船舶電站大連海事大學版LESSON33課件

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

當負載變化時，由于發(fā)電機電樞反應的作用，將引起發(fā)電機端電壓的變化。這個關(guān)系可由隱極發(fā)電機的電勢簡化矢量圖或平衡方程式表示：

Uf=E0-jIfXt(1-1)

式中:Uf---發(fā)電機端電壓

E---發(fā)電機空載電勢

If---發(fā)電機定子電流

Xt---發(fā)電機同步電抗

由上式,E0不變，發(fā)電機的負載電流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If變化時，要保證Uf不變的唯一措施為相應的改變E0的大小。已知：

Eo=4.44WfФm

式中：4.44---比例常數(shù)

W---發(fā)電機繞組匝數(shù)

f---發(fā)電機頻率

Фm---發(fā)電機磁通

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

3對自動調(diào)節(jié)器的基本要求1）穩(wěn)定可靠；2）滿足規(guī)范對電壓的要求：（靜態(tài)特性和動態(tài)特性）分別以調(diào)壓器的靜態(tài)電壓調(diào)整率和動態(tài)電壓調(diào)整率來表示對靜態(tài)調(diào)整率的要求，我國《鋼質(zhì)入級與建造規(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)定的負載變化范圍內(nèi)發(fā)電機電壓的最大（或最?。┓€(wěn)定值；對動態(tài)特性的要求，《鋼質(zhì)入級與建造規(guī)范》規(guī)定：“交流發(fā)電機在負載為空載，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0.4（滯后）的對稱負載時，當電壓跌落時，其瞬態(tài)電壓值應不低與額定電壓的85%，當電壓上升時，其瞬態(tài)電流應不超過額定電壓的120%，而電壓恢復到最后穩(wěn)定值相差3%以內(nèi)所需的時間，則不應超過1.5秒?！?/p>

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

同步發(fā)電機空載特性曲線

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

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

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

電流疊加相復勵調(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)電機負載電壓。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)電機空載電壓。3）整流器ZL：整流作用4）阻容保護R0C0：過壓保護

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

同樣達到調(diào)壓的目的電路分析及計算它是一個三相對稱電路，可取一相進行分析、計算（參見等值電路圖）1）

電壓源單獨工作：Ilu=Uf/Rd+ZK2）

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

=1/Rd+ZK（Uf+ZKKiwIf）討論：（1）勵磁電流IL主要取決于負載電流If的大小和相位，這種電流疊加相復勵調(diào)壓器特點就是：利用負載電流If的大小和相位作為輸入信號，來調(diào)整發(fā)電機的端電壓，因此它是一種開環(huán)系統(tǒng)。（2）DK的作用：若沒有DK：ZK=0則：IL=Ilu+Ili

=Uf/Rd沒有復勵作用可見，DK不可缺，又稱復勵阻抗安裝調(diào)試：（1）

同名端對應相不應接錯（2）

調(diào)空載電壓：調(diào)匝數(shù)WDK、氣隙（3）

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

需停機調(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；折算前后功率不變設：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復激回路折算：I′i

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

電壓源單獨工作：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勵調(diào)壓器

電壓曲折繞組的作用：加強功率因數(shù)變化時的相位補償，以提高調(diào)壓器的靜態(tài)精度三可控硅自勵恒壓系統(tǒng)（一）基本工作原理：該勵磁系統(tǒng)主要由三大環(huán)節(jié)組成：

CL為測量環(huán)節(jié)；

CF為觸發(fā)控制環(huán)節(jié)；

LC為勵磁主回路；

有時CF，CL兩環(huán)節(jié)合稱為勵磁調(diào)節(jié)回路。該勵磁系統(tǒng)是按發(fā)電機電壓偏差ΔUf來進行自動調(diào)壓的。它利用可控硅整流器SCR將發(fā)電機F輸出的部分功率，通過變壓器B1反饋到發(fā)電機的勵磁回路L中，以作為發(fā)電機的勵磁功率。該勵磁系統(tǒng)，在發(fā)電機自勵建壓過程中，具有正反饋特性。而在發(fā)電機恒壓過程中，具有負反饋特性。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)晶體管峰點電壓阻容回路積分時間常數(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型可控硅自勵恒壓裝置1測量環(huán)節(jié)：Uf-----測量變壓器27------六相整流器26-----輸出直流電壓，再經(jīng)濾波器25------測量橋24------UK2觸發(fā)控制環(huán)節(jié)：3勵磁主回路：發(fā)電機相電壓UW

0------限流濾波電抗器5------1、2、1’、2’（整流器）------過流繼電器4------供給發(fā)電機勵磁繞組4起壓及充磁電路：起壓時，UW0經(jīng)限流濾波電抗器5、6、7及過流繼電器4給1、1’加觸發(fā)電壓，使1、1’全導通，進行起壓。電壓達到一定值，產(chǎn)生一定的電流，過流繼電器4動作，常閉觸點斷開，以后由UCF進行自動調(diào)壓。充磁電路：按下電鈕，電池------41------36充磁5低速滅磁：當轉(zhuǎn)速太低時，按閉環(huán)控制原理將有勵磁電流很大，危及勵磁繞組的安全，故應予以低速滅磁保護。本裝置規(guī)定：低速運行不得超過30S。評價：優(yōu)點是體積小、重量輕，閉環(huán)控制系統(tǒng)，靜態(tài)精度高，響應快；缺點是強勵能力差。四

