14.3船舶電氣管理人員的安全職責(zé)

1、14.3 晶閘管自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 晶閘管自勵(lì)恒壓裝置原理，如圖14-16所示。返回晶閘管自勵(lì)恒壓裝置原理主要由測(cè)量移相比較環(huán)節(jié), 觸發(fā)控制環(huán)節(jié)及勵(lì)磁主回路三大環(huán)節(jié)組成。 1. 測(cè)量比較環(huán)節(jié)測(cè)量比較環(huán)節(jié)中包括測(cè)量濾波及比較兩個(gè)回路，其作用是采樣發(fā)電機(jī)電壓并經(jīng)整流器變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓值相比較，得出偏差信號(hào)，該偏差信號(hào)經(jīng)放大后去控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁。所以，測(cè)量比較環(huán)節(jié)的性能, 直接影響勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。通常要求測(cè)量比較電路具有較好的穩(wěn)定性、線性度，足夠的靈敏度，以及優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。1該系統(tǒng)測(cè)量回路主要由測(cè)量變壓器TC, 和整流濾波電路VD組成. 測(cè)量回路通常采用單相全波橋式整流、三

2、相全波橋式整流、六相全波橋式整流，整流相數(shù)越多，則輸出電壓越平穩(wěn)。圖14-17為單相全波橋式整流、三相全波橋式整流、六相全波橋式整流電路圖。為了得到平穩(wěn)的直流電壓需要濾波電路，濾波電路通常有T型濾波、雙T型濾波和橋式濾波等幾種。（1）測(cè)量回路 2比較電路大多采用橋式比較電路, 其作用是把測(cè)量整流電路輸出的電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，得到一個(gè)反映發(fā)電機(jī)電壓偏差的直流電壓信號(hào)。由于穩(wěn)壓管具有恒壓特性，它常被用作比較電路的基準(zhǔn)電壓元件。圖14-18為雙穩(wěn)壓管橋式比較電路及特性。（2）比較電路 比較電路的特性：先正反饋，后負(fù)反饋。1)正反饋是指輸出電壓隨輸入電壓的增大而增大。 該特性是發(fā)電機(jī)自勵(lì)起壓過(guò)程。2

3、）負(fù)反饋是指輸出電壓隨輸入電壓的增大而減少。 該特性是使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持恒定的作用。3 穩(wěn)壓二極管是一個(gè)特殊的面接觸型的半導(dǎo)體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當(dāng)電阻配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。 4（1）移相觸發(fā)環(huán)節(jié) 觸發(fā)控制回路, 主要由移相及脈沖形成電路組成。根據(jù)比較電路輸出的偏差電壓UK的大小和極性，移相電路對(duì)晶閘管發(fā)出相應(yīng)控制觸發(fā)角的脈沖，調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角。由于三相橋式可控整流器能隨電壓偏差而輸出相應(yīng)的勵(lì)磁電流，使電壓保持恒定，所以具有良好的靜態(tài)電壓調(diào)整特性。 （2）勵(lì)磁主電路 勵(lì)磁裝置中的可

4、控整流電路與一般的可控整流電路相同，如圖14-19所示有單相半波、單相橋式、三相橋式可控整流電路等幾種。 2. 移相觸發(fā)環(huán)節(jié)及勵(lì)磁主回路56 14.4 可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng) 返回 前述的相復(fù)勵(lì)裝置, 雖然具有動(dòng)態(tài)性能好, 強(qiáng)勵(lì)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但其調(diào)壓精度不高。調(diào)壓特性的線性度差。為此在按進(jìn)行不可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓的基礎(chǔ)上，又加上了一個(gè)按 進(jìn)行微調(diào)的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR（Automatic Voltage Regulator）。這就是所謂可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng)，其原理圖如圖 14-20所示。 可控相復(fù)勵(lì)恒壓原理是:采用相復(fù)勵(lì)作為基本勵(lì)磁電流 ， 通過(guò) “ 晶閘管 ” 等控制器 （ AVR ），

