發(fā)電機控制原理教程PPT學習教案

1、會計學1發(fā)電機控制原理教程發(fā)電機控制原理教程發(fā)電機在石油鉆機系統(tǒng)中的作用 現(xiàn)在的電動鉆機鉆機中，發(fā)電機為所有用電設備提供電源，保證井隊作業(yè)的正常進行。 柴油發(fā)電機：是以柴油機為原動機，燃燒燃油為動力，帶動發(fā)電機。這種發(fā)電機容量小，一般只有數(shù)KW到數(shù)MW 主要由柴油機和發(fā)電機兩部分組成。柴油機主要是提供機械動能，發(fā)電機的作用是把柴油機提供的機械能轉(zhuǎn)換為電能。 因此，柴油機功率的大小，直接決定了整個機組的功率大小，而發(fā)電機容量的大小，則決定了整個系統(tǒng)容量的大小。第1頁/共52頁 發(fā)電機工作原理 1、電磁感應原理英國物理學家英國物理學家法拉第法拉第從從1822年起，經(jīng)過十年起，經(jīng)過十年的努力，終于在

2、年的努力，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了磁也能生電年發(fā)現(xiàn)了磁也能生電。 電磁感應原理：導體在磁場中運動，切割磁力線后會產(chǎn)生感應電勢。即磁生電。第2頁/共52頁第3頁/共52頁感應電動勢的大小取決于導體的匝數(shù)和導體內(nèi)磁通變化率，其方向是它將在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電流來建立磁場用以阻止原磁場產(chǎn)生的磁通變化。E= - N d/dt (為穿過導體的磁通) 對于恒定磁場中的運動導體有 E= BLV第4頁/共52頁柴油發(fā)電機發(fā)電原理 如上所述，不論是導線在磁場中運動切割磁力線，或是通過線圈的磁通量發(fā)生變化,在導線或線圈上都會產(chǎn)生感應電勢。因為運動的位移是相對的，只要是通過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，那就不論是線圈在磁場里

3、旋轉(zhuǎn)、或是磁場旋轉(zhuǎn)相對線圈運動，其效果都是相同的，都會在線圈上產(chǎn)生感應電勢。因為容量增大和引出線工藝的需要，實際上大部分發(fā)電機都是旋轉(zhuǎn)磁場式的，在發(fā)電機中間旋轉(zhuǎn)的磁場稱為轉(zhuǎn)子，在發(fā)電機外面的線圈稱為定子第5頁/共52頁第6頁/共52頁第7頁/共52頁在電力系統(tǒng)負載中最大量的是帶電感的電阻性負載，它的特性是介乎于電阻負載和電感負載之間，負載上的電流相位比電壓相位滯后一個相位角，此時負載上的電流向量比電壓向量滯后：機端電壓可表示為:第8頁/共52頁一、有功功率 ：在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽芑驒C械能）稱為有功功率，簡稱“有功”，用“P”表示，單

4、位是瓦（W）或千瓦（KW）。 它反映了交流電源在電阻元件上做功的能力大小，或單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。 二、無功功率 ：在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通過后便會建立起電感線圈的磁場或電容器極板間的電場。因此，在交流電每個周期內(nèi)的上半部分（瞬時功率為正值）時間內(nèi)，它們將會從電源吸收能量用建立磁場或電場；而下半部分（瞬時功率為負值）的時間內(nèi)，其建立

5、的磁場或電場能量又返回電源。因此，在整個周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是說，電源的能量與磁場能量或電場能量在進行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而并不消耗功率。 第9頁/共52頁為了反映以上事實并加以表示，將電感或電容元件與交流電源往復交換的功率稱之為無功功率，簡稱“無功”，用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。 無功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在，而進行可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達了交流電源能量與磁場或電場能量交換的最大速率。 實際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負載，它們在工作時建立磁場所消耗的功率即為無功功率。如果沒有無功功率，電動機和變壓器就不能建立工作磁

6、場。 三、視在功率 ：交流電源所能提供的總功率，稱之為視在功率或表現(xiàn)功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設備（如變壓器）的容量大小。 視在功率即不等于有功功率，又不等于無功功率，但它既包括有功功率，又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取決于負載的功率因數(shù)。 第10頁/共52頁四、功率三角形 ：視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角為功率因數(shù)角，