可控相復勵自勵恒壓系統(tǒng)主要由相復勵自勵恒壓裝置和可控硅直流分流的電壓校正器組成。相復勵有很好的動態(tài)特性，而電壓校正器負責靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)，因此，

可控相復勵自勵恒壓系統(tǒng)具有前述兩大系統(tǒng)的優(yōu)點。1TZ—F型可控相復勵自勵恒壓系統(tǒng)測量比較環(huán)節(jié)：Uf-----測量變壓器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型可控相復勵自勵恒壓系統(tǒng)測量比較環(huán)節(jié)：Uf-----測量變壓器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，u34=-u122）u12>uw時，u34=uR-uw=(u12-uw)-uw

=u12-2uw五無刷同步發(fā)電機：1結(jié)構(gòu)：主發(fā)電機（轉(zhuǎn)磁式的）、勵磁機（轉(zhuǎn)樞式的）、旋轉(zhuǎn)整流器2特點：發(fā)電機為無觸點的結(jié)構(gòu)（無炭刷、滑環(huán)，普通同步發(fā)電機有炭刷、滑環(huán)，易產(chǎn)生火花、炭粉較臟，CCL4清洗）電氣時間常數(shù)較大，使端壓反應較慢旋轉(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)運行同步發(fā)電機間無功分配的自動控制1

并聯(lián)運行的交流系統(tǒng)有：有功分配P由原動機提供無功分配Q由儲能元件存在而出現(xiàn)的電磁交換能量（儲能元件====電源）

2

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

規(guī)范對無功分配的要求：（實承無功功率-按比例計算的計算值）同容量機組

Qi-Qie

Qi

/

Qie

≤10%Qe(Qe=3Ie

ueSine)(COSe=0.8)例如：兩臺同容量機組ue=400V，Pe=200KW,COS=0.8f=50HZ運行時：P1=P2=150KW，u=400V，f=50HZCOS1=0.6感性COS2=1沒有承擔無功功率計算：額定電流Ie=Pe/

3

ueCOSe

=361A運行時：I1

=

P1/

3

u

COS1

=361AI2

=

P2/

3

u

COS2

=216.5A從有功負荷看，兩臺機組只達到75%，但1號機電流已達額定值，若增大負荷，1號機過載。說明無功功率分配不均勻，全部由1號機承擔。無功功率分配嚴重不均，限制了發(fā)電機的利用率。4無功功率的調(diào)整與分配同步發(fā)電機電壓的變化，主要由無功負荷變化引起若：系統(tǒng)發(fā)出的總的無功功率=總的無功負荷，系統(tǒng)的電壓恒定；系統(tǒng)發(fā)出的總的無功功率大于總的無功負荷，系統(tǒng)的電壓上升；系統(tǒng)發(fā)出的總的無功功率小于總的無功負荷，系統(tǒng)的電壓下降；要維持系統(tǒng)的電壓恒定，各臺發(fā)電機應同時通過自動調(diào)壓裝置，來調(diào)整無功功率。當轉(zhuǎn)移和分配兩臺并聯(lián)發(fā)電機間的無功負荷時，只要同時向相反方向調(diào)節(jié)兩臺并聯(lián)發(fā)電機的勵磁電流便可。并聯(lián)發(fā)電機間無功功率的自動分配，實際上是由調(diào)壓器自動調(diào)整各自的勵磁電流完成的?！嘧詣诱{(diào)壓器不僅擔負自動調(diào)壓的任務，還擔負著自動調(diào)整、分配無功功率的任務

穩(wěn)定無功分配的方法（按調(diào)壓器的類型而定）1）

對于純相復勵的調(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）機組的激磁繞組并聯(lián)，迫使各機組的勵磁電壓一致，故勵磁電流接近一致，保證無功均分。

2）采用下傾調(diào)壓特性穩(wěn)定無功分配----用于閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)并聯(lián)發(fā)電機間無功功率的分配關(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則稱無差特性（實船少用）若Kuc>0則稱（下傾）有差特性（實船應用極廣）通常Kuc在5%以內(nèi)（可整定）1)有差調(diào)壓特性與無差調(diào)壓特性的兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行對號機而言：Uf為常數(shù)，具有保持Uf恒定的作用交點A為工作點號機無功固定，余下的全部由號機承擔改變無功功率分配，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)壓特性與無差調(diào)壓特性的兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行，兩機

無功功率分配關(guān)系恒定，可以并聯(lián)運行（實船很少應用）2）兩臺均為無差調(diào)壓特性的發(fā)電機并聯(lián)運行Uf<U<U則調(diào)壓器調(diào)壓Uf=U<U號機不再增磁，號機仍要增磁Uf=U>U在此過程中，號機無功功率增加，號機減少，直到號機承擔全部無功功率，號機不帶無功無功功率分配關(guān)系不恒定，不可并聯(lián)運行曲線和曲線