5、 控制勵(lì)磁電流的 “ 微調(diào) ”， 從而實(shí)現(xiàn) “ 高精度的 ” 恒壓控制 。 7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。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR通過(guò)改變直流磁化繞組中的電流來(lái)改變變壓器鐵芯的磁化程度，從而控制相復(fù)勵(lì)變壓器的各交流勵(lì)磁線圈的電抗，以控制相復(fù)勵(lì)變壓器的輸出電流，如圖14-21所示。一、可控相復(fù)勵(lì)變壓器式可控相復(fù)勵(lì)裝置 直流磁化繞組:直流電流可改變磁路磁導(dǎo)率，使交流繞組電抗改變，從而改變相復(fù)勵(lì)變壓器輸出電流。（磁放大器原理）8二、可控移相電抗器式可控相復(fù)勵(lì)裝置 可控移相電抗器式調(diào)壓器原理圖如圖14-22所示。這種裝置的基本勵(lì)磁裝置為電流相加

6、的相復(fù)勵(lì)裝置，不同的是移相電抗器用飽和電抗器取代固定電抗器。AVR按電壓偏差輸出相應(yīng)的直流來(lái)控制飽和電抗器的飽和程度，以調(diào)節(jié)相復(fù)勵(lì)裝置交流側(cè)電流, 從而消除電壓的偏差。9圖14-23所示為可控電抗器分流的調(diào)壓器的單相原理圖。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。 返回三、可控電抗器分流的調(diào)壓器10圖14-24所示為交流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器單線原理圖。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

7、。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。返回四、交流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器11直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器單線原理圖如圖14-25所示。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。返回五、直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器 1214.5 無(wú)刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，是通過(guò)電刷和滑環(huán)引進(jìn) 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組。由于電刷的磨損，增加了維護(hù)和保 養(yǎng)工作，磨損產(chǎn)生的碳粉又會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣下降， 產(chǎn)生的電火花不僅會(huì)影響無(wú)線電通訊，在油輪上使用 極為危險(xiǎn)

8、。為從根本上解決這一問(wèn)題，采用了具有同 軸交流勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)硅整流器的無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)。 圖14-26為無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)返回13 勵(lì)磁機(jī)(EX)：兩個(gè)勵(lì)磁繞組，主磁通為這兩個(gè)繞組共同產(chǎn)生。 基本勵(lì)磁：電流疊加相復(fù)勵(lì)（勵(lì)磁繞組F1），輔助勵(lì)磁通過(guò)AVR提供（勵(lì)磁繞組F2）。單線原理圖可控復(fù)勵(lì)恒壓原理141514.6 船舶同步發(fā)電機(jī)組間無(wú)功功率自動(dòng)分配 當(dāng)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的電壓不相等, 而頻率、 相位相等時(shí), 則在兩機(jī)組之間將產(chǎn)生一個(gè)無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流, 其結(jié)果將使電壓較高的發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率增大, 而電壓較低的發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率減少（發(fā)電機(jī)負(fù)載電流功率因數(shù)低的, 無(wú)功功率大；功率因數(shù)高的, 則

9、無(wú)功功率?。?。由此可見(jiàn), 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí), 通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)其電勢(shì), 即能調(diào)整無(wú)功輸出、實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率轉(zhuǎn)移。 通常同步發(fā)電機(jī)都配有自勵(lì)恒壓裝置來(lái)自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓， 因此同步發(fā)電機(jī)有一定的電壓調(diào)整規(guī)律，也稱電壓調(diào)整特性。 圖14-27為電壓調(diào)整曲線（電機(jī)端電壓UG隨無(wú)功電流IQ變化的規(guī)律） 圖14-28為并聯(lián)運(yùn)行無(wú)功功率分配返回16無(wú)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(tái)易過(guò)載保護(hù)，從而都跳閘）。 規(guī)范規(guī)定：當(dāng)負(fù)載在總額定功率20100%范圍變化時(shí)，應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行。功率分配誤差應(yīng)符合：實(shí)際承擔(dān)無(wú)功功率與按額定功率分配比例的計(jì)算值之差，應(yīng)不超過(guò)最大發(fā)電機(jī)額定

10、無(wú)功的10%。17 是指發(fā)電機(jī)端電壓UG隨無(wú)功負(fù)載電流IQ變化的規(guī)律。通常用UG=f(IQ)的曲線表示。電壓調(diào)整特性又稱發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷外特性. 電壓調(diào)整特性的性能用調(diào)差系數(shù)KQ來(lái)衡量。KQ的含義：是當(dāng)無(wú)功電流由零增至它的額定值IQN=INsin時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓產(chǎn)生的相對(duì)變化量. 同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性18無(wú)差特性有差特性穩(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(wú)功功率分配不均；若為無(wú)差特性或上翹特性則不均且不穩(wěn)定。一、無(wú)功功率分配的基本原理調(diào)節(jié)：通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流達(dá)到無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。為了維持電網(wǎng)電壓不變，應(yīng)該兩臺(tái)同時(shí)反方向調(diào)節(jié)。分配與調(diào)壓器特性有關(guān)。調(diào)壓特性：無(wú)差

