船舶電氣課件

第三章船舶發(fā)電與配電系統(tǒng)第一節(jié)

三相交流同步發(fā)電機第二節(jié)

船舶電力系統(tǒng)的基本概念第三節(jié)

船舶主配電板第四節(jié)

船舶應(yīng)急電源系統(tǒng)第五節(jié)

發(fā)電機主開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)和原理第六節(jié)

同步發(fā)電機的并聯(lián)運行船舶電氣第一節(jié)

三相交流同步發(fā)電機

使用交流電制的船舶均采用三相交流同步發(fā)電機作為主電源設(shè)備。交流同步發(fā)電機是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它將原動機發(fā)出的機械能轉(zhuǎn)換成電能。根據(jù)原動機的形式，通常有中速柴油機發(fā)電機組，有的也配有轉(zhuǎn)速較高的汽輪機發(fā)電機組。集大輪機自動化1.定子電樞構(gòu)造

定子為電樞的同步電機,定子鐵芯是由硅鋼片疊成。定子鐵芯槽內(nèi)嵌放的三相對稱繞組也是依次相差120o空間電角度或120o/p空間機械角度,其中p為極對數(shù)。三相繞組又稱電樞繞組,作為電力發(fā)電機基本上都采用Y形連接。定子結(jié)構(gòu)由鐵芯、繞組以及機座、端蓋等附件組成,與異步電機定子基本相同。

2.轉(zhuǎn)子隱極式：轉(zhuǎn)速高（3000r/min、1500r/min）汽輪機

凸極式:轉(zhuǎn)速較低（小于1000r/min）柴油原動機船舶電氣

在三相電樞繞組中產(chǎn)生對稱的三相正弦空載電動勢(即開路相電壓)，其瞬時值為eA=EmsinωteB=Emsin(ωt-120°)eC=Emsin(ωt+120°)空載電動勢的有效值為E0=4.44fNφ0kW每相空載電動勢E0=keΦ0n船舶電氣(三)三相交流同步發(fā)電機的勵磁方式按同步發(fā)電機的勵磁電源的不同有兩種基本類型，即自勵和他勵。設(shè)有專用勵磁電源的稱為他勵方式。目前船舶同步發(fā)電機都采用自勵形式，其直流勵磁電流由自身輸出的交流電經(jīng)過整流并調(diào)節(jié)后獲得。為降低滑環(huán)和碳刷裝置帶來的維護保養(yǎng)問題，近年來無刷發(fā)電機得到推廣和使用。與普通發(fā)電機組相比，除具有相同的同步主發(fā)電機外，無刷發(fā)電機還由中頻交流勵磁機和旋轉(zhuǎn)整流器組成。船舶電氣(四)三相交流同步發(fā)電機的銘牌參數(shù)1.額定功率PN(W，kW，MW)，指發(fā)電機輸出的額定有功功率；而船舶發(fā)電機常用額定容量SN(VA，kVA，MVA)來表示發(fā)電機的輸出能力。2.額定電壓

UN(V，kV)，指額定運行時發(fā)電機輸出端的線電壓。3.額定電流

IN(A，KA)，指額定運行時定子輸出端的線電流。4.額定功率因數(shù)

cosφN，指額定運行時電機的功率因數(shù)。5.額定頻率

fN(Hz)，指電機電樞輸出端電能的頻率，我國標準工頻為50Hz。6.額定轉(zhuǎn)速

nN(r/min)，指額定運行時電機的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速。船舶電氣7.絕緣等級，指電機的絕緣材料的等級，船用一般為E級以上。8.溫升，指電機在額定負載運行時允許最高溫升。9.勵磁電壓

