船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 第十五章

1、課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第第1515章章 船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動(dòng)調(diào)整船舶電力系統(tǒng)頻率及有功功率自動(dòng)調(diào)整本章的主要講解內(nèi)容本章的主要講解內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 船舶電力系統(tǒng)有功功率自動(dòng)調(diào)整基礎(chǔ)知識(shí)船舶電力系統(tǒng)有功功率自動(dòng)調(diào)整基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配第三節(jié)第三節(jié) 有功功率的轉(zhuǎn)移操作有功功率的轉(zhuǎn)移操作第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理第五節(jié)第五節(jié) 自動(dòng)分級(jí)卸載自動(dòng)分級(jí)卸載第六節(jié)第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-

2、5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第一節(jié)船舶電力系統(tǒng)有功功率自動(dòng)調(diào)整基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)船舶電力系統(tǒng)有功功率自動(dòng)調(diào)整基礎(chǔ)知識(shí) 60pnf FFTPPP一、電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)的原因及其影響一、電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)的原因及其影響電網(wǎng)頻率與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式：電網(wǎng)頻率與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系式：設(shè)原動(dòng)機(jī)輸入功率為設(shè)原動(dòng)機(jī)輸入功率為P PT T ，發(fā)電機(jī)負(fù)荷功率為，發(fā)電機(jī)負(fù)荷功率為P P，忽略內(nèi)部損耗。當(dāng)，忽略內(nèi)部損耗。當(dāng)P PT T= =P P時(shí)輸入與輸出功率平衡，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速（即頻率）不變。如果系統(tǒng)中時(shí)輸入與輸出功率平衡，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速（即頻率）不變。如果系統(tǒng)中的負(fù)荷突然變化使發(fā)電機(jī)輸出功率增加的負(fù)荷突然

3、變化使發(fā)電機(jī)輸出功率增加P PF F，而由于機(jī)械慣性，原動(dòng)，而由于機(jī)械慣性，原動(dòng)機(jī)的輸入功率還來不及變化，這時(shí)，機(jī)的輸入功率還來不及變化，這時(shí)，為了保持功率平衡，機(jī)組把轉(zhuǎn)子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電功率，使機(jī)為了保持功率平衡，機(jī)組把轉(zhuǎn)子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電功率，使機(jī)組轉(zhuǎn)速降低，系統(tǒng)頻率下降?？梢娤到y(tǒng)頻率的變化，是由于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速降低，系統(tǒng)頻率下降?？梢娤到y(tǒng)頻率的變化，是由于發(fā)電機(jī)的負(fù)荷功率與原動(dòng)機(jī)輸入功率之間失去平衡所致。的負(fù)荷功率與原動(dòng)機(jī)輸入功率之間失去平衡所致。 返回課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系)( fFPL二、電力系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)二、電力系統(tǒng)

4、的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷功率也隨之改變，即當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷功率也隨之改變，即在電力系統(tǒng)中功率平衡被破壞引起頻率變化時(shí)，負(fù)載吸收功在電力系統(tǒng)中功率平衡被破壞引起頻率變化時(shí)，負(fù)載吸收功率的變化起著補(bǔ)償?shù)淖饔茫瓜到y(tǒng)能在另一個(gè)頻率值下得到率的變化起著補(bǔ)償?shù)淖饔?，使系統(tǒng)能在另一個(gè)頻率值下得到新的平衡，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。新的平衡，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，對(duì)于限制系統(tǒng)頻率變化是有利的，但只依靠負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，對(duì)于限制系統(tǒng)頻率變化是有利的，但只依靠這個(gè)效應(yīng)，頻率的變化將是很大的。為了保證系統(tǒng)的頻率變這個(gè)效應(yīng)，頻率的變化將是很大的

