船舶電站大連海事大學(xué)版LESSON33課件

第三章同步發(fā)電機(jī)電壓及無(wú)功功率調(diào)節(jié)一概述1同步發(fā)電機(jī)電壓變化的原因和調(diào)壓措施。

當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，由于發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的作用，將引起發(fā)電機(jī)端電壓的變化。這個(gè)關(guān)系可由隱極發(fā)電機(jī)的電勢(shì)簡(jiǎn)化矢量圖或平衡方程式表示：

Uf=E0-jIfXt(1-1)

式中:Uf---發(fā)電機(jī)端電壓

E---發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)

If---發(fā)電機(jī)定子電流

Xt---發(fā)電機(jī)同步電抗

由上式,E0不變，發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流If的大小或性質(zhì)的變化，必引起Uf的變化。

由式（1-1）可知，當(dāng)If變化時(shí)，要保證Uf不變的唯一措施為相應(yīng)的改變E0的大小。已知：

Eo=4.44WfФm

式中：4.44---比例常數(shù)

W---發(fā)電機(jī)繞組匝數(shù)

f---發(fā)電機(jī)頻率

Фm---發(fā)電機(jī)磁通

由上式可知，W，f為常數(shù)時(shí),E0與Ф成正比，改變Ф，就可使E0發(fā)生相應(yīng)的變化。Ф由勵(lì)磁電流IL產(chǎn)生。這樣，要使E0改變，從而保證Uf恒定的任務(wù)，可通過(guò)調(diào)整IL來(lái)完成。與式（1-2）相聯(lián)系，可得出下面的結(jié)論：

3對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)器的基本要求1）穩(wěn)定可靠；2）滿足規(guī)范對(duì)電壓的要求：（靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性）分別以調(diào)壓器的靜態(tài)電壓調(diào)整率和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整率來(lái)表示對(duì)靜態(tài)調(diào)整率的要求，我國(guó)《鋼質(zhì)入級(jí)與建造規(guī)范》規(guī)定：靜態(tài)電壓調(diào)整率：ΔU%=Umax(或Umin)-Ue

/Ue×100%≤2.5%式中：Umax(或Umin)---在規(guī)定的負(fù)載變化范圍內(nèi)發(fā)電機(jī)電壓的最大（或最?。┓€(wěn)定值；對(duì)動(dòng)態(tài)特性的要求，《鋼質(zhì)入級(jí)與建造規(guī)范》規(guī)定：“交流發(fā)電機(jī)在負(fù)載為空載，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，電壓接近額定值的狀態(tài)下，突加和突卸60%額定電流及功率因數(shù)不超過(guò)0.4（滯后）的對(duì)稱負(fù)載時(shí)，當(dāng)電壓跌落時(shí)，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不低與額定電壓的85%，當(dāng)電壓上升時(shí)，其瞬態(tài)電流應(yīng)不超過(guò)額定電壓的120%，而電壓恢復(fù)到最后穩(wěn)定值相差3%以內(nèi)所需的時(shí)間，則不應(yīng)超過(guò)1.5秒。”

3)具有一定的強(qiáng)行勵(lì)磁能力；（當(dāng)大負(fù)荷投入電網(wǎng)或電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電壓將大幅度下降，要求調(diào)壓器在急短的時(shí)間內(nèi)，使勵(lì)磁電流上升到超過(guò)額定值的最大值，使電壓恢復(fù)的能力稱強(qiáng)行勵(lì)磁能力，一般用強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)Kq表示,Kq=強(qiáng)行勵(lì)磁電壓/額定勵(lì)磁電壓，一般情況下,Kq=2--3）1）

同步發(fā)電機(jī)空載特性曲線

2）自勵(lì)回路理想勵(lì)磁特性曲線同步發(fā)電機(jī)自勵(lì)起壓原理：轉(zhuǎn)子存在剩磁，發(fā)電機(jī)被轉(zhuǎn)動(dòng)后，其定子繞組將感生剩磁電壓，剩磁電壓經(jīng)整流器加在勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生勵(lì)磁電流，感生更高的電壓，更高的勵(lì)磁電流，形成正反饋，直到電壓達(dá)到額定值。

正常起壓，必滿足兩個(gè)條件：1）必須有較大的剩磁電壓2）必須適當(dāng)整定自勵(lì)回路阻抗，使勵(lì)磁特性曲線與空載特性曲線正好交于空載額定電壓處。

實(shí)際上自勵(lì)回路阻抗為非線性，實(shí)際自勵(lì)回路勵(lì)磁特性曲線是分段的，對(duì)此：方法：1）充磁電路保證剩磁足夠（同步發(fā)電機(jī)空載特性曲線上移）2)諧振電容CQ，使非理想勵(lì)磁特性曲線下移，起壓順利。2

