài)最小值 鋼質(zhì)海船建造及入級規(guī)范 規(guī)定 發(fā)電機(jī)從空載至滿載 功率因數(shù)保持為額定值 主發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓變化率應(yīng)在 2 5 以內(nèi) 應(yīng)急發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓變化率應(yīng)在 3 5 以內(nèi) 2 動態(tài)特性 對動態(tài)電壓調(diào)整的要求 umax s 發(fā)電機(jī)突加負(fù)荷或突減負(fù)荷時(shí)的最高電壓值umin s 發(fā)電機(jī)突加負(fù)荷或突減負(fù)荷時(shí)的最低電壓值 鋼質(zhì)海船建造及入級規(guī)范 規(guī)定 發(fā)電機(jī)突加或突減50 額定電流及功率因數(shù)不超過0 4 滯后 的對稱負(fù)荷時(shí)發(fā)電機(jī)的動態(tài)電壓變化率應(yīng)在 15 以內(nèi)電壓恢復(fù)時(shí)間不超過1 5s 當(dāng)電壓突然下降很大時(shí) 要求自動調(diào)壓裝置能迅速把勵(lì)磁電流升高至超過額定狀態(tài)的最大值 即有足夠的強(qiáng)行勵(lì)磁能力 以提高電壓的上升速度 2 強(qiáng)行勵(lì)磁 4 自勵(lì)恒壓裝置的分類及調(diào)壓原理 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁恒壓裝置的種類較多 其發(fā)展大致經(jīng)歷了帶直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng) 不帶勵(lì)磁機(jī)的相復(fù)勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 晶閘管勵(lì)磁及具有同軸交流勵(lì)磁機(jī)的無刷勵(lì)磁系統(tǒng)等幾個(gè)階段 目前同步發(fā)電機(jī)采用自勵(lì)形式 其直流勵(lì)磁電流由自身輸出的交流電經(jīng)過整流后獲得的 鋼質(zhì)海船建造及入級規(guī)范 規(guī)定 3 合理分配發(fā)電機(jī)的無功功率 并聯(lián)運(yùn)行的交流發(fā)電機(jī)組 當(dāng)負(fù)荷在額定功率的20 100 范圍內(nèi)變化時(shí) 各發(fā)電機(jī)實(shí)際承擔(dān)的無功功率與按發(fā)電機(jī)各自的容量比例計(jì)算值之差不應(yīng)超過下列數(shù)值中的較小者 1 最大機(jī)組額定無功功率的 10 2 最小機(jī)組額定無功功率的 25 目前主要采用的類型有 不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁裝置可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁裝置晶閘管自勵(lì)恒壓勵(lì)磁裝置無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 按照被檢測量 自勵(lì)恒壓裝置可分三大類 1 按發(fā)電機(jī)電壓偏差 uf調(diào)節(jié) 由于被檢測量和被調(diào)量都是發(fā)電機(jī)端電壓 恒壓裝置與發(fā)電機(jī)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 穩(wěn)態(tài)特性比較好 靜態(tài)電壓調(diào)整率一般均在土1 以內(nèi) 晶閘管自勵(lì)恒壓裝置屬于這種類型 2 按負(fù)載電流if和功率因數(shù)cos 調(diào)節(jié) 如果被測量是發(fā)電機(jī)的負(fù)荷電流if及功率因數(shù)cos 再經(jīng)調(diào)壓器去調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來穩(wěn)定發(fā)電機(jī)電壓 這時(shí)被測量和被調(diào)量不同 故構(gòu)成一個(gè)開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 靜態(tài)特性比較差 但動態(tài)特性較好 不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置屬于這種類型 3 按if和cos 及 uf調(diào)節(jié) 這類復(fù)合調(diào)節(jié)是將上述兩種調(diào)壓方式結(jié)合在一起 它是在按負(fù)載調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上采用自動電壓調(diào)節(jié)器 avr 靜態(tài)和動態(tài)特性都比較好 