第5講 船舶同步發(fā)電機并聯(lián)運行

第5講船舶同步發(fā)電機并聯(lián)運行

為了滿足船舶供電的可靠性和經(jīng)濟性，一般的船舶電站均裝設(shè)有兩臺以上的同步發(fā)電機組作為主電源。兩臺以上的發(fā)電機同時向電網(wǎng)供電，叫做發(fā)電機組的并聯(lián)運行，把發(fā)電機組投入并聯(lián)運行的過程稱為并車。為什么發(fā)電機要采用并聯(lián)運行？1、為滿足船舶高負荷運行工況用電量的需求。因工況不同全船的用電量也不一樣，在停泊和裝卸貨兩工況下，用電量相差3倍以上。為使發(fā)電機的經(jīng)濟運行，船舶電站常用多臺發(fā)電機并聯(lián)滿足負荷大幅度變化的供電。2、為保證供電的連續(xù)性。運行的機組的檢修和維護需要由備用機組替換，也要通過并聯(lián)操作來完成。通常有三種情況下要并車操作一是滿足電網(wǎng)負荷的需求，當單機負荷達到80％額定容量時，且負荷仍有可能增加，這時就要考慮并聯(lián)另一臺發(fā)電機；二是當進出港靠離碼頭、或進出狹水道等的機動航行狀態(tài)時，為了船舶航行的安全，需要兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行；三是當需要用備用機組替換下運行供電的機組時，為了保證不中斷供電，需要通過并車進行替換。船舶同步發(fā)電機組采用多機并聯(lián)運行優(yōu)點：1、提高了發(fā)電機組的工作效率。2、維護、檢修發(fā)電機組方便。3、保證供電的高可靠性同步發(fā)電機組的并車方式分為二類：自同步并車方式和準確同步并車方式。

自同步并車是一種簡單的并車方式，它的操作過程是：原動機將未經(jīng)勵磁的待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速帶到接近同步轉(zhuǎn)速時，將發(fā)電機主開關(guān)合閘，并立即給發(fā)電機加上勵磁，依靠機組間自整步作用而拉入同步，使待并發(fā)電機與電力系統(tǒng)并聯(lián)運行。自同步并車操作主要優(yōu)點是過程簡單，發(fā)生事故時合閘迅速，但由于待并發(fā)電機的定子是在無電壓下與電網(wǎng)并聯(lián)，實際上式一個感性負載，因此合閘時沖擊電流、沖擊轉(zhuǎn)矩和母線電壓的下降都很大。由于船舶電力系統(tǒng)容量小，采用自同步并車不能保證電能質(zhì)量，因此船舶電力系統(tǒng)一般不用自同步并車方式，這種方式僅在陸地電力系統(tǒng)使用。

準同步并車方式是目前船舶上普遍采用的一種并車方式，要求待并機組和運行機組兩者的電壓、頻率和相位都調(diào)整到十分接近的時候，才允許合上待并發(fā)電機主開關(guān)。采用這一方式進行并車引起的沖擊電流、沖擊轉(zhuǎn)矩和母線電壓的下降都很小，對船舶電力系統(tǒng)不會產(chǎn)生不利影響。但是，采用此方法并車時，對操作者的素質(zhì)要求較高，因為某種原因造成非同步并車時，則沖擊電力大，最嚴重時其沖擊電流與機端三相短路電流相同，所以并車操作應嚴格而細心，這也是準同步并車方式的不足。一、發(fā)電機的并聯(lián)運行理想條件1、理想的并車條件：①待并發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓的有效值相同；②待并發(fā)電機的電壓頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同；③待并發(fā)電機的電壓相位(或初相位)與電網(wǎng)電壓的相位一致;④待并發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)(或運行機)電壓的相序一致。2、說明在上述的四個條件中，相序必須滿足，其他條件可以允許稍有差別。一般如果不是新安裝的發(fā)電機或檢修后安裝的發(fā)電機，則第一條都是滿足的，無需檢查。因此同步發(fā)電機在進行并車操作時，就是要監(jiān)測和調(diào)整待并發(fā)電機的電壓、頻率和相位，在滿足電壓、頻率和并車后待并發(fā)電機浮接在電網(wǎng)上，既不向電網(wǎng)提供功率，也不從電網(wǎng)吸收功率，其電壓與電網(wǎng)(或運行機組)的電壓完全重合，機組同步運行。二、發(fā)電機并聯(lián)運行條件的分析1、電壓不等、頻率和相位相同的情形