7、它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。第11頁/共52頁三、發(fā)電機的并列運行 1發(fā)電機的同期并列: 兩個(或兩個以上)電源并聯(lián)，必須是兩個電源電壓瞬時值任何時刻都基本相同，這是因為電源的內(nèi)阻抗是很小很小的，兩個電源如果存在電勢差，則它們之間就會形成很大的環(huán)流，這是不允許的。因此在發(fā)電機并入電網(wǎng)前必需對機端電壓進行同期判別第12頁/共52頁6.并車：電壓相同頻率相同相位角相差在一定范圍內(nèi)第13頁/共52頁2發(fā)電機的有功功率： 發(fā)電機的有功功率是由原動機來提供，原動機出力越大，所做的有功就越多；但對單機運行的發(fā)電機來說，由于受供電頻率的限制，原動機的出力并非任意的，他必須保持額定頻率運

8、行，這樣對單機運行的發(fā)電機，需要發(fā)多少有功不取決于自己，而是取決于（用戶）負載的大小，當發(fā)電機負載越重，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就會下降，這是因為負載上電流流過定子繞組其有功分量產(chǎn)生的力矩與原動機的轉(zhuǎn)動力矩方向是相反的，要克服這種由有功負載而產(chǎn)生的阻力矩，保持轉(zhuǎn)速不變就必需加大原動機的出力，維持轉(zhuǎn)速（頻率）不變，這任務是由調(diào)速器來完成的，它必須根據(jù)負荷的變化不斷地調(diào)整原動機的出力，實現(xiàn)頻率恒定。 如發(fā)電機并網(wǎng)運行，因電網(wǎng)容量是很大很大的，單憑一臺機的出力是不足以把整個電網(wǎng)的頻率提上去的，因此在發(fā)電機并網(wǎng)運行時，加大原動機的出力實際上是在電網(wǎng)中多承擔一點有功，表現(xiàn)出來的是定子電流（有功分量）增加，功率因數(shù)提高

9、(趨向于1)。 第14頁/共52頁3發(fā)電機的無功功率和電樞反映： 發(fā)電機電壓的建立除了轉(zhuǎn)子在定子線圈里轉(zhuǎn)動，主要是靠轉(zhuǎn)子的磁場來形成的，前面說過一臺發(fā)電機在轉(zhuǎn)速一定情況下，磁場強度越強（勵磁電流越大），發(fā)電機產(chǎn)生的電壓就越高。對單機運行的獨立系統(tǒng)，調(diào)節(jié)勵磁是可以調(diào)節(jié)這獨立電網(wǎng)電壓的，但如果發(fā)電機是并網(wǎng)運行就有如調(diào)速器加大開度一樣，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也不會升高，只是轉(zhuǎn)化為有功；發(fā)電機并網(wǎng)后增加勵磁電流，因電網(wǎng)的容量很大，我們認為單臺機機端電壓升高是不能把整個電網(wǎng)電壓提上去的，表現(xiàn)出的是無功分量電流的增加，實際上是無功分配。勵磁它本身并不做功的，勵磁電流越大，所發(fā)的無功負荷就越多。第15頁/共52頁現(xiàn)場

10、發(fā)電機照片輔助發(fā)電機第16頁/共52頁第17頁/共52頁主發(fā)電機第18頁/共52頁第19頁/共52頁第20頁/共52頁發(fā)動機電控系統(tǒng)1.電液執(zhí)行器電液執(zhí)行器柴油機調(diào)速系統(tǒng)中最常見一種執(zhí)行機構，其基本原理為：外加一直流電流到執(zhí)行器內(nèi)的盤式電機上，盤式電機能根據(jù)電流的大小轉(zhuǎn)動相應的角度，并拉動與之相連的連桿動作，去調(diào)節(jié)系統(tǒng)噴油。當無電流輸入時，連桿在彈簧的作用下自動復位。第21頁/共52頁2.數(shù)字控制器當對于近年的電控噴油式柴油機如CAT3512B，就沒有執(zhí)行器，取而代之的是ECM數(shù)字式速度控制器，其噴油時間及大小是靠ECM電子控制器控制。第22頁/共52頁電控模塊電控模塊傳感器傳感器噴油器噴油器

