轴带发电机系统

1、电源技术电子教案应用案例应用案例 -轴带发电机轴带发电机第1章第2页一、一、 概述概述1，船舶供电及用电设备的节能途径船舶电站的节能船舶电站的节能 提高主机废气热的回收率 废气透平发电机系统（T/G系统） 发电机以重油代替柴油，降低燃油费用 轴带发电机系统（S/G系统）轻柴油的价格约为重油的一倍第1章第3页用电设备的节能用电设备的节能改变拖动方案改恒速电力拖动为（变频）调速拖动减小额外损耗提高电动机的效率MM恒速拖动变频拖动第1章第4页2，轴带发电机系统的类型轴带发电机由主轴驱动，其发电机的输出频率、电压随主机转速变化，恒频恒压恒频恒压是轴带发电机的关键问题无频率补偿型系统：无频率补偿型系统：

2、只能在转速不超过频率变化允许范围时才使用第1章第5页概述概述变距螺旋桨变距螺旋桨+轴带发电机装置轴带发电机装置 CPP+S/G主机转速维持不变，航行中靠改变螺距以改变推力。轴带发电机转速不变，恒频输出。定距桨定距桨+定速装置定速装置+轴带发电机轴带发电机FPP+CS+S/G定距桨定距桨+轴带发电机轴带发电机+恒频装置恒频装置FPP+S/G+CF轴带异步发电机系统轴带异步发电机系统AG第1章第6页二、船舶轴带发电机系统二、船舶轴带发电机系统1，系统结构（，系统结构（西门子西门子）组成：轴带发电机：三相无刷他励同步发电机晶闸管变流器：包括主电路的整流器、逆变器，励磁电路的整流器同步补偿机：三相无刷

3、他励同步电机交流电抗器控制器第1章第7页2，轴带发电机系统变流主电路轴带发电机系统变流主电路主电路中的可控整流装置主电路中的可控整流装置采用三相桥式全控晶闸管整流因为n是变化的,所以发电机输出电压ug的电压大小和频率也是变化的GnIdUdUdIf整流逆变ug第1章第8页整流输出电压的调节整流输出电压的调节: , 改变发电机的励磁电流, 以改变发电机输出电压大小可使晶闸管控制角限制到小限度, 保持最佳功率因数和效率, 节省发电机容量(西门子和富士的专利) , 改变晶闸管控制角第1章第9页触发电路的锯齿波斜率的校正触发电路的锯齿波斜率的校正:轴带发电机产生的三相交流电的频率变化很大(100%-40

4、%), 即变流装置的交流电压频率变化大 对使用“电容式”锯齿波电压发生器的触发电路, 频率变化会引起控制角的变化. 轴带发电机装置中, 主电路的整流器、逆变器和励磁用整流器的控制系统中均增设了一个随电源频率变化而自动改变锯齿波斜率的校正环节第1章第10页主电路中的晶闸管逆变装置主电路中的晶闸管逆变装置采用三相桥式全控晶闸管逆变电路虽然船舶电网的频率随负载变化而波动(稳定需要), 但逆变器只控制逆变角,不改变频率(频率由SC控制) 属于有源逆变第1章第11页3，同步补偿机同步补偿机SC的的作用作用 供给晶闸管逆变器和全船用电设备所需的无功功率 同步补偿器及其自动调压器自动维持电网电压恒定SC电压

5、的变动是由无功负荷引起的,通过AVR调整励磁, 以调整电压,满足无功负荷的需要.IdUd逆变汇流排PQSCAVR第1章第12页 限制谐波电流, 改善电压波形逆变器输出的电流波形有很大谐波, 同步补偿机和交流电抗器共同起了交流滤波交流滤波的作用 供给持续短路电流电力系统发生短路故障时,需要进行“选择性切断”, 发电装置应具有提供足够大短路电流的能力.iouoLSC第1章第13页 具有频率检测和调整的功能 正常运行时,变流装置提供负载有功功率,同步补偿机同步旋转,转子储存动能.负载的负荷变化时,同步补偿机临时临时补充负荷变化:负荷增加时,SC输出动能,n 减小,电网f 减小负荷减小时,SC增加动能