☆當S2合上時，在兩發(fā)電機間構(gòu)成的回路中將產(chǎn)生一(稱為平衡電流)的環(huán)流Ii；☆由于回路阻抗近似為純感性，所以環(huán)流Ii滯后△U約90°；☆(若)環(huán)流Ii對待并機的電磁反應是“去磁”作用，使其端電壓有所降低：對運行機是“增磁”作用，使其端電壓有所增加；最終使兩發(fā)電機的電壓趨于相等。⑴.僅當電壓不等時并車G1G2并車瞬間所產(chǎn)生的沖擊電流具有均壓作用。要求：ΔU<±10%UN2、相位不等、電壓和頻率相同的情形

☆盡管電壓的幅值相等，但因相位不等、其電壓的向量差不為零，在兩發(fā)電機間仍將產(chǎn)生環(huán)流Ii；電壓差為：☆環(huán)流Ii與電壓差△U間的向量關(guān)系見圖，環(huán)流可分解成有功分量和無功分量；☆環(huán)流有功分量的作用使相位超前的機組輸出有功、自身受到制動，同時使相位滯后的機組吸收有功、自身受到加速，最終使兩機組的相位差趨于一致。⑵僅當相位不一致時并車瞬間所產(chǎn)生的沖擊電流具有自整步作用。要求：δ<±15°3、頻率不等、電壓和相位相同的情形在這種情形下，由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不同、即頻率不同，過△t后將出現(xiàn)、出現(xiàn)環(huán)流，環(huán)流的影響同上分析。動態(tài)過程有所不同，它是一震蕩調(diào)整的過程。實際并車操作遇到的條件：是上述三種情況的綜合，即電壓幅值、頻率和相位均存在偏差，必須限制偏差才能保證投入并聯(lián)的成功，否則會破壞電網(wǎng)的正常運行，并對電網(wǎng)設(shè)備和投入發(fā)電機組(包括發(fā)電機的原動機)造成機械損壞。⑶僅當頻率不一致時并車瞬間所產(chǎn)生的沖擊電流同樣具有自整步作用。要求：Δf<±0.5Hz三、實用的并車條件理論上或簡單地說，并車三條件，是電壓幅值相等、頻率相等、相位差為零。實際上在待并發(fā)電機與電網(wǎng)之間總存在誤差。因此，實用的并車條件是：①電壓幅值偏差在±10％以內(nèi)；（通常船舶發(fā)電機的調(diào)壓器是能滿足這一要求的，因為一般船舶發(fā)電機的調(diào)壓器靜態(tài)電壓調(diào)整率為±2.5%）②頻率偏差在士l％以內(nèi)；③相位差在土15°電角度以內(nèi)。

四、并車方法1、準(確)同步法直接按上述三條件實現(xiàn)并車的方法叫做準(確)同步法。它又可以分為手動準同步法和自動準同步法兩種。2、粗同步法通過增加并車電抗器及相應附屬電器。使并車條件適當放寬，操作較為簡捷的一種并車方法，叫電抗同步法或粗同步法，這是目前我國船舶廣泛采用的一種并車方法。3、自同期法這種方法是原動機將未經(jīng)勵磁的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速帶到接近同步轉(zhuǎn)速，即將發(fā)電機主開關(guān)合閘，并立即給發(fā)電機加上勵磁，依靠機組間自整步作用而拉入同步，使發(fā)電機與電力系統(tǒng)并聯(lián)運行。船上采用的并車方法主要有：①手動準同步并車；②粗同步電抗器并車；③半自動準同步并車；④自動準同步并車。目前實船上常用的檢測頻差、相位差獲得同步合閘時刻的方法一般采用同步表法和同步指示燈法。

1、同步表法實船上主要采用同步表來指示待并機與電網(wǎng)的電壓相位差、頻率差及頻差方向。同步表又叫整步表或同步指示器，目前實船采用指針式和發(fā)光二極管式同步表。指針式同步表指針式同步表又叫電磁式同步表，是通過指針的轉(zhuǎn)動情況，檢測待并機與電網(wǎng)間的相位差和頻率差。（1）頻差觀測