電流疊加相復(fù)勵(lì)調(diào)壓器主要元件及作用：1）電流互感器LH：原副邊皆有抽頭可調(diào)，以改變電流分量的大小，整定發(fā)電機(jī)負(fù)載電壓。2）移相電抗器DK：線圈有抽頭可調(diào)，且氣隙也可調(diào)，以改變電壓分量的大小，整定發(fā)電機(jī)空載電壓。3）整流器ZL：整流作用4）阻容保護(hù)R0C0：過(guò)壓保護(hù)

調(diào)壓基本原理：1）負(fù)載大小變化，若If增大（端電壓下降），則IL增大，使端電壓上升，達(dá)到調(diào)壓的目的；2）若cos下降（端電壓下降），同時(shí)IL增大，使端電壓上升，

同樣達(dá)到調(diào)壓的目的電路分析及計(jì)算它是一個(gè)三相對(duì)稱電路，可取一相進(jìn)行分析、計(jì)算（參見(jiàn)等值電路圖）1）

電壓源單獨(dú)工作：Ilu=Uf/Rd+ZK2）

電流源單獨(dú)工作：Ili=IiZK/ZK+Rd由疊加原理：IL=Ilu+Ili

=1/Rd+ZK（Uf+ZKKiwIf）討論：（1）勵(lì)磁電流IL主要取決于負(fù)載電流If的大小和相位，這種電流疊加相復(fù)勵(lì)調(diào)壓器特點(diǎn)就是：利用負(fù)載電流If的大小和相位作為輸入信號(hào)，來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)的端電壓，因此它是一種開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。（2）DK的作用：若沒(méi)有DK：ZK=0則：IL=Ilu+Ili

=Uf/Rd沒(méi)有復(fù)勵(lì)作用可見(jiàn)，DK不可缺，又稱復(fù)勵(lì)阻抗安裝調(diào)試：（1）

同名端對(duì)應(yīng)相不應(yīng)接錯(cuò)（2）

調(diào)空載電壓：調(diào)匝數(shù)WDK、氣隙（3）

調(diào)負(fù)載后的電壓：調(diào)電流互感器原副邊匝數(shù)比Kiw（4）

需停機(jī)調(diào)整2）電路

分析：取一相折算到W2繞組上（按變壓器折算方法）原副邊電壓與匝數(shù)成正比原副邊電流與匝數(shù)成反比；折算前后功率不變?cè)O(shè)：K12=W1/W2K32=W3/W2C

----CYA自激回路折算：相壓U′F=UF/K12電流I′u=K12Iu阻抗X′K=XK/K212X′CY=XCY/K212B復(fù)激回路折算：I′i

=K32IFC折算后的等值電路（將磁勢(shì)關(guān)系轉(zhuǎn)換為電的關(guān)系）1）

電壓源單獨(dú)工作：Ilu=U′F/jX′k+Rd//(-jX′cY)?Rd//(-jX′cY)?1/Rd=U′F/Rd(1-X′k/X′cY)+jX′k=K12UF/K212Rd(1-Xk/XcY)+jXk(1)2）

電流源單獨(dú)工作：Ili=I′i(Rd//-jX′cY)

//(jX′k)?1/Rd=jI′FX′k/Rd(1-X′k/X′cY)+jX′k=jK32IFXk/K212Rd(1-Xk/XcY)+jXk(2)由疊加原理：總的勵(lì)磁電流IL=Ilu+Ili=K12UF

+jK32IFXk

/K212Rd(1-Xk/XcY)+jXk(3)4帶電壓曲折繞組的相復(fù)勵(lì)調(diào)壓器

電壓曲折繞組的作用：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)精度三可控硅自勵(lì)恒壓系統(tǒng)（一）基本工作原理：該勵(lì)磁系統(tǒng)主要由三大環(huán)節(jié)組成：

CL為測(cè)量環(huán)節(jié)；

CF為觸發(fā)控制環(huán)節(jié)；

LC為勵(lì)磁主回路；

有時(shí)CF，CL兩環(huán)節(jié)合稱為勵(lì)磁調(diào)節(jié)回路。該勵(lì)磁系統(tǒng)是按發(fā)電機(jī)電壓偏差ΔUf來(lái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓的。它利用可控硅整流器SCR將發(fā)電機(jī)F輸出的部分功率，通過(guò)變壓器B1反饋到發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路L中，以作為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁功率。該勵(lì)磁系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)自勵(lì)建壓過(guò)程中，具有正反饋特性。而在發(fā)電機(jī)恒壓過(guò)程中，具有負(fù)反饋特性。2．脈沖移相觸發(fā)控制回路1）交直流疊加垂直控制移相觸發(fā)控制電路調(diào)制電阻R1兩端的電壓與同步電壓的關(guān)系晶體管BG的工作原理W2的作用交直流疊加垂直控制移相觸發(fā)控制電路總的工作原理2）單結(jié)晶體管式脈沖移相觸發(fā)控制電路

