14.3船舶電氣管理人員的安全職責

1、14.3 晶閘管自勵恒壓勵磁系統(tǒng) 晶閘管自勵恒壓裝置原理，如圖14-16所示。返回晶閘管自勵恒壓裝置原理主要由測量移相比較環(huán)節(jié), 觸發(fā)控制環(huán)節(jié)及勵磁主回路三大環(huán)節(jié)組成。 1. 測量比較環(huán)節(jié)測量比較環(huán)節(jié)中包括測量濾波及比較兩個回路，其作用是采樣發(fā)電機電壓并經(jīng)整流器變換為直流電壓，與給定的基準電壓值相比較，得出偏差信號，該偏差信號經(jīng)放大后去控制發(fā)電機的勵磁。所以，測量比較環(huán)節(jié)的性能, 直接影響勵磁系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。通常要求測量比較電路具有較好的穩(wěn)定性、線性度，足夠的靈敏度，以及優(yōu)良的動態(tài)性能。1該系統(tǒng)測量回路主要由測量變壓器TC, 和整流濾波電路VD組成. 測量回路通常采用單相全波橋式整流、三

2、相全波橋式整流、六相全波橋式整流，整流相數(shù)越多，則輸出電壓越平穩(wěn)。圖14-17為單相全波橋式整流、三相全波橋式整流、六相全波橋式整流電路圖。為了得到平穩(wěn)的直流電壓需要濾波電路，濾波電路通常有T型濾波、雙T型濾波和橋式濾波等幾種。（1）測量回路 2比較電路大多采用橋式比較電路, 其作用是把測量整流電路輸出的電壓與基準電壓相比較，得到一個反映發(fā)電機電壓偏差的直流電壓信號。由于穩(wěn)壓管具有恒壓特性，它常被用作比較電路的基準電壓元件。圖14-18為雙穩(wěn)壓管橋式比較電路及特性。（2）比較電路 比較電路的特性：先正反饋，后負反饋。1)正反饋是指輸出電壓隨輸入電壓的增大而增大。 該特性是發(fā)電機自勵起壓過程。2

3、）負反饋是指輸出電壓隨輸入電壓的增大而減少。 該特性是使發(fā)電機輸出電壓保持恒定的作用。3 穩(wěn)壓二極管是一個特殊的面接觸型的半導(dǎo)體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當電阻配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。 4（1）移相觸發(fā)環(huán)節(jié) 觸發(fā)控制回路, 主要由移相及脈沖形成電路組成。根據(jù)比較電路輸出的偏差電壓UK的大小和極性，移相電路對晶閘管發(fā)出相應(yīng)控制觸發(fā)角的脈沖，調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角。由于三相橋式可控整流器能隨電壓偏差而輸出相應(yīng)的勵磁電流，使電壓保持恒定，所以具有良好的靜態(tài)電壓調(diào)整特性。 （2）勵磁主電路 勵磁裝置中的可

4、控整流電路與一般的可控整流電路相同，如圖14-19所示有單相半波、單相橋式、三相橋式可控整流電路等幾種。 2. 移相觸發(fā)環(huán)節(jié)及勵磁主回路56 14.4 可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng) 返回 前述的相復(fù)勵裝置, 雖然具有動態(tài)性能好, 強勵能力強等特點，但其調(diào)壓精度不高。調(diào)壓特性的線性度差。為此在按進行不可控相復(fù)勵調(diào)壓的基礎(chǔ)上，又加上了一個按 進行微調(diào)的自動電壓調(diào)節(jié)器AVR（Automatic Voltage Regulator）。這就是所謂可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng)，其原理圖如圖 14-20所示。 可控相復(fù)勵恒壓原理是:采用相復(fù)勵作為基本勵磁電流 ， 通過 “ 晶閘管 ” 等控制器 （ AVR ），

5、 控制勵磁電流的 “ 微調(diào) ”， 從而實現(xiàn) “ 高精度的 ” 恒壓控制 。 7可控相復(fù)勵自勵恒壓裝置，采用在電磁迭加相復(fù)勵裝置的三繞組變壓器中加一個直流磁化繞組的方法。自動電壓調(diào)節(jié)器AVR通過改變直流磁化繞組中的電流來改變變壓器鐵芯的磁化程度，從而控制相復(fù)勵變壓器的各交流勵磁線圈的電抗，以控制相復(fù)勵變壓器的輸出電流，如圖14-21所示。一、可控相復(fù)勵變壓器式可控相復(fù)勵裝置 直流磁化繞組:直流電流可改變磁路磁導(dǎo)率，使交流繞組電抗改變，從而改變相復(fù)勵變壓器輸出電流。（磁放大器原理）8二、可控移相電抗器式可控相復(fù)勵裝置 可控移相電抗器式調(diào)壓器原理圖如圖14-22所示。這種裝置的基本勵磁裝置為電流相加