同步表指針的旋轉(zhuǎn)速度，反映了頻差的大小，旋轉(zhuǎn)速度越快，頻差越大；反之亦然。指針旋轉(zhuǎn)方向，則反映了頻差的方向，指針向“快”的方向旋轉(zhuǎn)（順時針旋轉(zhuǎn)），表明待并發(fā)電機的頻率大于運行發(fā)電機的頻率，若指針向“慢”的方向旋轉(zhuǎn)（逆時針旋轉(zhuǎn)），表明待并發(fā)電機的頻率小于運行發(fā)電機的頻率。指針旋轉(zhuǎn)一圈的時間就是頻差的一個周期。（2）相位差觀測。指針偏離“同相點”的角度，即為相位差角。

同步表屬于短時工作制，工作時間不大于15min。同步表是一種用來檢測待并發(fā)電機與電網(wǎng)（匯流排）電壓的頻率和相位差大小及其方向的儀表，又稱整步表。指針旋轉(zhuǎn)一圈所需要的時間為TS＝1/f。同步表按短時工作制設(shè)計，一般持續(xù)工作時間不大于15min，間隔時間為30min，所以，并車操作過程不宜太長，并車成功后應及時切除。

合閘的時刻:同步表向“快”的方向3～5秒旋轉(zhuǎn)一周，在指針接近表盤的中點（同相位點）時合閘。船舶電站3臺發(fā)電機同步表接線圖指示燈式同步表指示燈式同步表是沒有指針的同步指示器，系統(tǒng)采用發(fā)光二極管指示方式，同樣用于指示待并發(fā)電機與運行發(fā)電機的頻率差和相位差。F96-S型同步指示器

它的表盤圓圈均勻分布有36個指示燈，每燈代表10度電角度，上方12點鐘處指示燈是360度，其中“SYNC”綠色指示燈與12點鐘處指示燈同步。并車時，合上運行發(fā)電機測量開關(guān)，此時表面36個指示燈為隨機狀態(tài)，然后合上待并發(fā)電機測量開關(guān)，同步表的指示燈開始旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度和為止即表示兩臺發(fā)電機的頻率差、相位差和方向，判斷方法與上述指針式同步表判斷兩臺發(fā)電機的頻率差、相位差及方向的方法完全一致。當運行發(fā)電機組與待并發(fā)電機組頻差小于0.2Hz，且相位差在350~360度之間時，上方“SYNC”綠色指示燈亮，此時待并發(fā)電機組即可并車投入運行。同步指示燈法

用指示燈檢測并車時是否符合理想準同步并車條件有兩種接線方式，一種叫做燈光明暗法，一種叫做燈光旋轉(zhuǎn)法。合閘時刻：當燈泡3～5秒明暗一次時,約在接近燈暗區(qū)間的中心時。2)燈光明暗法(燈光熄滅法)2)燈光明暗法(燈光熄滅法)燈泡明暗的快慢取決于頻差的大小,指示燈明暗一次所需的時間TS＝1/f稱為頻差周期,頻差越大，燈泡亮、暗變化越快，頻差較小時，燈泡亮、暗變化變慢。燈光明暗法檢測同步標志：當燈光亮、暗變化較慢，并且燈泡完全熄滅時，恰好是相位一致的時候，也就是并車操作中需要捕捉的合閘時刻。燈光明暗法只能辨別頻差的大小，但無法辨別頻差的方向，這是燈光明暗法的不足。合閘時刻:使燈光向“快”（順時針）的方向旋轉(zhuǎn)，當調(diào)節(jié)到3～5秒旋轉(zhuǎn)一周后，當指示燈L1最暗而L2、L3同樣亮時。1)燈光旋轉(zhuǎn)法f2＞f1時，燈泡輪流熄滅的順序為:L1L2L3

L1f2＜f1時，燈泡輪流熄滅的順序為:L1L3L2

L1L1L2L3uL1uL2uL3uL采用指示燈法進行并車操作，因為當電壓降到燈泡額定電壓的30%-50%,燈泡就已接近熄滅，故燈泡在熄滅狀態(tài)下要停留一段時間，操作者要仔細觀察指示燈，掌握明暗變化規(guī)律，準確地捕捉住燈光熄滅過程中正中間稍前些的瞬間（考慮到主開關(guān)固有動作時間要有一個提前時間），果斷合閘。

