第十三章-船舶同步发电机的并联运行课件

船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第一节第一节 概述概述 现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、电气化、自现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、电气化、自动化程度的提高，电站容量也日益增加。为了满足船舶供动化程度的提高，电站容量也日益增加。为了满足船舶供电的可靠性和经济性，一般的船舶电站均配置了两台以上电的可靠性和经济性，一般的船舶电站均配置了两台以上的同步发电机组做为主电源，并且这两台以上的发电机可的同步发电机组做为主电源，并且这两台以上的发电机可以通过公用母线向全船负荷供电，这就是通常所说的发电以通过公用母线向全船负荷供电，这就是通常所说的发电机并联运行。机并联运行。返回第一节 概述 现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、电气1船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第二节第二节 发电机并联运行的特点发电机并联运行的特点（1 1）两台发电机的有功功率和无功功率总是等于负载的有功功率）两台发电机的有功功率和无功功率总是等于负载的有功功率P P和和 无功功率无功功率Q Q，即：，即：（2 2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机的输入的）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机的输入的机械功率，可使该发电机输出的有功功率增加；与此同时，将引起另机械功率，可使该发电机输出的有功功率增加；与此同时，将引起另一台并联机组输出的有功功率自动减少。此外，由于输入的机械功率一台并联机组输出的有功功率自动减少。此外，由于输入的机械功率的增加使转速升高，而另一台机组因输出的有功功率的减少也使转速的增加使转速升高，而另一台机组因输出的有功功率的减少也使转速上升，结果将使电网的频率有所升高。如果单独减少一台机组输入的上升，结果将使电网的频率有所升高。如果单独减少一台机组输入的机械功率，则变化与上述相反。只有同时向相反方向调节两并联机组机械功率，则变化与上述相反。只有同时向相反方向调节两并联机组输入的机械功率时，才能保持电网的频率不变。输入的机械功率时，才能保持电网的频率不变。船舶同步发电机的并联运行，多为两台或多台同容量发电机并联。这船舶同步发电机的并联运行，多为两台或多台同容量发电机并联。这里以两台发电机并联运行为例来分析同容量发电机并联运行的一些特里以两台发电机并联运行为例来分析同容量发电机并联运行的一些特点：点：返回第二节 发电机并联运行的特点（1）两台发电机的有功功率和无2船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 3单独增加一台发电机的励磁电流时，该发电机输出的无功功率增单独增加一台发电机的励磁电流时，该发电机输出的无功功率增加，而另一台发电机输出的无功功率将自动减少。此外，增加励磁电加，而另一台发电机输出的无功功率将自动减少。此外，增加励磁电流使空载电动势增大，而另一台发电机输出的无功功率的减少使其去流使空载电动势增大，而另一台发电机输出的无功功率的减少使其去磁效应减少，两者都使电网的电压有所上升。单独减少一台发电机的磁效应减少，两者都使电网的电压有所上升。单独减少一台发电机的励磁电流，则其变化与上述相反。只有同时反方向调节两发电机的励励磁电流，则其变化与上述相反。只有同时反方向调节两发电机的励磁电流，才能保持电网的电压不变。磁电流，才能保持电网的电压不变。3单独增加一台发电机的励磁电流时，该发电机输出的无功功率增3船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第三节船舶同步发电机的并联运行条件分析船舶同步发电机的并联运行条件分析 返回 准确同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。准确同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下并联运行的发电机必须满足如下4 4个条件：个条件：（1 1）待并机组的相序与运行机组（或电网）的相序一致；）待并机组的相序与运行机组（或电网）的相序一致；（2 2）待并机组的电压与运行机组（或电网）的电压大小相等；）待并机组的电压与运行机组（或电网）的电压大小相等；（3 3）待并机组电压的初相位与运行机组（或电网）电压的相位相同；）待并机组电压的初相位与运行机组（或电网）电压的相位相同；（4 4）待并机组电压的频率与运行机组（或电网）电压的频率大小相等。）待并机组电压的频率与运行机组（或电网）电压的频率大小相等。第三节船舶同步发电机的并联运行条件分析 返回 准确同步并车方4船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致,而且而且必须有一定的频差才能快速投入并联运行。下面来分析这必须有一定的频差才能快速投入并联运行。下面来分析这3 3个个并车条件。图中并车条件。图中G1G1为已在电网运行发电机，为已在电网运行发电机，G2G2为待并发电机。为待并发电机。