6、,n 增大,电网f 增大 根据电网f 的变化,轴带发电机控制系统调整变流装置的功率输出,以平衡负载的负荷变化第1章第14页4，轴带发电机系统功率输出特性轴带发电机系统功率输出特性西门子轴发装置西门子轴发装置功率输出特性功率输出特性:转速%输出功率%4010075501000第1章第15页变流装置的输出功率变流装置的输出功率:直流中间环节:GnIdUdUdIf整流逆变RUUIddd直流电流:逆变器输(入)出功率:ddIUPP第1章第16页 输出功率的两类控制规律输出功率的两类控制规律: 自动调节主整流器控制角a的控制系统 n=75-100%nN时, b保持恒定,调节a, 改变Ud, Id恒定,

7、输出功率恒定 n=45-75%nN时, a已达极限值, 保持恒定, 调节b, 使b随n的减小而增加, 改变Ud, 输出功率线性下降GnIdUdUdIf整流逆变ab bUg第1章第17页 自动调节励磁整流器控制角af的控制系统 n=75-100%nN时, b恒定,调节af, 改变Ud 使输出功率恒定. a保持极小值,便于故障时封锁脉冲. n=45-75%nN时, af ,a已达极限值, 调节b,使b随n的减小而增加, 改变Ud, 输出功率线性下降GnIdUdUdIf整流逆变ab bafUg第1章第18页5，轴带发电机系统的频率特性轴带发电机系统的频率特性如果要求轴带发电机能够与辅柴油发电机长时间

8、并联运行，那么，为了电力系统的稳定，两者的频率特性必须一致。 辅柴油机的转速调整特性辅柴油机的转速调整特性Pnon0负载的变化引起转速的变化，由调速器维持稳定第1章第19页 辅柴油发电机的频率特性和并联负荷分配辅柴油发电机的频率特性和并联负荷分配Pfof0P1P212Pf0P1P2轴带发电机系统依靠同步补偿机和控制环节实现频率控制第1章第20页轴带发电机控制系统轴带发电机控制系统轴带发电机控制系统的轴带发电机控制系统的结构结构控制系统的主要任务是保证船舶电网的恒频、恒压 恒压 由同步补偿机的电压自动调整器进行调节 恒频 由变流装置控制系统调节输出功率调节西门子轴带发电机系统通过调节发电机励磁电

9、流控制输出功率三、基于基于PWM有源逆变技术有源逆变技术的轴带发电机系统的轴带发电机系统第1章第22页解决方案第1章第23页PWM有源逆变原理逆变器单相等效电路图 第1章第24页第1章第25页控制系统结构图轴带发电机系统的电压调节器和频率调节器AFR2/3VR-1UMP*Q*检测AVRf*U*UTLPWM有源逆变的有功和无功的解耦控制The ENDThe END第1章第27页T/G系统G透平G柴油机主机主机废气锅炉汇流排返回第1章第28页S/G系统G柴油机主机主机汇流排S/G主轴返回第1章第29页CPP+S/G系统G柴油机主机主机汇流排S/G主轴返回第1章第30页FPP+CS+S/G系统G柴油机主机主机汇流排S/G主轴CS返回第1章第31页FPP+S/G+CF系统G柴油机主机主机汇流排S/G主轴ffCF返回第1章第32页DG并网运行AVRG2柴油机AFR调速UfAVRG1柴油机AFR调速Uf负载汇流排返回第1章第33页SG并网运行AVRG1柴油机AFR调速Uf负载汇流排SCAVRUS/GffAFR返回第1章第34页轴带异步发电机系统主机主机G柴油机汇流排AG主轴ff差频励磁返回轴带轴带发电机系统结构发电机系统结构G柴油机汇流排If主机主