采用指示燈檢測并車條件盡管簡便易行，幾乎所有的船舶電站全都設(shè)置，但因觀察燈泡亮暗變化及旋轉(zhuǎn)易使人眼花繚亂，而不易準確掌握，所以船舶電站都采用整步表來檢測并車條件，同步指示燈只是作為一種輔助并車的指示裝置。粗同步并車法是利用電抗器進行并車的一種方法。它是指待并機基本滿足電網(wǎng)所需的并聯(lián)條件后，即可先行串聯(lián)一個電抗器與電網(wǎng)并聯(lián)，然后再合主開關(guān)的方法。因此，粗同步并車又叫電抗器并車，它放寬了對準同步并車的條件，提高了并車的成功率，因而深受船舶電站管理人員的歡迎。

粗同步并車法電抗器粗同步并車原理電抗器粗同步并車原理圖當待并發(fā)電機啟動后，大致調(diào)節(jié)一下頻率，觀察一下電壓差別不大，至于相位甚至可以不考慮，只要相位差不是180度就可以接通接觸器，使發(fā)電機通過粗同步電抗器DK與電網(wǎng)并聯(lián)。這時盡管電壓差、頻率差和相位差比起準同步的三個條件要相差較多，但因為DK阻抗很大，它限制了并車時由于三個條件不滿足所產(chǎn)生的沖擊電流，使沖擊電流數(shù)值不會超過發(fā)電機額定電流的1.2-1.8倍，發(fā)電機不會進行保護動作。當發(fā)電機通過電抗器DK與電網(wǎng)并聯(lián)后，由于機組間的自整步作用，很快就會被拉入同步。觀察同步表，當指針固定在“同步”標記位置時，就可以合上主開關(guān)，將電抗器短路，使發(fā)電機不再通過電抗器，而是直接與電網(wǎng)并聯(lián)運行。

因為機組此時已經(jīng)與電網(wǎng)同步，所以合主開關(guān)時，不會產(chǎn)生沖擊電流，然后再斷開接觸器將電抗器切除，粗同步并車就完成了。電抗器粗同步并車實際接線原理圖并車的條件為：電壓差U<10％Un,頻差f<（1～1.5）Hz,相位差δ<180（一般應小于90）時合閘。電抗器是按短時工作制設(shè)計，只在并車時使用，并車完畢，一定要從電網(wǎng)上將其切除，否則電抗器就可能被燒毀。船舶儀表艦船主配電板面板上裝有電壓表、頻率表、同步指示器。

電壓問題電壓表的數(shù)值可指示待并發(fā)電機電壓是否與電網(wǎng)電壓一致。目前船用自激恒壓發(fā)電機一般均能滿足電壓在允許偏差之內(nèi)。如各臺發(fā)電機電壓相差太大，則要根據(jù)具體情況或排除故障，或?qū)ψ詣与妷赫{(diào)整器的參數(shù)進行適當調(diào)整，以使電壓差滿足要求。由于發(fā)電機都有自動恒壓裝置，只須初始檢查電壓是否正常而不需要手動調(diào)節(jié)。頻率問題頻率是否一致，可以通過頻率表進行檢測，若相差太大，則可通過伺服馬達調(diào)節(jié)發(fā)電機組中原動機的調(diào)速器，從而改變原動機的轉(zhuǎn)速，即調(diào)整了頻率。同步表則用來測量相位和頻率差的大小，若頻差太大，同樣要調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速，使頻差減小到允許范圍之內(nèi)。相位問題手動并車時，主要應觀察同步表。若同步表的指針沿著“快”的方向旋轉(zhuǎn)，說明待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速(頻率)快了，則要通過伺服馬達控制柴油機的調(diào)速器，使待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。若同步表的指針沿著“慢”的方向旋轉(zhuǎn)，說明待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速(頻率)快慢了，則要通過伺服馬達控制柴油機的調(diào)速器，使待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上升，相位問題