5、。為了保證系統(tǒng)的頻率變化在一定的允許范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)組必需配置調(diào)速器?；谝欢ǖ脑试S范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)組必需配置調(diào)速器。課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系電力系統(tǒng)要求頻率能維持在一定范圍之內(nèi)，因此調(diào)速器應(yīng)電力系統(tǒng)要求頻率能維持在一定范圍之內(nèi)，因此調(diào)速器應(yīng)是一種是一種“定速調(diào)速器定速調(diào)速器”。即通過調(diào)速器調(diào)節(jié)維持原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)。即通過調(diào)速器調(diào)節(jié)維持原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。調(diào)速器種類有機(jī)械式、液壓式和電子式等。但無速不變。調(diào)速器種類有機(jī)械式、液壓式和電子式等。但無論哪種型式，其工作原理都是測(cè)出偏差后，根據(jù)偏差的大論哪種型式，其工作原理都是測(cè)出偏差后，根據(jù)偏差的大小和極性去調(diào)

6、節(jié)原動(dòng)機(jī)，使原動(dòng)機(jī)在負(fù)載從零到額定值范小和極性去調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)，使原動(dòng)機(jī)在負(fù)載從零到額定值范圍內(nèi)變化時(shí)，維持轉(zhuǎn)速在允許的范圍內(nèi)。圍內(nèi)變化時(shí)，維持轉(zhuǎn)速在允許的范圍內(nèi)。三、調(diào)速器及其調(diào)速特性三、調(diào)速器及其調(diào)速特性課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系1 1調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理 圖圖 15-115-1離心式調(diào)速器示意圖離心式調(diào)速器示意圖1 1 傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸; 2 ; 2 軸軸; 3 ; 3 飛鐵飛鐵; 4 ; 4 撥爪撥爪;5 ;5 滑滑套筒套筒; 6 ; 6 彈簧彈簧; 7 ; 7 杠桿杠桿; 8 ; 8 拉桿拉桿;9 ;9 渦輪渦輪渦桿

7、渦桿; ; 10 10 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī); 11 ; 11 油門控制機(jī)構(gòu)油門控制機(jī)構(gòu)課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2 2調(diào)速器的特性調(diào)速器的特性圖圖15-2 15-2 靜態(tài)調(diào)速特性靜態(tài)調(diào)速特性圖圖15-3 15-3 動(dòng)態(tài)調(diào)速特性動(dòng)態(tài)調(diào)速特性圖圖15-4 15-4 調(diào)速器的不靈敏區(qū)調(diào)速器的不靈敏區(qū)課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系圖圖15-5 15-5 頻率調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)四、單機(jī)運(yùn)行時(shí)頻率的調(diào)整四、單機(jī)運(yùn)行時(shí)頻率的調(diào)整圖圖15-6 15-6 頻率的再調(diào)節(jié)頻率的再調(diào)節(jié)課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5

8、-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第二節(jié)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配第二節(jié)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的有功功率分配返回圖圖 15-7 15-7 不同調(diào)速特性并聯(lián)運(yùn)行不同調(diào)速特性并聯(lián)運(yùn)行課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第三節(jié)有功功率的轉(zhuǎn)移操作第三節(jié)有功功率的轉(zhuǎn)移操作 返回圖圖15-8 15-8 負(fù)荷轉(zhuǎn)移圖負(fù)荷轉(zhuǎn)移圖課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第四節(jié)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理第四節(jié)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置基本原理一、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置的原理一、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置的原理調(diào)整原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及機(jī)組的負(fù)荷需要根據(jù)轉(zhuǎn)速（頻率）調(diào)整原動(dòng)機(jī)

9、轉(zhuǎn)速及機(jī)組的負(fù)荷需要根據(jù)轉(zhuǎn)速（頻率）和負(fù)載（功率）的信號(hào)，和負(fù)載（功率）的信號(hào)， 來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。盡管目前自來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。盡管目前自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置的品種很多，并且還在不斷的更新動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置的品種很多，并且還在不斷的更新?lián)Q代。但基本環(huán)節(jié)都是由頻率變換器、有功功率變換代。但基本環(huán)節(jié)都是由頻率變換器、有功功率變換器、有功功率分配器和調(diào)整器等組成。換器、有功功率分配器和調(diào)整器等組成。返回課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系1 1頻率變換器頻率變換器它用來檢測(cè)電網(wǎng)的實(shí)際頻率它用來檢測(cè)電網(wǎng)的實(shí)際頻率f， 并將測(cè)量值并將測(cè)量值f與額定頻率與額定頻率fe進(jìn)行比較得出偏差進(jìn)