是一種較理想的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置 可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置屬于這種類型 具有優(yōu)良的動態(tài)性能 并能在惡劣的環(huán)境下可靠地工作 一 相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置 既反映電流的大小 也能反映電流的相位的線路稱為相位復(fù)勵(lì)線路 簡稱相復(fù)勵(lì)線路 相復(fù)勵(lì)裝置調(diào)節(jié)特性的規(guī)律是按電流的大小及相位進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?14 2不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置 具有結(jié)構(gòu)簡單 管理方便 價(jià)格便宜 動態(tài)特性優(yōu)良 并能在惡劣的環(huán)境下可靠工作等優(yōu)點(diǎn) 不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置 利用發(fā)電機(jī)本身的剩磁電壓進(jìn)行自勵(lì)起壓 根據(jù)負(fù)荷電流的大小進(jìn)行復(fù)勵(lì)及負(fù)荷電流與電壓的相位關(guān)系進(jìn)行相位復(fù)勵(lì) 以調(diào)整勵(lì)磁電流 穩(wěn)定發(fā)電機(jī)端電壓 根據(jù)這兩個(gè)分量迭加方式的不同 又可分為 電流迭加型 電勢迭加型和電磁迭加型三種形式 14 2 1不可控相復(fù)勵(lì)裝置自勵(lì)起壓及恒壓的基本原理 1 自勵(lì)起壓基本原理 自勵(lì)起壓特性曲線 如圖所示 其中曲線1為同步發(fā)電機(jī)空載特性曲線ufo f il 曲線2為自勵(lì)回路的理想勵(lì)磁特性曲線il f uf 由于磁滯現(xiàn)象 在轉(zhuǎn)子磁極上留有剩磁 當(dāng)柴油機(jī)拖動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后 發(fā)電機(jī)定子繞組將產(chǎn)生感生剩磁電壓us us加在自勵(lì)回路上 經(jīng)過整流在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生勵(lì)磁電流il1 il1在發(fā)電機(jī)定子繞組中感生電壓uo1 uo1通過自勵(lì)回路產(chǎn)生il2 il2又感生更高的電壓uo2 如此循環(huán) 構(gòu)成正反饋 逐漸提高發(fā)電機(jī)空載電壓 最后達(dá)穩(wěn)定的交點(diǎn)a 此時(shí)發(fā)電機(jī)電壓即為空載電壓ufo 同步發(fā)電機(jī)自勵(lì)起壓過程 由上述可知 同步發(fā)電機(jī)要正常自勵(lì)起壓 必須滿足三個(gè)條件 1 有足夠的剩磁電壓us 以使自勵(lì)回路導(dǎo)通 2 適當(dāng)整定勵(lì)磁回路阻抗 使勵(lì)磁特性與空載特 3 使自勵(lì)系統(tǒng)成為正反饋系統(tǒng) 剩磁電壓us所產(chǎn)生的勵(lì)磁電流的磁化方向與剩磁方向相同 14 2 2電流迭加相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置 1 原理圖 ta為電流互感器 它反映發(fā)電機(jī)負(fù)載電流的大小和相位 以進(jìn)行相復(fù)勵(lì)調(diào)壓 lr為移相電抗器 它將發(fā)電機(jī)電壓產(chǎn)生的電流移相90 作為電壓分量ilu 以進(jìn)行自勵(lì)起壓 vd為三相橋式硅整流器 它將交流側(cè)迭加得到的勵(lì)磁電流 l整流成直流勵(lì)磁電流il 勵(lì)磁系統(tǒng)中要設(shè)置人工觸發(fā)起勵(lì)線路 利用蓄電池向勵(lì)磁系統(tǒng)提供電壓 設(shè)電路為三相對稱 電流互感器不飽和 電流疊加相復(fù)勵(lì)單線原理圖 2 等值電路分析 電流疊加相復(fù)勵(lì)等值電路 re 勵(lì)磁回路等值電阻k ta之變比zl lr之阻抗 移相電抗器zl的電抗值xl rl lr的電阻值 xl re 忽略rl和re 滯后于電壓的角度即為功率因數(shù)角 是用來產(chǎn)生電流補(bǔ)償和相位補(bǔ)償?shù)?