當指針快到紅線即相位差為零時立即合閘(考慮到主開關(guān)有一定的動作時間，故要適當提前一個角度)，待并發(fā)電機依靠自整步作用被拉入同步，觀察同步表將穩(wěn)定在“整步”位置不再轉(zhuǎn)動，然后再進行負載轉(zhuǎn)移。并車完畢后，應立即通過轉(zhuǎn)換開關(guān)把同步表從電路中切除，以免損壞。船舶電站仿真實驗室手動并車操作的程序1．起動待并發(fā)電機組先檢查起動條件：冷卻水、滑油、燃油、起動氣源或電源，然后起動待并機的原動機，使其加速到大致接近額定轉(zhuǎn)速。2．起動后檢查發(fā)電機的三相電壓用電壓表測待并發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓，觀察待并機的電壓，看是否建立起額定電壓(一般可不必進行調(diào)整，因有自動調(diào)壓器的作用)，是否缺相。3．進行頻率預調(diào)、精調(diào)接通同步表，檢測電網(wǎng)和待并發(fā)電機的差頻大小和方向，通過調(diào)速開關(guān)調(diào)整待并機組轉(zhuǎn)速，使待并機與電網(wǎng)的頻率接近。再將同步表選擇開關(guān)轉(zhuǎn)向待并機，先調(diào)整頻差，精確調(diào)節(jié)待并機的原動機轉(zhuǎn)速，使待并發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率稍高（約0.3Hz），此時可看到同步表的指針沿順時針“快”方向緩慢轉(zhuǎn)動，約3s轉(zhuǎn)動一圈。4．捕捉同相點、進行合閘操作根據(jù)同步表檢測相位差，在將要到達“相位一致”時將主開關(guān)合閘，合閘指令應有提前量，提前時間為主開關(guān)的固有動作時間。當同步表指針轉(zhuǎn)到上方11點位置時，立即按下待并機的合閘按鈕，此時自動空氣斷路器立即自動合閘，待并發(fā)電機投入電網(wǎng)運行。5．轉(zhuǎn)移負載此時待并機雖已并入電網(wǎng)，但從主配電板上的功率表可以看出，它尚未帶負載，為此，還要同時向相反方向調(diào)整兩機組的調(diào)速開關(guān)，使剛并入的發(fā)電機加速，原運行的發(fā)電機減速，在保持電網(wǎng)頻率為額定值的條件下，使兩臺機組均衡負荷。6．切除同步表最后斷開同步表，并車完畢。并車操作注意事項1．頻差不能偏大也不可太小頻差偏大，比如調(diào)節(jié)頻差周期為2s，雖然是允許頻差，但由于整步表指針旋轉(zhuǎn)比較快，不易捕捉“同相點”，易造成較大沖擊而并車失敗。如果頻差太小，指針轉(zhuǎn)一周時間較長(例如10s)，拖延并車時間。所以頻差周期調(diào)節(jié)到3s～5s，既迅速又容易成功。還要注意：①當接通整步表時可能會出現(xiàn)：表針只在某—位置振動而不旋轉(zhuǎn)，這表明頻率差太大，應試調(diào)節(jié)待并機頻率(加速或減速)，以使頻差減小、指針能夠旋轉(zhuǎn)；②或者出現(xiàn)指針呆滯、緩慢迂回、沒有確定的轉(zhuǎn)向，這是兩頻率接近相等，頻差幾乎為零，此時很難捕捉同相點，為縮短并車時間，應調(diào)節(jié)待并機加速，達到3s~5s轉(zhuǎn)一圈。2．盡量避免逆功率雖然不論整步表指針是向“慢”或向“快”的方向轉(zhuǎn)，只要達到允許頻差都可以合閘。但“慢”的方向易造成逆功率跳閘，所以最好是調(diào)節(jié)到向“快”的方向。這樣，合閘后待并機就能立即分擔一點負荷。3．按合閘按鈕應有適當?shù)奶崆傲坎④嚂r應考慮有適當?shù)奶崆傲?，以保證主開關(guān)觸頭閉合時恰好是同相位，盡量減小合閘沖擊電流。發(fā)電機主開的關(guān)固有動作時間：對于電磁鐵合閘機構(gòu)，一般可按0.1s計，電動機合閘機構(gòu)可按0.3s計；再加上手按按鈕操作時間，也可按0.1s計。即電磁鐵合閘的主開關(guān)應提前量為0.2s，電動機合閘的主開關(guān)應提前量為0.4s。對于順時針旋轉(zhuǎn)為快的同步表，若同步表指針按鐘表分針計算，則同步表轉(zhuǎn)一圈為3s時，電磁鐵合閘的應在56min時刻，電動機合閘的應在52min時刻；當同步表指針轉(zhuǎn)一圈為5s時，電磁鐵合閘的應約在57.5min時刻，電動機合閘的應約在55min時刻。實際合閘操作時，只要同步表指針轉(zhuǎn)一圈的時間在3~5s間，合閘提前量可掌握在：①電磁鐵合閘操作機構(gòu)可在57min時刻合閘；②電動機合閘操作機構(gòu)可在53.5min時刻合閘。4．絕對禁止180°反相合閘不能在指針轉(zhuǎn)到“同相點”反方向180°處合閘，這時沖擊電流最大。不僅造成合閘失敗，而且還會引起供電的機組跳閘，造成全船斷電。5．不能在大于允許頻差時合閘如果頻差太大(頻差周期小于2s)并車，合閘后轉(zhuǎn)速快的機組剩余動能很大，兩機所產(chǎn)生的整步力矩可能不足以將其拉入同步，結(jié)果將由于失步產(chǎn)生很大沖擊而導致跳閘斷電。因為在允許頻差下合閘，合閘后是靠整步力矩將兩機組拉入同步。6．合閘時應避開突然擾動在按下合閘按鈕前，如果遇到電網(wǎng)電壓幅度或頻率突然發(fā)生波動應暫緩合閘操作，待穩(wěn)定后再操作，不然可能會并車失敗。7．并車完畢及時斷開同步表因為同步表是按短時工作制設(shè)計的，只允許短時（15min）通電使用?？傊?，不論是由于操作不當或外部擾動，只要是在較大的頻差或相位差下合閘都有可能造成并車失敗。總結(jié)1、實際操作過程中注意規(guī)定要求頻率表、同步表、電壓表的觀察。2、動作果斷，不猶豫。3、嚴格按操作規(guī)程操作。不符合條件，嚴禁合閘。自動準同步并車原理同步發(fā)電機自動并車裝置的基本原理自動并車不作為一個獨立裝置，而是PMS的一個單元或一部分。