6、的相復(fù)勵裝置，不同的是移相電抗器用飽和電抗器取代固定電抗器。AVR按電壓偏差輸出相應(yīng)的直流來控制飽和電抗器的飽和程度，以調(diào)節(jié)相復(fù)勵裝置交流側(cè)電流, 從而消除電壓的偏差。9圖14-23所示為可控電抗器分流的調(diào)壓器的單相原理圖。它在整流器的交流側(cè)并聯(lián)一個三相飽和電抗器，進行交流側(cè)的分流控制。當出現(xiàn)電壓偏差時，AVR的電流IT控制飽和電抗器的飽和程度，從而改變分流，以達到調(diào)壓的目的。 返回三、可控電抗器分流的調(diào)壓器10圖14-24所示為交流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器單線原理圖。晶閘管并聯(lián)在相復(fù)勵裝置的交流側(cè)實現(xiàn)交流側(cè)的分流。當電壓出現(xiàn)偏差時，AVR輸出與電壓偏差相應(yīng)的觸發(fā)電流, 改變晶閘管的導(dǎo)通角進行分流

7、。通常在晶閘管電路中串聯(lián)一適當?shù)淖杩?，以限制晶閘管導(dǎo)通時的分流電流,。與飽和電抗器交流側(cè)分流的電路相比, 晶閘管分流是斷續(xù)的, 而飽和電抗器交流側(cè)分流是連續(xù)的。返回四、交流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器11直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器單線原理圖如圖14-25所示。它與交流側(cè)晶閘管分流的可控相復(fù)勵裝置不同的是晶閘管并聯(lián)在直流側(cè)，工作原理大致相同。返回五、直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓器 1214.5 無刷發(fā)電機勵磁系統(tǒng) 同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁電流，是通過電刷和滑環(huán)引進 發(fā)電機勵磁繞組。由于電刷的磨損，增加了維護和保 養(yǎng)工作，磨損產(chǎn)生的碳粉又會導(dǎo)致發(fā)電機絕緣下降， 產(chǎn)生的電火花不僅會影響無線電通訊，在油輪上使用 極為危險

8、。為從根本上解決這一問題，采用了具有同 軸交流勵磁機和旋轉(zhuǎn)硅整流器的無刷同步發(fā)電機。 圖14-26為無刷同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)返回13 勵磁機(EX)：兩個勵磁繞組，主磁通為這兩個繞組共同產(chǎn)生。 基本勵磁：電流疊加相復(fù)勵（勵磁繞組F1），輔助勵磁通過AVR提供（勵磁繞組F2）。單線原理圖可控復(fù)勵恒壓原理141514.6 船舶同步發(fā)電機組間無功功率自動分配 當兩臺并聯(lián)運行發(fā)電機的電壓不相等, 而頻率、 相位相等時, 則在兩機組之間將產(chǎn)生一個無功性質(zhì)的環(huán)流, 其結(jié)果將使電壓較高的發(fā)電機輸出無功功率增大, 而電壓較低的發(fā)電機輸出的無功功率減少（發(fā)電機負載電流功率因數(shù)低的, 無功功率大；功率因數(shù)高的, 則

9、無功功率?。Ｓ纱丝梢? 當同步發(fā)電機并聯(lián)運行時, 通過改變發(fā)電機的勵磁電流來調(diào)節(jié)其電勢, 即能調(diào)整無功輸出、實現(xiàn)無功功率轉(zhuǎn)移。 通常同步發(fā)電機都配有自勵恒壓裝置來自動調(diào)整發(fā)電機的電壓， 因此同步發(fā)電機有一定的電壓調(diào)整規(guī)律，也稱電壓調(diào)整特性。 圖14-27為電壓調(diào)整曲線（電機端電壓UG隨無功電流IQ變化的規(guī)律） 圖14-28為并聯(lián)運行無功功率分配返回16無功分配不均危害：銅損增加、效率下降、并聯(lián)穩(wěn)定性下降（一臺易過載保護，從而都跳閘）。 規(guī)范規(guī)定：當負載在總額定功率20100%范圍變化時，應(yīng)能穩(wěn)定運行。功率分配誤差應(yīng)符合：實際承擔無功功率與按額定功率分配比例的計算值之差，應(yīng)不超過最大發(fā)電機額定