11、第23頁/共52頁第24頁/共52頁鉆機配套發(fā)電機及其控制系統(tǒng)組成第25頁/共52頁第26頁/共52頁第27頁/共52頁發(fā)電機控制系統(tǒng)介紹第28頁/共52頁發(fā)電機控制系統(tǒng)介紹發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)主發(fā)電機及輔助發(fā)電機DECS-100：勵磁，電壓控制2301A、2301D：轉(zhuǎn)速控制SPM-D11：并車調(diào)節(jié)，保護控制，數(shù)據(jù)顯示電力采集儀與信號轉(zhuǎn)換儀：與PLC通訊，實現(xiàn)發(fā)電機數(shù)據(jù)采集S7-200：斷路器控制，狀態(tài)指示UPS、蓄電池：發(fā)電前提供電源第29頁/共52頁發(fā)電機控制系統(tǒng)介紹第30頁/共52頁發(fā)電機控制系統(tǒng)介紹第31頁/共52頁第32頁/共52頁第33頁/共52頁第34頁/共52頁3.速度調(diào)節(jié)器速度

12、調(diào)節(jié)器需要與發(fā)電機執(zhí)行器相匹配。對于使用數(shù)字式執(zhí)行器的機組，CAT3512B系列柴油機，由于采用的是電控噴油調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其噴油時間及大小是靠ECM電子控制器控制，而ECM需要的是一個占空比可調(diào)節(jié)的脈寬信號（PWM信號），所以需要增加一個信號轉(zhuǎn)換器。第35頁/共52頁第36頁/共52頁4.控制原理發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)一般采用速度調(diào)節(jié)器對柴油機執(zhí)行器進行控制，從而對柴油機機械式噴油泵進行調(diào)節(jié)，以此控制進油量的大小。2301A啟動過程:當檢測到執(zhí)行器速度傳感器采集飛輪上齒數(shù)脈沖到速度傳感器，把該頻率值轉(zhuǎn)化為一與速度成正比的電壓值。在跟給定電壓做比較后放大輸出到執(zhí)行器控制柴油機。第37頁/共52頁 發(fā)電機勵磁

13、系統(tǒng)1.概述現(xiàn)在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)普遍采用自動電壓調(diào)節(jié)器進行控制的無刷勵磁。根據(jù)起勵方式的不同分為以下兩種方式：第38頁/共52頁2.采用輔助勵磁機（PMG）起勵采用輔助勵磁發(fā)電機的系統(tǒng)，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上多了一臺輔助勵磁機。輔助勵磁機是一個永磁式中頻發(fā)電機，其永磁部分畫在旋轉(zhuǎn)部分的虛線框內(nèi)。當發(fā)電機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速下時，輔助勵磁能產(chǎn)生一個恒定的電源，為電壓調(diào)節(jié)器提供電源，所以不存在起勵的問題。常用柴油機：日本三菱系列發(fā)電機組第39頁/共52頁3.剩磁起勵發(fā)電剩磁起勵系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器電源來自于連接于發(fā)電機出線上的電源變壓器。當需要發(fā)電時，電壓調(diào)節(jié)電源只能由發(fā)電機剩磁發(fā)出的電來提供。這就要求電壓調(diào)節(jié)的起

14、勵工作電壓很低。我們用的DECS-100電壓調(diào)節(jié)器起勵電壓為6VAC。常用柴油機：CAT系列、濟柴發(fā)電機組（汾西發(fā)電機）第40頁/共52頁主勵磁機與一般的同步發(fā)電機的工作原理基本相同，只是電樞是旋轉(zhuǎn)的。其發(fā)出的三相交流電經(jīng)過二極管整流后，直接送到發(fā)電機的轉(zhuǎn)子回路作勵磁電源，因為勵磁機的電樞與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。無刷勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點是：取消了滑環(huán)和碳刷等轉(zhuǎn)動接觸部分。缺點是：在監(jiān)視與維修上有其不方便之處。轉(zhuǎn)子回路的電壓電流都不能直接進行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，二極管的運行狀況，接線是否開脫都不便監(jiān)視，因而在運行維護上

15、不太方便第41頁/共52頁4.電壓調(diào)節(jié)的特性在單車運行時，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流大小，實際上就是調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓。在發(fā)電機并網(wǎng)運行后，調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流大小，發(fā)電機電壓要受電網(wǎng)上其他發(fā)電機影響，此時勵磁電流會影響發(fā)電機組間無功電流的分配。拐點：低頻率拐點設置決定了在低頻時何時開始降壓。壓頻曲線：壓頻曲線決定了在拐點以下電壓的下降率。第42頁/共52頁5.無功控制系統(tǒng)無功的分配是靠各電壓調(diào)節(jié)器DROOP電壓降落曲線實現(xiàn)的。DROOP為在額定負載時電壓降落的百分數(shù)。若機組初始電壓一致，DROOP一致，那么帶相同負載時，機組間電壓相等，無功功率也相等。DROOP值越大，系統(tǒng)對無功分配的變化越敏感。第43