大部分船舶電站都裝有PMS船舶電站功率管理系統(tǒng)（PMS）（PowerManagementSystem）

自動并車裝置通?？煞譃閮纱蟛糠郑阂徊糠譃轭l率預調(diào)，一部分為合閘控制。自動并車裝置應具有以下功能：1.檢測待并發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓之間的頻差和頻差符號，并根據(jù)頻差的大小和符號，向待并發(fā)電機發(fā)出相應的自動整步的加速或減速信號；2.檢測頻差、相位差和電壓差，當滿足允許合閘條件時，適時地發(fā)出合閘指令。通常自動并車裝置應由調(diào)壓、調(diào)速和合閘三部分組成。具體講，船舶自動并車裝置大多由脈動電壓形成環(huán)節(jié)、頻差方向鑒別及調(diào)速脈沖控制電路、獲取恒定超前相角或超前時間信號環(huán)節(jié)、允許合閘頻差檢測環(huán)節(jié)、允許電壓差檢測及合閘“與”門環(huán)節(jié)等構(gòu)成。因為船用自勵恒壓發(fā)電機的電壓都能保證在并車的允許范圍內(nèi)，所以一般省去調(diào)壓部分，只設(shè)大電壓差閉鎖環(huán)節(jié)。此外，還設(shè)有小頻差擾動環(huán)節(jié)，以防”呆滯”現(xiàn)象（頻差太小，指針轉(zhuǎn)一周時間較長，拖延并車時間，頻率相等，指針靜止不動）。準同步自動并車裝置分類

考慮從發(fā)出合閘脈沖指令到待并發(fā)電機主開關(guān)的動、靜觸頭閉合為止需要經(jīng)過一段時間，準同步自動并車裝置應能夠在兩臺同步點之前提前發(fā)出合閘指令。這段時間等于合閘線圈的啟動時間（很短，一般均忽略）和主開關(guān)的固有動作時間之和，基本上由主開關(guān)的固有動作時間決定。