當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化引起電壓變化時(shí) 復(fù)勵(lì)分量起著自動調(diào)節(jié)電壓的作用 電壓分量ilu 在數(shù)值上ilu uf xl 相位上滯后于電壓90 角 是勵(lì)磁電流的基本分量 由它來決定發(fā)電機(jī)的輸出電壓的大小 電流分量ili 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流il是由發(fā)電機(jī)端電壓經(jīng)移相電抗器提供的電壓分量ilu與由電流互感器提供的電流分量ili所組成 14 2 3電磁疊加的相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置 te為三繞組相復(fù)勵(lì)變壓器 其原邊有一個(gè)電壓繞組n1 它與線性電抗器lr串聯(lián)后 接到發(fā)電機(jī)端電壓 構(gòu)成自勵(lì)回路 它引入電壓分量并與n3配合實(shí)現(xiàn)相復(fù)勵(lì) n3稱為電流繞組 串接在發(fā)電機(jī)主回路中 采樣的是發(fā)電機(jī)負(fù)載電流if 與n2構(gòu)成復(fù)勵(lì)回路 n2是輸出繞組 它外接于三相橋式硅整流器vd r c阻容元件用作整流元件的過壓保護(hù) cq是三相諧振起勵(lì)電容 以外接三角形方式與lr相聯(lián)接 其作用是在起壓時(shí)與lr發(fā)生串聯(lián)諧振 幫助起壓 由上式可知電磁迭加相復(fù)勵(lì)與電流迭加相復(fù)勵(lì)在數(shù)值和相位關(guān)系上基本相同 但電磁迭加型可通過調(diào)整匝數(shù)比獲得更好的相復(fù)勵(lì)恒壓特性 相復(fù)勵(lì)裝置的調(diào)試 發(fā)電機(jī)空載電壓 可通過調(diào)節(jié)電壓分量來調(diào)整 發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后電壓 可通過調(diào)節(jié)電流分量來調(diào)整 14 2 3電磁疊加帶電壓曲折繞組的相復(fù)勵(lì)系統(tǒng) 繞組n4稱為電壓曲折繞組 n4與n1在同一個(gè)三相鐵芯柱a b c上 n1的三相a b c分別與n4的三相b c a反接串聯(lián) 它的聯(lián)接規(guī)律 是n1總是與滯后相鐵芯柱上的n4反接串聯(lián) 電壓曲折繞組n4的作用是 進(jìn)一步加強(qiáng)功率因數(shù)變化時(shí)的相位補(bǔ)償 以提高調(diào)壓器的靜態(tài)調(diào)整特性 14 3晶閘管自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 該勵(lì)磁裝置是按發(fā)電機(jī)電壓偏差 uf來進(jìn)行自動調(diào)壓 該勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)自勵(lì)建壓過程中具有正反饋特性 在發(fā)電機(jī)恒壓過程中 具有負(fù)反饋特性 晶閘管自勵(lì)恒壓裝置原理主要由三大環(huán)節(jié)組成 1 測量移相比較環(huán)節(jié) 2 觸發(fā)控制環(huán)節(jié) 3 勵(lì)磁主回路 14 3 1測量比較環(huán)節(jié) 測量比較環(huán)節(jié)中包括測量濾波及比較兩個(gè)回路 a 直流測量電橋比較電路 b 雙穩(wěn)壓管橋式比較電路及特性 當(dāng)udw uf dc 2udw時(shí) 當(dāng)0 uf dc uw時(shí) uk uf dc uk udw uf dc udw 2udw uf dc uk與uf dc成正比 勵(lì)磁系統(tǒng)呈正反饋特性 uk與uf dc成反比 勵(lì)磁系統(tǒng)呈正反饋特性 14 3 2移相觸發(fā)環(huán)節(jié)及勵(lì)磁主回路 移相觸發(fā)環(huán)節(jié) 在勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置中 觸發(fā)器形式多樣 有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 三極管開關(guān)電路和阻塞振蕩器等等 勵(lì)磁主電路 單相半波 單相橋式 三相橋式可控整流電路等幾種 14 4可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) tyq相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置 yjq電壓校正器 ta電流繞組 lr移相電抗器 te相復(fù)勵(lì)變壓器 uf發(fā)電機(jī)端電壓 cl整流濾波電路 cf移相觸發(fā)電路 vd全波橋式整流電路 l勵(lì)磁電路 14 4 1可控相復(fù)勵(lì)變壓器式可控相復(fù)勵(lì)裝置 可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置 采用在電磁迭加相復(fù)勵(lì)裝置的三繞組變壓器中加一個(gè)直流磁化繞組的方法 當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓偏離給定電壓時(shí) avr的輸出電流it就有相應(yīng)的改變 