(a)实际接线示意图实际接线示意图 (b)单相等效电路图单相等效电路图 图图13-1 并联运行连接示意图图并联运行连接示意图图 实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致,而且必须有5船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系假假设设电电网网电电压压低低于于待待并并发发电电机机电电压压，即即U1U2。在在这这种种情情况下投入况下投入G2时，主开关时，主开关DW2两端存在电压差两端存在电压差 U。频率和初相位相同频率和初相位相同,电压有效值不相同电压有效值不相同并并车车操操作作时时两两台台发发电电机机组组之之间间的的电电压压差差不不能能超超过过额额定定电电压压的的10。1)频率和初相位相同，电压有效值不相同频率和初相位相同，电压有效值不相同IPH称为平衡电流称为平衡电流:对对G2为感为感性无功，去磁、减电动势；性无功，去磁、减电动势；对对G1为容性无功，增磁、增为容性无功，增磁、增电动势。从而使电动势。从而使U1=U2。假设电网电压低于待并发电机电压，即U1U2。在这种情况下投6船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系两发电机间仍存在电压差两发电机间仍存在电压差 U。合闸后在两机组之间产生环流。合闸后在两机组之间产生环流。频率和电压相同，相位不相同频率和电压相同，相位不相同并并车车时时要要求求相相位位差差一一般应在般应在 15 之内。之内。2)频率和电压相同，相位不相同频率和电压相同，相位不相同假设待并发电机电压假设待并发电机电压U2的相位超前于电网电压的相位超前于电网电压U1的角度为的角度为。U产生产生IPH。对。对G1减少有功减少有功电流、加速，对于电流、加速，对于G2增加有增加有功电流、减速，牵入同步；功电流、减速，牵入同步；同时去磁、减压。同时去磁、减压。两发电机间仍存在电压差U。合闸后在两机组之间产生环流。频率7船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系电压和相位相同电压和相位相同,频率不相同频率不相同合合闸闸瞬瞬间间两两台台发发电电机机电电压压和和相相位位相相同同，只只是是频频率率不不同同，如果如果f2f1，则将超前，则将超前角。角。并车时一般要求将两并车时一般要求将两台发电机的频差控制台发电机的频差控制在在 0.5Hz之内。之内。3)并车时电压和相位相同，但频率不相同并车时电压和相位相同，但频率不相同 U产生产生IPH。产生整步转矩。产生整步转矩自动牵入同步。自动牵入同步。电压和相位相同,频率不相同合闸瞬间两台发电机电压和相位相同，8船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第四节船舶同步发电机手动并联运行分析第四节船舶同步发电机手动并联运行分析返回手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初相手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初相位，使之满足准同步并车要求。位，使之满足准同步并车要求。一般通过一般通过“调速开关调速开关”来调节原动机转速，使待并机来调节原动机转速，使待并机的频率接近运行机的频率。然后进一步检测待并机与的频率接近运行机的频率。然后进一步检测待并机与原工作机组的频率差是否小于原工作机组的频率差是否小于0.5Hz0.5Hz，初相位是否一致，初相位是否一致。检测这两个并车条件的方法有同步指示灯和整步表。检测这两个并车条件的方法有同步指示灯和整步表法法。一、同步指示灯法一、同步指示灯法第四节船舶同步发电机手动并联运行分析返回手动并车操作关键要检9船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系合闸时刻合闸时刻:使灯光向使灯光向“快快”（顺时针）的方向旋转，当调节（顺时针）的方向旋转，当调节到到3 35 5秒旋转一周后，当指示灯秒旋转一周后，当指示灯L L1 1最暗而最暗而L L2 2、L L3 3同样亮时。同样亮时。1)1)灯光旋转法灯光旋转法f f2 2f f1 1时，灯泡轮流熄灭的顺序为时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L:L1 1L L2 2L L3 3 L L1 1f f2 2f f1 1时，灯泡轮流熄灭的顺序为时，灯泡轮流熄灭的顺序为:L:L1 1L L3 3L L2 2 L L1 1合闸时刻:使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调节到310船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系合闸时刻：合闸时刻：当灯泡当灯泡3 35 5秒明暗一次时秒明暗一次时,约在接近灯暗区间约在接近灯暗区间的中心时。的中心时。2)2)灯光明暗法灯光明暗法(灯光熄灭法灯光熄灭法 )灯泡明暗的快慢取决于频差的大小灯泡明暗的快慢取决于频差的大小,指示灯明暗一次所需指示灯明暗一次所需的时间的时间T TS S1/1/f f称为频差周期。称为频差周期。