11、特性和有差特性。19 圖14-29是直流均壓連接線路圖。直流均壓連接法又稱轉(zhuǎn)子均壓連接法。它只適用于同容量同型號(hào)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行。它是將并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組用兩根均壓線并聯(lián)起來(lái)。均壓線的接通和斷開(kāi)與發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)相互連鎖。圖中KA1和KA2為均壓線連接接觸器，分別由主開(kāi)關(guān)常開(kāi)副觸頭控制。有了直流均壓線后，就能使勵(lì)磁電流隨無(wú)功負(fù)載的變化而相應(yīng)變化，以保證無(wú)功負(fù)載分配均勻。例如：當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大于另一臺(tái)的勵(lì)磁電流時(shí)，均壓線上產(chǎn)生均衡電流，均衡電流是從勵(lì)磁電流較大的發(fā)電機(jī)流向勵(lì)磁電流較小的發(fā)電機(jī)，使前者勵(lì)磁電流減少，后者勵(lì)磁電流增加，直至兩臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流接近相等時(shí)為止。圖14-29中也有的

12、加入電阻R0，其作用是減小并車(chē)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流。1直流均壓線20對(duì)容量不同的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行, 可采用交流均壓線, 如圖14-30所示。圖中，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)調(diào)壓裝置的移相電抗器通過(guò)均壓線并聯(lián),該連接處在三相整流器之前的交流側(cè)。當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)電勢(shì)不相等時(shí), 通過(guò)交流均壓線的聯(lián)接可使發(fā)電機(jī)輸出電壓均衡, 以保持無(wú)功功率均勻分配。2交流均壓線21在按電壓偏差進(jìn)行調(diào)壓的勵(lì)磁系統(tǒng)中，調(diào)差系數(shù)KC一般是很小的，甚至幾乎接近是無(wú)差的。這樣，在發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，就會(huì)使無(wú)功功率的分配不穩(wěn)定。為了使調(diào)壓特性曲線為具有足夠傾斜度的有差調(diào)整特性，且KC相同，穩(wěn)定平均的分配無(wú)功功率，所以在調(diào)壓器上加裝了可以改變調(diào)差系數(shù)的裝

13、置，因其作用就是利用電流信號(hào)，通過(guò)調(diào)壓器作用，以使無(wú)功電流的分配穩(wěn)定，故稱做電流穩(wěn)定裝置。圖14-31是電流穩(wěn)定裝置原理圖。圖14-32是某船兩臺(tái)發(fā)電機(jī)無(wú)功分配連接圖。3、電流穩(wěn)定裝置22判斷兩機(jī)之間的無(wú)功功率分配是否均勻，可以采用以下兩種方法：（1）機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)功率表（有功）指示基本相同而電流表指示相差太大時(shí)，說(shuō)明無(wú)功分配裝置存在故障；（2）機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)功率表（有功）指示基本相同而功率因數(shù)表(cos表)指示相差較大時(shí), 說(shuō)明無(wú)功分配裝置存在故障。在發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其無(wú)功功率的分配是由自動(dòng)電壓調(diào)整器來(lái)自動(dòng)完成的。但是如果電器元件出現(xiàn)故障，也會(huì)使無(wú)功分配裝置出現(xiàn)故障。2

14、3下面以均壓線連接為例來(lái)分析故障排除的方法，重點(diǎn)檢查均壓接觸器：（1）檢查接觸器是否通電動(dòng)作，檢查線圈本身、發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)常開(kāi)輔觸點(diǎn)、熔斷器、導(dǎo)線及相應(yīng)接線柱等，或修復(fù)或更新；（2）檢查接觸器觸點(diǎn)是否可靠閉合，或打磨修理或更新。如果觸頭接觸不良，會(huì)使均壓線斷路，并車(chē)時(shí)不易并上，即使空氣開(kāi)關(guān)能合閘，發(fā)電機(jī)也不能穩(wěn)定地并聯(lián)運(yùn)行，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的電流可能同時(shí)急劇上升，直至發(fā)電機(jī)的主開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作而跳閘。24返回圖14-16 晶閘管自勵(lì)恒壓裝置原理圖25返回圖14-17 單相全波橋式整流、三相全波橋式整流、六相全波橋式整流電路圖26返回(a) 直流測(cè)量電橋比較電路 (b)特性輸出圖14-18 雙穩(wěn)壓管橋式比較