一般我們把從發(fā)出合閘脈沖指令到待并發(fā)電機的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位重合時的這段時間稱為超前時間，從發(fā)出合閘脈沖指令時對應的待并發(fā)電機電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的相位差稱為超前相角。自動準同步并車裝置可分為兩類1恒定越前時間的自動并車裝置這一類裝置保證在給定的越前時間下發(fā)出合閘脈沖。原則上，恒定超前時間的自動并車裝置是可以做到在待并發(fā)電機與電網(wǎng)電壓相位完全重合的條件下合閘，只要保證恒定超前時間等于主開關(guān)的固有動作時間便可，但實際上由于主開關(guān)的固有動作時間的不固定而略有偏差。2恒定越前相角的自動并車裝置這類裝置在給定的超前相角下發(fā)出合閘脈沖。這時超前時間并不是一個確定的數(shù)值，而決定于并車時的角頻差。這種裝置在原理上就不能保證完全準確地實現(xiàn)準同步并車的條件。在發(fā)電機主開關(guān)合閘時間不大的情況下，較為簡單的恒定超前相角的并車裝置，得到很成功的運用。但是，當合閘時間很長時，不再允許采用恒定超前相角的并車裝置，因為在這種情況下誤差加大，引起不被允許的并車沖擊電流。脈動電壓及其與自動并車條件的關(guān)系

自動并車裝置如何檢測并車三個條件，顯然必須找到一種能反映并車三個條件的信號，這個信號在自動并車裝置中就是脈動電壓信號。1脈動電壓的形成所謂脈動電壓指待并發(fā)電機電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率不一致但相差不大，并發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓幅值相等，這樣的兩個交流電壓之差。設(shè)待并發(fā)電機和電網(wǎng)電壓分別是u1=Umsinw1tu2=Umsinw2t

則脈動電壓的瞬時值為Us＝u1-u2=Um(sinw1t-sinw2t)=2Umsin(w1-w2)t/2cos(w1+w2)t/2它是脈動電壓的數(shù)學表達式。脈動電壓的瞬時值波形為實線部分，虛線表示脈動電壓振幅變化的曲線。

在自動并車裝置中，最有實際意義的就是這個脈動電壓振幅變化的規(guī)律，它是通過對脈動電壓Us整流（取正半波）、濾波(濾掉（w1+w2）/2的諧波部分)后獲得電壓波形。

今后所說的脈動電壓都是指脈動電壓振幅變化曲線的正半波部分，習慣上將脈動電壓稱為頻差電壓。

脈動電壓振幅變化曲線的正半波部數(shù)學表達式為Us＝2Umsin(w1-w2)t/2=2Umsinwst/2=2Umsin/2=wst+0(為相位角，0為初相位角）

2．脈動電壓的性質(zhì)若脈動電壓的周期為TS則：TSws=2TS=2/ws=2/2(f1-f2)=1/f可見，脈動周期與頻差成反比，頻差越小，則脈動周期越長。1)頻差脈動電壓與相位檢測原理頻差大頻差小頻差更小濾波后為正選脈動電壓：

波形反映出：頻差大小，相位關(guān)系，電壓為零的點即為同相點脈動電壓與并車三個條件的關(guān)系：1）脈動電壓過零，說明待并發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓同相且幅值相等。因此，脈動電壓過零時，主開關(guān)應閉合。

2）脈動周期TS要足夠長，說明頻差在允許范圍內(nèi)。例如：允許頻差Δf=0.5%，Δf=0.25Hz（額定頻率f=50Hz），則TS=1/Δf=1/0.25=4（s）說明只要脈動周期TS≥4（s），頻差即滿足要求。（準同步并車三個條件可由以上兩個條件代替）由波形圖可見，當δ0為0時，輸出電壓為0，但這種波形的脈動電壓存在如下問題：電壓U1≠U2時，US

≠0時，采用US=0來判斷δ0=0就會出現(xiàn)錯誤，船舶電網(wǎng)電壓波動較大（相對容量?。?，這是客觀存在現(xiàn)象。無法從中獲得頻差方向，從而無法判斷待并機頻率高于還是低于電網(wǎng)頻率。脈動電壓與相位差δ的關(guān)系是正弦關(guān)系，而不是線性關(guān)系。自動準同步并車裝置典型環(huán)節(jié)技術(shù)方案及原理分析

1差頻三角波電壓的形成自動并車裝置主要是通過對脈動電壓進行各種檢測和調(diào)整，以實現(xiàn)對并車三個條件的要求，因此如何獲得理想的脈動電壓是搞好自動并車裝置的重要環(huán)節(jié)。正弦形脈動電壓的形成，只有當發(fā)電機電壓和電網(wǎng)電壓數(shù)值相等，頻率相近時，正弦形脈動電壓才有過零點。否則，當兩個電壓數(shù)值不等時，脈動電壓將不過零，原來過零的電壓被抬高了一個電平，這將影響自動并車裝置的可靠工作。