合闸时刻：当灯泡35秒明暗一次时,约在接近灯暗区间的中心时11船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差，频率同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差，频率差及其方向的仪表。目前同步表有电磁式和数字式种。差及其方向的仪表。目前同步表有电磁式和数字式种。电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式，有两线圈交电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式，有两线圈交叉成叉成9090，两线圈交叉，两线圈交叉6060和三线圈式等，和三线圈式等，图图13-613-6所示所示为三线圈式同步表原理图。为三线圈式同步表原理图。图图13-713-7是船舶电站是船舶电站3 3台发电机同步表接线图。台发电机同步表接线图。电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式，有两线圈交叉成90，两12船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系同步表是一种用来检测待同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相位差大小电压的频率和相位差大小及其方向的仪表，又称整及其方向的仪表，又称整步表。步表。指针旋转一圈所需要的时指针旋转一圈所需要的时间为间为T TS S1/1/f f。二、同步表法二、同步表法同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相13船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15min，间隔时间为，间隔时间为30min，所以，并车操作过程不宜，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除。太长，并车成功后应及时切除。合闸的时刻合闸的时刻:同步表向同步表向“快快”的方向的方向3 35 5秒旋转一周，秒旋转一周，在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15min，间14船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第五节第五节 模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理 返回自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程，它由自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程，它由频率预调，并车条件监视和提前时间或提前相角捕获频率预调，并车条件监视和提前时间或提前相角捕获电路等组成，电路等组成，图图13-813-8是其原理框图。它可分为两大部是其原理框图。它可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。第五节 模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理 返回自动15船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图13-8 13-8 模拟式自动并车装置模拟式自动并车装置原理模框图原理模框图返回图13-8 模拟式自动并车装置原理模框图返回16船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1 1频差脉动电压频差脉动电压 如图如图13-9 13-9 如图如图13-1013-102 2频率预调频率预调 如图如图13-1113-113 3合闸控制电路合闸控制电路 如图如图13-1213-121频差脉动电压 如图13-9 如图13-1017船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系Ts=1 fTs=1 ftttTs=1 fTs=1 fU1,U2US 图图13-9 13-9 正弦波频差脉动电压电路及正弦波频差脉动电压电路及波形波形(a)返回Ts=1 fTs=1 ftttTs=1 fTs=1 18船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图13-10 13-10 三角波频率脉冲电压三角波频率脉冲电压返回图13-10 三角波频率脉冲电压返回19船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图13-11 13-11 移相法检测频率方向移相法检测频率方向返回图13-11 移相法检测频率方向返回20船舶电气设备与系统 课 件2024/5/19轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系同步条件EH-221频差及符号检测EH-222并车、合闸控制EH-215整步调速控制EH-212并车信号手控并车令合闸信号电网、发电机电压信号G1G2G3合闸禁合主开关报警加速减速通电图图13-12 13-12 模块式自动整步器的原模块式自动整步器的原理框图理框图返回同步条件频差及符号检测整步调速控制并车信号手控并车令合闸信号21