10、行比較得出偏差f ，頻率變換器將頻率變換器將f變換為相應(yīng)的與頻變換為相應(yīng)的與頻差成正比的直流電壓信號(hào)，送到調(diào)整系統(tǒng)去進(jìn)行綜合比較。差成正比的直流電壓信號(hào)，送到調(diào)整系統(tǒng)去進(jìn)行綜合比較。圖圖15-915-9為頻率變換器及其特性，為頻率變換器及其特性，圖圖15-1015-10為基于波形變換為基于波形變換的頻率變換器的原理圖。的頻率變換器的原理圖。efff2 2有功功率變換器有功功率變換器 圖圖15-11 15-11 圖圖15-1215-12課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3 3有功功率分配器有功功率分配器 有功功率分配器是一種有功分配運(yùn)算電路，為實(shí)現(xiàn)按有

11、功功率分配器是一種有功分配運(yùn)算電路，為實(shí)現(xiàn)按比例或均勻分配有功功率而設(shè)置的。運(yùn)算環(huán)節(jié)主要由比比例或均勻分配有功功率而設(shè)置的。運(yùn)算環(huán)節(jié)主要由比較放大器和加法器組成，它的作用是根據(jù)電網(wǎng)總的功率，較放大器和加法器組成，它的作用是根據(jù)電網(wǎng)總的功率，計(jì)算每臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺(tái)發(fā)電機(jī)實(shí)際承擔(dān)的計(jì)算每臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)承擔(dān)功率以及各臺(tái)發(fā)電機(jī)實(shí)際承擔(dān)的功率值與平均值之差。功率值與平均值之差。4 4調(diào)整器調(diào)整器 圖圖15-1315-13 課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖 15-9 15-9 頻率變換器及其特性頻率變換器及其特性課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022

12、-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖15-10 15-10 基于波形變換的頻率變換器的原理圖基于波形變換的頻率變換器的原理圖課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖15-11 15-11 功率變換器及其特性功率變換器及其特性課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系TATVuviuiupup*R1R212取平均值電路uvuiut0圖圖15-12 15-12 單相功率變換器原理電路單相功率變換器原理電路返回課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖 15-

13、13 15-13 調(diào)整器方框圖調(diào)整器方框圖課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系二、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載方法二、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載方法1 1有差調(diào)節(jié)法有差調(diào)節(jié)法 有差調(diào)節(jié)法，如上節(jié)所述，是僅依賴有差調(diào)速特性有差調(diào)節(jié)法，如上節(jié)所述，是僅依賴有差調(diào)速特性的調(diào)速器來穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和有功負(fù)荷分配的方法。的調(diào)速器來穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和有功負(fù)荷分配的方法。這種方法沒有外加的再調(diào)節(jié)，因此不能保持頻率恒這種方法沒有外加的再調(diào)節(jié)，因此不能保持頻率恒定，有功負(fù)荷分配通常也不均勻。定，有功負(fù)荷分配通常也不均勻。2 2虛有差法虛有差法圖圖15-14 15-14 1 1） 頻率的調(diào)整頻率的調(diào)整 圖

14、圖15-14 15-14 圖圖15-15 15-15 2 2）有功功率分配的調(diào)整）有功功率分配的調(diào)整 圖圖15-14 15-14 圖圖15-1615-16課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3 3主調(diào)發(fā)電機(jī)法主調(diào)發(fā)電機(jī)法主調(diào)發(fā)電機(jī)法，是指在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組中有一臺(tái)主調(diào)發(fā)電機(jī)法，是指在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組中有一臺(tái)機(jī)組上裝有調(diào)頻器，作為主調(diào)發(fā)電機(jī)，其任務(wù)是當(dāng)負(fù)機(jī)組上裝有調(diào)頻器，作為主調(diào)發(fā)電機(jī)，其任務(wù)是當(dāng)負(fù)荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差時(shí)，由它再次調(diào)節(jié)改荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差時(shí)，由它再次調(diào)節(jié)改變油門，維持電網(wǎng)的頻率為額定值，并承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷變油門，維持電網(wǎng)