單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓阻容回路積分時(shí)間常數(shù)3）單穩(wěn)態(tài)式脈沖移相觸發(fā)控制電路

單穩(wěn)態(tài)；暫態(tài)；C2兩條放電通道（三）TUR型可控硅自勵(lì)恒壓裝置1測(cè)量環(huán)節(jié)：Uf-----測(cè)量變壓器27------六相整流器26-----輸出直流電壓，再經(jīng)濾波器25------測(cè)量橋24------UK2觸發(fā)控制環(huán)節(jié)：3勵(lì)磁主回路：發(fā)電機(jī)相電壓UW

0------限流濾波電抗器5------1、2、1’、2’（整流器）------過(guò)流繼電器4------供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組4起壓及充磁電路：起壓時(shí)，UW0經(jīng)限流濾波電抗器5、6、7及過(guò)流繼電器4給1、1’加觸發(fā)電壓，使1、1’全導(dǎo)通，進(jìn)行起壓。電壓達(dá)到一定值，產(chǎn)生一定的電流，過(guò)流繼電器4動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，以后由UCF進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓。充磁電路：按下電鈕，電池------41------36充磁5低速滅磁：當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，按閉環(huán)控制原理將有勵(lì)磁電流很大，危及勵(lì)磁繞組的安全，故應(yīng)予以低速滅磁保護(hù)。本裝置規(guī)定：低速運(yùn)行不得超過(guò)30S。評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕，閉環(huán)控制系統(tǒng)，靜態(tài)精度高，響應(yīng)快；缺點(diǎn)是強(qiáng)勵(lì)能力差。四

可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓系統(tǒng)主要由相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓裝置和可控硅直流分流的電壓校正器組成。相復(fù)勵(lì)有很好的動(dòng)態(tài)特性，而電壓校正器負(fù)責(zé)靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)，因此，

可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓系統(tǒng)具有前述兩大系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。1TZ—F型可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓系統(tǒng)測(cè)量比較環(huán)節(jié)：Uf-----測(cè)量變壓器Bc------六相橋式整流器D1~12-----再經(jīng)濾波器------分壓器-----輸出直流電壓ufDC，加于比較橋

UfDc=Kuf

UK=UR5

=UfDc-uw

2CRB型可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓系統(tǒng)測(cè)量比較環(huán)節(jié)：Uf-----測(cè)量變壓器PT2------三相橋式整流器D1-----再經(jīng)濾波器------輸出直流電壓u12，加于比較橋1）u12<uw時(shí)，u34=-u122）u12>uw時(shí)，u34=uR-uw=(u12-uw)-uw

=u12-2uw五無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)：1結(jié)構(gòu)：主發(fā)電機(jī)（轉(zhuǎn)磁式的）、勵(lì)磁機(jī)（轉(zhuǎn)樞式的）、旋轉(zhuǎn)整流器2特點(diǎn)：發(fā)電機(jī)為無(wú)觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)（無(wú)炭刷、滑環(huán)，普通同步發(fā)電機(jī)有炭刷、滑環(huán)，易產(chǎn)生火花、炭粉較臟，CCL4清洗）電氣時(shí)間常數(shù)較大，使端壓反應(yīng)較慢旋轉(zhuǎn)整流器承受較大離心力，工藝要求高AVR所需容量小并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)間無(wú)功分配的自動(dòng)控制1

并聯(lián)運(yùn)行的交流系統(tǒng)有：有功分配P由原動(dòng)機(jī)提供無(wú)功分配Q由儲(chǔ)能元件存在而出現(xiàn)的電磁交換能量（儲(chǔ)能元件====電源）

2

常規(guī)電站并聯(lián)機(jī)組間一般按功率標(biāo)么值相同的原則分配，稱按比例分配3

規(guī)范對(duì)無(wú)功分配的要求：（實(shí)承無(wú)功功率-按比例計(jì)算的計(jì)算值）同容量機(jī)組

Qi-Qie

Qi

/

Qie

≤10%Qe(Qe=3Ie

ueSine)(COSe=0.8)例如：兩臺(tái)同容量機(jī)組ue=400V，Pe=200KW,COS=0.8f=50HZ運(yùn)行時(shí)：P1=P2=150KW，u=400V，f=50HZCOS1=0.6感性COS2=1沒(méi)有承擔(dān)無(wú)功功率計(jì)算：額定電流Ie=Pe/