10、無功的10%。17 是指發(fā)電機端電壓UG隨無功負載電流IQ變化的規(guī)律。通常用UG=f(IQ)的曲線表示。電壓調(diào)整特性又稱發(fā)電機無功負荷外特性. 電壓調(diào)整特性的性能用調(diào)差系數(shù)KQ來衡量。KQ的含義：是當無功電流由零增至它的額定值IQN=INsin時，發(fā)電機電壓產(chǎn)生的相對變化量. 同步發(fā)電機的電壓調(diào)整特性18無差特性有差特性穩(wěn)定要求：調(diào)壓特性都為有差特性，且兩特性應(yīng)盡量一致。特性不一致，無功功率分配不均；若為無差特性或上翹特性則不均且不穩(wěn)定。一、無功功率分配的基本原理調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流達到無功功率的調(diào)節(jié)。為了維持電網(wǎng)電壓不變，應(yīng)該兩臺同時反方向調(diào)節(jié)。分配與調(diào)壓器特性有關(guān)。調(diào)壓特性：無差

11、特性和有差特性。19 圖14-29是直流均壓連接線路圖。直流均壓連接法又稱轉(zhuǎn)子均壓連接法。它只適用于同容量同型號發(fā)電機的并聯(lián)運行。它是將并聯(lián)運行發(fā)電機的勵磁繞組用兩根均壓線并聯(lián)起來。均壓線的接通和斷開與發(fā)電機主開關(guān)相互連鎖。圖中KA1和KA2為均壓線連接接觸器，分別由主開關(guān)常開副觸頭控制。有了直流均壓線后，就能使勵磁電流隨無功負載的變化而相應(yīng)變化，以保證無功負載分配均勻。例如：當一臺發(fā)電機勵磁電流大于另一臺的勵磁電流時，均壓線上產(chǎn)生均衡電流，均衡電流是從勵磁電流較大的發(fā)電機流向勵磁電流較小的發(fā)電機，使前者勵磁電流減少，后者勵磁電流增加，直至兩臺發(fā)電機勵磁電流接近相等時為止。圖14-29中也有的

12、加入電阻R0，其作用是減小并車時產(chǎn)生的沖擊電流。1直流均壓線20對容量不同的同步發(fā)電機并聯(lián)運行, 可采用交流均壓線, 如圖14-30所示。圖中，兩臺發(fā)電機調(diào)壓裝置的移相電抗器通過均壓線并聯(lián),該連接處在三相整流器之前的交流側(cè)。當兩臺發(fā)電機電勢不相等時, 通過交流均壓線的聯(lián)接可使發(fā)電機輸出電壓均衡, 以保持無功功率均勻分配。2交流均壓線21在按電壓偏差進行調(diào)壓的勵磁系統(tǒng)中，調(diào)差系數(shù)KC一般是很小的，甚至幾乎接近是無差的。這樣，在發(fā)電機并聯(lián)運行時，就會使無功功率的分配不穩(wěn)定。為了使調(diào)壓特性曲線為具有足夠傾斜度的有差調(diào)整特性，且KC相同，穩(wěn)定平均的分配無功功率，所以在調(diào)壓器上加裝了可以改變調(diào)差系數(shù)的裝

13、置，因其作用就是利用電流信號，通過調(diào)壓器作用，以使無功電流的分配穩(wěn)定，故稱做電流穩(wěn)定裝置。圖14-31是電流穩(wěn)定裝置原理圖。圖14-32是某船兩臺發(fā)電機無功分配連接圖。3、電流穩(wěn)定裝置22判斷兩機之間的無功功率分配是否均勻，可以采用以下兩種方法：（1）機組并聯(lián)運行，兩臺發(fā)電機功率表（有功）指示基本相同而電流表指示相差太大時，說明無功分配裝置存在故障；（2）機組并聯(lián)運行，兩臺發(fā)電機功率表（有功）指示基本相同而功率因數(shù)表(cos表)指示相差較大時, 說明無功分配裝置存在故障。在發(fā)電機并聯(lián)運行時，其無功功率的分配是由自動電壓調(diào)整器來自動完成的。但是如果電器元件出現(xiàn)故障，也會使無功分配裝置出現(xiàn)故障。2