15、的頻率為額定值，并承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷的變化量。而其余的發(fā)電機(jī)則總是保持運(yùn)行于接近額的變化量。而其余的發(fā)電機(jī)則總是保持運(yùn)行于接近額定值，稱為基載發(fā)電機(jī)。定值，稱為基載發(fā)電機(jī)。 課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖 15-14 15-14 虛有差法方框圖虛有差法方框圖課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖15-15 15-15 均功時(shí)系統(tǒng)的等效電路均功時(shí)系統(tǒng)的等效電路課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖 15-16 15-16 恒頻時(shí)系統(tǒng)的等效電路恒頻時(shí)系統(tǒng)

16、的等效電路課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第五節(jié)自動(dòng)分級(jí)卸載第五節(jié)自動(dòng)分級(jí)卸載 返回自動(dòng)分級(jí)卸載保護(hù)裝置是一種發(fā)電機(jī)過載保護(hù)裝置。當(dāng)自動(dòng)分級(jí)卸載保護(hù)裝置是一種發(fā)電機(jī)過載保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，自動(dòng)卸載裝置動(dòng)作，將部分次要負(fù)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，自動(dòng)卸載裝置動(dòng)作，將部分次要負(fù)載自動(dòng)切除，以保護(hù)發(fā)電機(jī)正常工作，并保證重要負(fù)載載自動(dòng)切除，以保護(hù)發(fā)電機(jī)正常工作，并保證重要負(fù)載不間斷供電。它是提高供電能力的一種有效措施，不間斷供電。它是提高供電能力的一種有效措施，圖圖15-1715-17為一種自動(dòng)分級(jí)卸載裝置（為一種自動(dòng)分級(jí)卸載裝置（ZFXZFX一一1 1

17、型）的原理框型）的原理框圖。圖。課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖 15-17 ZFX15-17 ZFX一一1 1型自動(dòng)分級(jí)卸載裝置原理圖型自動(dòng)分級(jí)卸載裝置原理圖課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第六節(jié)同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩第六節(jié)同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩 返回同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，往往由于故障原因或輸入同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，往往由于故障原因或輸入輸出功率的突然變化，使穩(wěn)定運(yùn)行的平衡條件遭到破輸出功率的突然變化，使穩(wěn)定運(yùn)行的平衡條件遭到破壞而引起暫態(tài)過程。由于發(fā)電機(jī)電路中的電磁能量不壞而引起暫態(tài)過程

18、。由于發(fā)電機(jī)電路中的電磁能量不能躍變而發(fā)生電磁暫態(tài)過程；由于轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能能躍變而發(fā)生電磁暫態(tài)過程；由于轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能量不能躍變而發(fā)生機(jī)電暫態(tài)過程。嚴(yán)重的暫態(tài)過程對(duì)量不能躍變而發(fā)生機(jī)電暫態(tài)過程。嚴(yán)重的暫態(tài)過程對(duì)發(fā)電機(jī)的安全和并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生極為不利發(fā)電機(jī)的安全和并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生極為不利的影響。的影響。課 件船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 2022-5-5輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系一、三相突然短路一、三相突然短路三相突然短路是指同步發(fā)電機(jī)出口近端的對(duì)稱短路，了解三相三相突然短路是指同步發(fā)電機(jī)出口近端的對(duì)稱短路，了解三相突然短路的特點(diǎn)有助于理解其他原因（如突加突卸大的負(fù)載等）突然短路的特點(diǎn)有助于理解其他原因（如突加突卸大的負(fù)載等）引起的暫態(tài)過程。假設(shè)短路前發(fā)電機(jī)空載，電樞電流為零，當(dāng)引起的暫態(tài)過程。假設(shè)短路前發(fā)電機(jī)空載，電樞電流為零，當(dāng)突然發(fā)生三相短路時(shí)，其暫態(tài)過程有以下一些特點(diǎn)：突然發(fā)生三相短路時(shí)，其暫態(tài)過程有以下一些特點(diǎn)：1.1.在短路的暫態(tài)過程中三相短路電流為非對(duì)稱三相電流。在短