3

ueCOSe

=361A運(yùn)行時(shí)：I1

=

P1/

3

u

COS1

=361AI2

=

P2/

3

u

COS2

=216.5A從有功負(fù)荷看，兩臺(tái)機(jī)組只達(dá)到75%，但1號(hào)機(jī)電流已達(dá)額定值，若增大負(fù)荷，1號(hào)機(jī)過(guò)載。說(shuō)明無(wú)功功率分配不均勻，全部由1號(hào)機(jī)承擔(dān)。無(wú)功功率分配嚴(yán)重不均，限制了發(fā)電機(jī)的利用率。4無(wú)功功率的調(diào)整與分配同步發(fā)電機(jī)電壓的變化，主要由無(wú)功負(fù)荷變化引起若：系統(tǒng)發(fā)出的總的無(wú)功功率=總的無(wú)功負(fù)荷，系統(tǒng)的電壓恒定；系統(tǒng)發(fā)出的總的無(wú)功功率大于總的無(wú)功負(fù)荷，系統(tǒng)的電壓上升；系統(tǒng)發(fā)出的總的無(wú)功功率小于總的無(wú)功負(fù)荷，系統(tǒng)的電壓下降；要維持系統(tǒng)的電壓恒定，各臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)同時(shí)通過(guò)自動(dòng)調(diào)壓裝置，來(lái)調(diào)整無(wú)功功率。當(dāng)轉(zhuǎn)移和分配兩臺(tái)并聯(lián)發(fā)電機(jī)間的無(wú)功負(fù)荷時(shí)，只要同時(shí)向相反方向調(diào)節(jié)兩臺(tái)并聯(lián)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流便可。并聯(lián)發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率的自動(dòng)分配，實(shí)際上是由調(diào)壓器自動(dòng)調(diào)整各自的勵(lì)磁電流完成的。∴自動(dòng)調(diào)壓器不僅擔(dān)負(fù)自動(dòng)調(diào)壓的任務(wù)，還擔(dān)負(fù)著自動(dòng)調(diào)整、分配無(wú)功功率的任務(wù)

穩(wěn)定無(wú)功分配的方法（按調(diào)壓器的類(lèi)型而定）1）

對(duì)于純相復(fù)勵(lì)的調(diào)壓器一律采用均壓線用直流均壓線將并聯(lián)的（同型、同容）機(jī)組的激磁繞組并聯(lián)，迫使各機(jī)組的勵(lì)磁電壓一致，故勵(lì)磁電流接近一致，保證無(wú)功均分。

2）采用下傾調(diào)壓特性穩(wěn)定無(wú)功分配----用于閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)并聯(lián)發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率的分配關(guān)系，主要由電壓調(diào)整特性曲線決定：A定義：調(diào)壓特性U*=f(IQ*)調(diào)差系數(shù)Kuc=-U*/IQ*=tg(斜率)若Kuc=0則稱無(wú)差特性（實(shí)船少用）若Kuc>0則稱（下傾）有差特性（實(shí)船應(yīng)用極廣）通常Kuc在5%以內(nèi)（可整定）1)有差調(diào)壓特性與無(wú)差調(diào)壓特性的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行對(duì)號(hào)機(jī)而言：Uf為常數(shù)，具有保持Uf恒定的作用交點(diǎn)A為工作點(diǎn)號(hào)機(jī)無(wú)功固定，余下的全部由號(hào)機(jī)承擔(dān)改變無(wú)功功率分配，只要平移曲線就可以了改變Uf，只要平移曲線就可以了有差調(diào)壓特性與無(wú)差調(diào)壓特性的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，兩機(jī)

無(wú)功功率分配關(guān)系恒定，可以并聯(lián)運(yùn)行（實(shí)船很少應(yīng)用）2）兩臺(tái)均為無(wú)差調(diào)壓特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行Uf<U<U則調(diào)壓器調(diào)壓Uf=U<U號(hào)機(jī)不再增磁，號(hào)機(jī)仍要增磁Uf=U>U在此過(guò)程中，號(hào)機(jī)無(wú)功功率增加，號(hào)機(jī)減少，直到號(hào)機(jī)承擔(dān)全部無(wú)功功率，號(hào)機(jī)不帶無(wú)功無(wú)功功率分配關(guān)系不恒定，不可并聯(lián)運(yùn)行曲線和曲線