實際上大都采用脈動三角波電壓提供給檢測環(huán)節(jié)脈動三角波電壓與正弦形脈動電壓同頻，脈壓US與相位角成線性關(guān)系，不受電壓差和波形失真的限制。電路及分析：特點：1）三角波的周期與正弦形脈動電壓相同

2）待并機電壓與電網(wǎng)電壓同相時，對應于三角波的零點，待并機電壓與電網(wǎng)電壓反相時，對應于三角波的頂點。

為了克服正弦脈動電壓的缺陷，提出采用三角波頻差脈動電壓，US

與δ的關(guān)系成線性關(guān)系，并且不受電壓差和波形失真的影響。相敏電路差頻三角波電壓一般由相敏電路獲得，相敏電路的基本功能是將兩個頻率不同的電壓信號，變換成一個僅與它們之間的相位差有關(guān)的直流電壓。相敏電路的輸出電壓就是差頻三角波電壓。頻差方向鑒別環(huán)節(jié)（頻率預調(diào)）手動并車時，人們借助同步燈或同步表旋轉(zhuǎn)方向來判斷待并機的頻率是高于或低于電網(wǎng)頻率，從而決定待并機加速或減速、調(diào)節(jié)頻差滿足并車要求并抓取相位差為零的時刻，而自動并車裝置則需要有一個頻差符號自動檢測和調(diào)速控制電路來取代上述手動操作，稱為頻率預調(diào)。1、兩脈壓信號比較法檢測頻差方向通常采用移相法：取電網(wǎng)電壓，其中事先移相成為待并機電壓與和的脈動電壓分別和。當待并機頻率高于電網(wǎng)頻率(即f>0),到達最大值時間較提前，而待并機頻率低于電網(wǎng)頻率(即f<0),到達最大值時間較提前,利用兩個鑒幅器即可檢測出頻差方向。&鑒幅器&鑒幅器加速減速頻率高頻率低

通過檢測三個脈動電壓過零次序的不同，來判斷頻差的方向。三脈壓鑒別法

US2=0時刻為起點，當fF>fW時，緊接著是US3過零，當fF<fW時，緊接著是US1過零.用邏輯電路檢測US2過零后，緊接著是US3=0，表明是正頻差，即fF>fW，則發(fā)出“減”速信號。反之，發(fā)出“加”速信號。uA=R2/R1(u2-u1)=R2/R1K(fF-fw)=R2/R1Kf模擬量比較法輸出信號uA送入鑒別器，當uA>0,即fF>fw，鑒別器輸出“減”速信號；當uA<0,即fF<fw，鑒別器輸出“加”速信號。

恒定超前相角的獲得與整定

方法：對脈動電壓進行鑒幅，從而獲得恒定超前相角的信號。脈動電壓Us＝2Umsinwst/2=2Umsin/2由上式可知，任一Us值總是對應于一定大小的角，因此要想獲得恒定超前相角

q，只要檢測出對應于

q的脈動電壓值就可以了。由鑒幅器實現(xiàn)檢測在同一個脈動電壓瞬時值Us時，有兩個與之對應的角（

q和

q

’），其中只有

q才是超前于重合時刻的相角，符合要求。因此，在設(shè)計電路時應考慮在鑒幅器的輸出電路后一級加一個單向微分電路，使之只能檢出單向的脈沖，也就是超前相角信號，只有負脈沖（即恒定越前相角信號）得以輸出去觸發(fā)合閘控制回路。2）恒定超前相角的整定：要使主開關(guān)的動、靜觸頭恰好在待并機與電網(wǎng)電壓相位重合時閉合，恒定越前相角

q的大小必須滿足：

q=Wsy?tKd

式中：Wsy——允許頻差角頻率；

tKd

——主開關(guān)合閘固有動作時間。換算成頻率差表達式：

q=2?fy

?tKd（用弧度表示）

=360·

fy

?tKd

（用角度表示）例如，允許頻差整定為0.25Hz，開關(guān)的固有動作時間為0.1s，則恒定超前相角