15、電路及特性正反饋-發(fā)電機(jī)自勵(lì)起壓過(guò)程負(fù)反饋-使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持恒定的作用。27返回(a) 單相全波半控(b)三相半波半控(c)三相全波半控圖14-19 勵(lì)磁系統(tǒng)主回路 28返回圖14-20可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)恒壓勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖 #相復(fù)勵(lì)裝置作用是實(shí)現(xiàn)自勵(lì)起壓，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整; #電壓調(diào)節(jié)器AVR作用是負(fù)責(zé)靜態(tài)電壓調(diào)整。29返回圖14-21 相復(fù)勵(lì)變壓器式可控相復(fù)勵(lì)裝置 直流磁化繞組:直流電流可改變磁路磁導(dǎo)率，使交流繞組電抗改變，從而改變相復(fù)勵(lì)變壓器輸出電流。（磁放大器原理）30返回圖14-22 可控移相電抗器式可控相復(fù)勵(lì)裝置31返回圖14-23 可控電抗器分流的調(diào)壓器32返回圖14-24 交流側(cè)

16、晶閘管分流的調(diào)壓器33返回圖14-25 直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓34返回圖14-26 無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)35返回圖14-27 電壓調(diào)整特性曲線 圖14-28 并聯(lián)運(yùn)行無(wú)功功率分配36返回圖14-29 直流均壓連接線路圖37返回圖14-30 交流均壓線接法38返回圖14-31 電流穩(wěn)定裝置原理圖39返回14-32 實(shí)船兩臺(tái)發(fā)電機(jī)無(wú)功分配連接圖40 晶閘管（Silicon Controlled Rectifier 簡(jiǎn)稱SCR）是起到了弱電控制與強(qiáng)電輸出之間的橋梁作用。其中：A陽(yáng)極，K陰極，G控制極。41二、晶閘管的工作原理 實(shí)驗(yàn)電路如圖（a）所示，主電路加上交流電壓u2，控制極電路接入Eg，在t

17、1 瞬間合上開(kāi)關(guān)S，在t4 瞬間拉開(kāi)開(kāi)關(guān)S，則u2、ug和電阻上RL的電壓ud的波形關(guān)系如圖（b）所示。 （1）在0t1之間: 開(kāi)關(guān)S未合上，ug=0，盡管uAK0，但ud=0，即晶閘管未導(dǎo)通； （2）在t1t2之間: uAK0 ，由于開(kāi)關(guān)S合上，使ug0，而 ， 即晶閘管導(dǎo)通； （3）在 t2t3 之間， uAK0，但 ud=0，即晶閘管關(guān)斷； （4）在 t3t4 之間， uAK0，這時(shí)ug0 ,而 ，所以，晶閘管又導(dǎo)通； （5）當(dāng) t=t4 時(shí)， ug=0 ，但uAK0 ， ，即晶閘管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)； （6）當(dāng) t=t5 時(shí)， uAK=0 ， ug=0 ，而ud=0，即晶閘管關(guān)斷，晶閘管處

18、于阻斷狀態(tài)。 42 綜上所述可得出以下結(jié)論： （1）起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽(yáng)極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，這說(shuō)明晶閘管具有正、反向阻斷能力； （2）晶閘管的陽(yáng)極和控制極同時(shí)正向電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件； （3）在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽(yáng)極正向電壓降低到一定值（或斷開(kāi)，或反向）。 晶閘管的PN結(jié)可通過(guò)幾十安幾千安的電流，因此，它是一種大功率的半導(dǎo)體器件，由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于兩只三極管飽和導(dǎo)通，因此，陽(yáng)極與陰極間的管壓降為1V左右，而電源電壓幾乎全部分配在負(fù)載電阻上。43三、晶閘管的伏安特性 晶閘管陽(yáng)極對(duì)陰極的電壓和流過(guò)晶閘管的電流之間的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性。 44正向( uAK 0 ) 正向阻