16、頁/共52頁一，調(diào)試前的準備一，調(diào)試前的準備1、檢查線路用1000V絕緣表檢測發(fā)電機每相對地絕緣，并檢查發(fā)電機進線主電纜相序及有無短接、混接；用萬用表檢測發(fā)電機控制電纜的正確性（將執(zhí)行器、測速傳感器、勵磁與發(fā)電機控制柜的電纜斷開，檢測信號線間電阻），檢查測速及執(zhí)行器屏蔽電纜是否接好。具體參考值為：執(zhí)行器32歐姆、測速傳感器90歐姆、勵磁串聯(lián)12歐姆、勵磁并聯(lián)4歐姆；在不通電的情況下用蓄電池24V電源測試控制回路，把發(fā)電機控制開關打到相關控制位置時相應的繼電器應該正確動作。 用萬用表檢測測量變壓器、電源變壓器、勵磁變壓器初級和次級繞組間的阻值，檢查測量變壓器到速度調(diào)節(jié)器（如2301A）、電壓調(diào)節(jié)

17、器（DECS-100）及同期檢測回路的相序 。檢測方法：用萬用表電阻檔測量發(fā)電柜三相變壓器a端子到2301A電壓檢測端子a和MFR13電壓檢測端子a，阻值應該為0，測量b端子和c端子時也應該為0。 番茄花園1明確繼電器功能動作第44頁/共52頁二、各模塊參數(shù)的設置二、各模塊參數(shù)的設置1，速度調(diào)節(jié)器設置對于2301A速度調(diào)節(jié)器，在起車之前必須手動預設置柴油機轉(zhuǎn)速，防止起車后轉(zhuǎn)速過高發(fā)生危險。具體設置是用小螺絲刀調(diào)節(jié)2301A模塊上的參數(shù)設置旋鈕。對于2301D速度調(diào)節(jié)器，在正式起車之前也需要修改并下載參數(shù)。2，SPM-D11參數(shù)設置3，DECS-100參數(shù)下載4，S7-200程序下載第45頁/共

18、52頁序號調(diào)節(jié)內(nèi)容和方法1短接2301控制板上輔助調(diào)節(jié)端子，把控制旋旋鈕打到IDLE，啟動柴油機2把控制旋鈕打到RATED，順時針調(diào)節(jié)上的RATED SPEED旋鈕到柴油機額定轉(zhuǎn)速1500rpm（60Hz系統(tǒng)為1200rpm）3把控制旋鈕打到IDLE，逆時針調(diào)節(jié)上的LOW IDLE SPEED旋鈕到柴油機怠速1000rpm（60Hz系統(tǒng)為850rpm）三，發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（只針對三，發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（只針對2301A2301A模塊）模塊）對于2301A模塊，需要手動調(diào)節(jié)柴油機怠速和額定轉(zhuǎn)速。具體步驟如下：第46頁/共52頁序號調(diào)節(jié)內(nèi)容和方法1把控制旋鈕打到RATED后， 待發(fā)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，測量發(fā)電機剩磁發(fā)出的電壓是否正常（大概30V左右），是否與SPM-D11上顯示的電壓相近2把控制旋鈕打到RUN位置，電壓緩慢建立3檢查發(fā)電機發(fā)出電壓是否為600V，50Hz（60Hz）四，使發(fā)電機進入發(fā)電狀態(tài)。四，使發(fā)電機進入發(fā)電狀態(tài)。1，對于DECS-100電壓調(diào)節(jié)器，下載參數(shù)后無需進行其他設置，具體操作步驟如下：第47頁/共52頁四、合閘與并車 將選擇旋鈕打在負載位置，SPM-D11會自動進行同期調(diào)節(jié)，當檢測到同步后發(fā)出合閘信號，由S7-200控制斷路器合閘。觀察儀表上發(fā)電機電壓，電流，頻率，功率是否正常（不帶負載）。用萬用表測量實際相電壓及對地電壓是否正常。第48頁/共52頁五，并車帶載及