14、3下面以均壓線連接為例來分析故障排除的方法，重點檢查均壓接觸器：（1）檢查接觸器是否通電動作，檢查線圈本身、發(fā)電機主開關(guān)常開輔觸點、熔斷器、導(dǎo)線及相應(yīng)接線柱等，或修復(fù)或更新；（2）檢查接觸器觸點是否可靠閉合，或打磨修理或更新。如果觸頭接觸不良，會使均壓線斷路，并車時不易并上，即使空氣開關(guān)能合閘，發(fā)電機也不能穩(wěn)定地并聯(lián)運行，兩臺發(fā)電機的電流可能同時急劇上升，直至發(fā)電機的主開關(guān)保護動作而跳閘。24返回圖14-16 晶閘管自勵恒壓裝置原理圖25返回圖14-17 單相全波橋式整流、三相全波橋式整流、六相全波橋式整流電路圖26返回(a) 直流測量電橋比較電路 (b)特性輸出圖14-18 雙穩(wěn)壓管橋式比較

15、電路及特性正反饋-發(fā)電機自勵起壓過程負反饋-使發(fā)電機輸出電壓保持恒定的作用。27返回(a) 單相全波半控(b)三相半波半控(c)三相全波半控圖14-19 勵磁系統(tǒng)主回路 28返回圖14-20可控相復(fù)勵自勵恒壓勵磁系統(tǒng)原理圖 #相復(fù)勵裝置作用是實現(xiàn)自勵起壓，負責動態(tài)電壓調(diào)整; #電壓調(diào)節(jié)器AVR作用是負責靜態(tài)電壓調(diào)整。29返回圖14-21 相復(fù)勵變壓器式可控相復(fù)勵裝置 直流磁化繞組:直流電流可改變磁路磁導(dǎo)率，使交流繞組電抗改變，從而改變相復(fù)勵變壓器輸出電流。（磁放大器原理）30返回圖14-22 可控移相電抗器式可控相復(fù)勵裝置31返回圖14-23 可控電抗器分流的調(diào)壓器32返回圖14-24 交流側(cè)

16、晶閘管分流的調(diào)壓器33返回圖14-25 直流側(cè)晶閘管分流的調(diào)壓34返回圖14-26 無刷同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)35返回圖14-27 電壓調(diào)整特性曲線 圖14-28 并聯(lián)運行無功功率分配36返回圖14-29 直流均壓連接線路圖37返回圖14-30 交流均壓線接法38返回圖14-31 電流穩(wěn)定裝置原理圖39返回14-32 實船兩臺發(fā)電機無功分配連接圖40 晶閘管（Silicon Controlled Rectifier 簡稱SCR）是起到了弱電控制與強電輸出之間的橋梁作用。其中：A陽極，K陰極，G控制極。41二、晶閘管的工作原理 實驗電路如圖（a）所示，主電路加上交流電壓u2，控制極電路接入Eg，在t

17、1 瞬間合上開關(guān)S，在t4 瞬間拉開開關(guān)S，則u2、ug和電阻上RL的電壓ud的波形關(guān)系如圖（b）所示。 （1）在0t1之間: 開關(guān)S未合上，ug=0，盡管uAK0，但ud=0，即晶閘管未導(dǎo)通； （2）在t1t2之間: uAK0 ，由于開關(guān)S合上，使ug0，而 ， 即晶閘管導(dǎo)通； （3）在 t2t3 之間， uAK0，但 ud=0，即晶閘管關(guān)斷； （4）在 t3t4 之間， uAK0，這時ug0 ,而 ，所以，晶閘管又導(dǎo)通； （5）當 t=t4 時， ug=0 ，但uAK0 ， ，即晶閘管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)； （6）當 t=t5 時， uAK=0 ， ug=0 ，而ud=0，即晶閘管關(guān)斷，晶閘管處

18、于阻斷狀態(tài)。 42 綜上所述可得出以下結(jié)論： （1）起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力； （2）晶閘管的陽極和控制極同時正向電壓時晶閘管才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須同時具備的兩個條件； （3）在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽極正向電壓降低到一定值（或斷開，或反向）。 晶閘管的PN結(jié)可通過幾十安幾千安的電流，因此，它是一種大功率的半導(dǎo)體器件，由于晶閘管導(dǎo)通時，相當于兩只三極管飽和導(dǎo)通，因此，陽極與陰極間的管壓降為1V左右，而電源電壓幾乎全部分配在負載電阻上。43三、晶閘管的伏安特性 晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性。 44正向( uAK 0 ) 正向阻