使得可控相復(fù)勵(lì)變壓器te的飽和程度發(fā)生變化 在電流繞組n3和電壓繞組n1的電流為某一值時(shí) 輸出繞組n2所感應(yīng)出的電流將作相應(yīng)的變化 這樣能按照電壓偏差進(jìn)一步調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小 14 4 2可控移相電抗器式可控相復(fù)勵(lì)裝置 在整流器的交流側(cè)并聯(lián)一個(gè)三相飽和電抗器 進(jìn)行交流側(cè)的分流控制 當(dāng)出現(xiàn)電壓偏差時(shí) avr的電流it控制飽和電抗器的飽和程度 從而改變分流 以達(dá)到調(diào)壓的目的 14 4 3可控電抗器分流的調(diào)壓器 它在整流器的交流側(cè)并聯(lián)一個(gè)三相飽和電抗器 進(jìn)行交流側(cè)的分流控制 當(dāng)出現(xiàn)電壓偏差時(shí) avr的電流it控制飽和電抗器的飽和程度 從而改變分流 以達(dá)到調(diào)壓的目的 14 4 4交流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器 晶閘管并聯(lián)在相復(fù)勵(lì)裝置的交流側(cè)實(shí)現(xiàn)交流側(cè)的分流 當(dāng)電壓出現(xiàn)偏差時(shí) avr輸出與電壓偏差相應(yīng)的觸發(fā)電流 改變晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行分流 通常在晶閘管電路中串聯(lián)一適當(dāng)?shù)淖杩?以限制晶閘管導(dǎo)通時(shí)的分流電流 與飽和電抗器交流側(cè)分流的電路相比 晶閘管分流是斷續(xù)的 而飽和電抗器交流側(cè)分流是連續(xù)的 14 4 5直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器 它與交流側(cè)晶閘管分流的可控相復(fù)勵(lì)裝置不同的是晶閘管并聯(lián)在直流側(cè) 工作原理大致相同 可控相復(fù)勵(lì)自動調(diào)壓裝置是帶有電壓校正器的相復(fù)勵(lì)裝置 它具有調(diào)壓精高 無功功率分配均勻 起勵(lì)可靠 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)高 動態(tài)性能好等特點(diǎn) 因而獲得了廣泛的應(yīng)用 14 5無刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 主發(fā)電機(jī)g和勵(lì)磁機(jī)lg都是三相同步發(fā)電機(jī) tyq相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置 恒壓原理 avr框圖 基本電路為電流疊加相復(fù)勵(lì)裝置 其產(chǎn)生的直流勵(lì)磁電流供給第一勵(lì)磁繞組 avr根據(jù)電壓偏差的大小和方向輸出的電流流過第二勵(lì)磁繞組 控制繞組 以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓的細(xì)調(diào) 穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的電壓 從而消除電壓偏差 并聯(lián)運(yùn)行的交流發(fā)電機(jī)組 當(dāng)負(fù)載在總額定功率的20 100 范圍內(nèi)變化時(shí) 應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行 其功率分配的誤差應(yīng)符合下列要求 各發(fā)電機(jī)實(shí)際承擔(dān)的無功功率與按發(fā)電機(jī)額定功率分配比例的計(jì)算值之差 應(yīng)不超過最大發(fā)電機(jī)額定無功功率的 10 鋼質(zhì)海船建造及入級規(guī)范 規(guī)定 14 6并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無功功率分配 無功負(fù)荷的分配和轉(zhuǎn)移 實(shí)質(zhì)上是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來調(diào)整發(fā)電機(jī)的電勢實(shí)現(xiàn)的 兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí) 轉(zhuǎn)移和分配兩臺發(fā)電機(jī)的無功功率是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)的 有差特性 兩機(jī)的調(diào)壓特性應(yīng)盡可能一致 則兩機(jī)的無功功率均分且穩(wěn)定 發(fā)電機(jī)調(diào)壓特性 兩機(jī)并聯(lián)運(yùn)行無功功率分