UfN，指額定負載時所加勵磁電壓。10.勵磁電流

IfN，指額定負載時所加勵磁電流。二、同步發(fā)電機的空載運行及空載特性(一)同步發(fā)電機的自勵起壓船舶電氣船舶電氣(二)自勵起壓條件同步發(fā)電機自勵起壓過程是一種正反饋過程，整個過程并無外來輸入量。要完成自勵起壓，必須具備下列條件：(1)發(fā)電機必須有足夠的剩磁，這是自勵的必要條件。新造的發(fā)電機無剩磁，長期不運行的發(fā)電機剩磁也會消失，這時可用其他直流電源進行充磁，注意直流電源充磁的磁場要與原剩磁一致。(2)要使自勵過程構(gòu)成正反饋，由剩磁電勢所產(chǎn)生的電流建立的勵磁磁勢必須與剩磁方向相同，所以整流裝置直流側(cè)的極性與勵磁繞組所要求的極性必須一致。(3)適當(dāng)整定勵磁回路阻抗，使勵磁特性與空載特性配合恰當(dāng)，獲得空載電壓Uo。船舶電氣(三)自勵起壓存在的實際問題及措施對于自勵同步發(fā)電機，上述自勵起壓過程只是一種理想狀況。實際上，由于自勵回路是一個非線性電路，在起壓過程中其阻抗是變化的，是由整流二極管的正向?qū)娮琛⑻妓⑴c滑環(huán)的接觸電阻及勵磁繞組的直流電阻所組成的。起壓初始階段因剩磁電壓所產(chǎn)生的勵磁電流很小，故整流二極管的正向電阻和碳刷與滑環(huán)的接觸電阻都呈高阻狀態(tài)；以后隨著電壓增加，勵磁電流增大時，回路呈低阻狀態(tài)。所以實際勵磁在起壓時，初始電壓不夠高，可能無法克服高阻狀態(tài)，勵磁電流不能提高，發(fā)電機不能起壓。船舶電氣采用的方法：(1)提高發(fā)電機的剩磁電壓。即給勵磁回路充磁，當(dāng)發(fā)電機靠本身建壓失敗時，按下主配電板發(fā)電機控制屏上充磁按鈕，臨時充磁來提高剩磁電壓，從而實現(xiàn)起壓。(2)降低伏安特性。實際工作中采取措施減少碳刷與滑環(huán)的接觸電阻，以降低勵磁回路電阻，使得剩磁產(chǎn)生的電壓能夠產(chǎn)生足夠的電流以進一步提高電壓。(3)利用復(fù)勵電流幫助起壓。在起壓時臨時短接一下主電路，利用短路產(chǎn)生的復(fù)勵電流幫助起壓；或利用升壓變壓器來向勵磁回路供電起壓。采用這兩種方法，電壓一旦建立應(yīng)立即切除升壓變壓器或打開主電路，但操作不容易，實際上很少使用。船舶電氣(四)同步發(fā)電機的空載運行與空載特性分析若定子繞組輸出端開路，即為同步發(fā)電機的空載運行。如圖3-5中1為同步發(fā)電機的空載特性曲線，由于E0

與φ0成正比，而φ0由If勵磁產(chǎn)生，這兩者之間關(guān)系即為磁化曲線，故E0與If之間的空載特性曲線與磁化曲線具有相同的形狀。圖3-5中Er為剩磁電壓(在額定轉(zhuǎn)速下使If=0時所測得的電樞開路電壓)。

空載特性曲線不僅反映了發(fā)電機空載時輸出端電壓與勵磁電流之間的關(guān)系，而且當(dāng)發(fā)電機負載運行時，同樣可以通過這一曲線及勵磁電流來推算出電樞感應(yīng)電勢的數(shù)值。此外，空載特性曲線在研究、分析發(fā)電機自勵起壓的過程中也有著重要作用?？蛰d特性曲線可通過實驗方法測出。船舶電氣三、同步發(fā)電機的負載運行及電樞反應(yīng)(一)同步發(fā)電機的負載運行特點由于電樞感應(yīng)電動勢和電流取決于主磁極的旋轉(zhuǎn)方向，而電樞磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相定子繞組中的負載電流的相序，因此電樞磁場不僅與主磁極磁場速度相等，且方向相同，兩者相對靜止，做同步旋轉(zhuǎn)。同步發(fā)電機負載運行時，其旋轉(zhuǎn)磁場實際上是由轉(zhuǎn)子主磁極磁通φ0

和定子電樞磁通φa

合成的結(jié)果，即空間上兩個磁場矢量疊加，形成一個氣隙磁場，合成的磁通φ的磁軸及大小與主磁極磁通φ0

相比都發(fā)生一定的變化。這種旋轉(zhuǎn)的電樞磁場對磁極(勵磁)主磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。船舶電氣(二)同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)分析由異步電動機工作原理分析可知，三相對稱電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的軸線與電流達到最大值的繞組的軸線是重合的，即電樞磁通φa的相位取決于負載電流的相位，而磁極磁通φ0

的相位又始終超前于空載感應(yīng)電勢90°電角度。因此，當(dāng)負載性質(zhì)變化時，即φa與φ0不同時，或φa

與φ0之間的相位差發(fā)生變化時，都會產(chǎn)生不同結(jié)果的電樞反應(yīng)。船舶電氣1.與同相位時的電樞反應(yīng)——交軸電樞反應(yīng)2.滯后于90°時的電樞反應(yīng)——直軸去磁電樞反應(yīng)3.超前于90°時的電樞反應(yīng)——直軸增磁電樞反應(yīng)

船舶電氣(三)同步發(fā)電機的外特性及調(diào)節(jié)特性同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。從這些特性中可以確定發(fā)電機的電壓調(diào)整率、額定勵磁電流和額定效率，這些都是標志同步發(fā)電機性能的基本數(shù)據(jù)。1.同步發(fā)電機的外特性外特性表示發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，勵磁電流和負載功率因數(shù)保持不變時，發(fā)電機的端電壓(相電壓)與電樞電流之間的關(guān)系；即n=ns，If=常值，cosφ=常值時，U=f(I)。船舶電氣圖3-8表示帶有不同功率因數(shù)的負載時同步發(fā)電機的外特性。船舶電氣

船舶電氣2.同步發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性

靜態(tài)電壓變化率是同步發(fā)電機運行的一個重要指標，根據(jù)中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》船舶同步發(fā)電機的靜態(tài)電壓變化率，主發(fā)電機為±2.5%，應(yīng)急發(fā)電機為±3.5%。顯然前述發(fā)電機的外特性不能滿足要求，實際使用中需要不斷地調(diào)整勵磁