船舶电气设备及系统同步发电机的并车运行课件

船舶电气设备及系统2023/10/1课件本章重点讨论了同步发电机机准同步并车的四大条件：相序相同、电压相等、频率相等、相位相同。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件§13.1

并车的条件及分析并联运行的条件为：待并发电机的电压与电网(或运行机)电压的相 序一致；待并发电机的电压与电网电压的有效值相同;(U2=U1)待并发电机的电压频率与电网电压的频率相 同;(f2=f1)待并发电机的电压相位(或初相位)与电网电压 的相位一致。(δ2=δ1)轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件实际接线图单相等效电路图并车瞬间发动机等值电抗两台发电机并联运行下面将对三种条件逐一分析轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件1)

频率和初相位相同，电压有效值不相同假设电网电压低于待并发电机电压，即U1＜U2。在这种情况下投入G2时，主开关DW2两端存在电压差ΔU。环流IPH滞后U2对G2去磁效应，环流IPH超前U1对G1增磁效应，最终使两机并联运行于同一电压。频率和初相位相同,电压有效值不相同轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件两台发电机的电压不等所产生的无功性质环流，对两台发动机起均压作用，因此，IPH称为平衡电流，由于发电机并车瞬间呈现出的等值

电抗很小，因此在电压差较大情况下进行并车，合闸瞬间会差生很大的冲击电流。并车操作时两台发电机组之间的电压差不能超过额定电压的10％。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件2)

频率和电压相同，相位不相同假设待并发电机电

压U1的相位超前于电网

电压U2的角度为δ。两发电机间仍存在电压差ΔU。合闸后在两机组之间产

生环流。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件2号机，输出有功功率，对原动机为阻力矩，减速。1号机，吸收有功功率，对原动机驱动力矩，加速。自整步力矩拉入同步。去磁效应一致，电压仍相等并车时要求相位差一般应在±15°之内。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件电压和相位相同,频率不相同轮机学院电气及自动化教研室3)

并车时电压和相位相同，但频率不相同合闸瞬间两台发电机电压和相位相同，只是频率不同，如果f2>f1，则将超前δ角。船舶电气设备及系统2023/10/1课件并车时一般要求将两台发电机的频差控制在±0.5Hz之内。若在t=0时合闸，将不会产生环流；在t>0时合闸，将出现相位差，产生环流，若频差不大，最终通过自整步力矩拉入同步。若频差较大，难以拉入同步，且随着相位差的变化，产生较大环流和较大的冲击力矩，对发电机和船舶电力系统均不利。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件§12.2

同步发电机的手动并车并车时检查和调整待并发电机的电压、频率、初相位，在满足并车的条件时合闸，这种方法称为准同步并车。如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并车操作。手动准同步并车通常采用灯光法和整步表法来检测并车条件。13.2.1

同步指示灯法同步指示灯的连接方法分为明暗法和旋转法轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件1)

灯光旋转法f2＞f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为:

L1→L2→L3

→L1f2＜f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为:

L1→L3→L2

→L1合闸时刻:使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调节到

3～5秒旋转一周后，当指示灯L1最暗而L2、L3同样亮时。轮机学院电气及自动化教研室L1L2L3uL1uL2uL3uL船舶电气设备及系统2023/10/1课件合闸时刻：当灯泡3～5秒明暗一次时,约在接近灯暗区间的中心时。轮机学院电气及自动化教研室2) 灯光明暗法(灯光熄灭法

)灯泡明暗的快慢取决于频差的大小,指示灯明暗一次所需的时间TS＝1/Δf称为频差周期。船舶电气设备及系统2023/10/1课件13.2.2

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）电压的频率和相位差大小

及其方向的仪表，又称整

步表。指针旋转一圈所需要的时间为TS＝1/Δf。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件合闸的时刻:

同步表向“快”的方向3～5秒旋转一周，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，间隔时间为30min，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件图13-7轮机学院电气及自动化教研室船舶电站3台发电机同步表接线图船舶电气设备及系统2023/10/1课件电抗器粗同步并车原理轮机学院电气及自动化教研室电流通常被限制在额定电流的1.2～1.4倍。并车的条件为：电压差ΔU<10％Un,频差Δf<（1～1.5）Hz,相位差δ<180°（一般应小于90°）时合闸。船舶电气设备及系统2023/10/1课件§12.3

同步发电机自动并车装置的基本原理13.3.1自动准同步并车原理大部分船舶电站都装有PMS船舶电站功率管理系统（PMS）（Power

Management

System）自动并车不作为一个独立装置，而是PMS的一个单元或一部分。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件自动并车装置应具有以下功能：检测待并发电机电压与电网电压之间的频差和频 差符号，并根据频差的大小和符号，向待并发电 机发出相应的自动整步的加速或减速信号；检测频差、相位差和电压差，当满足允许合闸条 件时，适时地发出合闸指令。自动并车装置通常可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件轮机学院电气及自动化教研室1)频差脉动电压与相位检测原理船舶电气设备及系统2023/10/1课件频差大频差小频差更小滤波后为正选脉动电压：波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的点即为同相点轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件由波形图可见，当δ0为0时，输出电压为0，但这种波形的脉动电压存在如下问题：电压U1≠U2时，US≠0时，采用US=0来判断δ0=0就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客观存在现象。无法从中获得频差方向，从而无法判断待并机频率高于还是低于电网频率。脉动电压与相位差δ的关系是正弦关系，而不是线性关系。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件为了克服正弦脉动电压的缺陷，提出采用三角波频差脉动电压，US与δ的关系成线性关系，并且不受电压差和波形失真的影响。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件(2)频率预调手动并车时，人们借助同步灯或同步表旋转方

向来判断待并机的频率是高于或低于电网频率，从而决定待并机加速或减速、调节频差满足并

车要求并抓取相位差为零的时刻，而自动并车

装置则需要有一个频差符号自动检测和调速控

制电路来取代上述手动操作，称为频率预调。轮机学院电气及自动化教研室检测频差方向通常采用移相法：取电网电压，其中事先移相成为待并机电压

与

和 的脉动电压分别

和 。当待并机频率高于电网频率(即Δf

>0), 到达最大值时间较 提前，而待并机频率低于电网频率(即Δf<0), 到达最大值时间较 提前,利用两个鉴幅器即可检测出频差方向。&鉴幅器&鉴幅器加速减速频率高频率低船舶电气设备及系统2023/10/1课件(3)合闸控制电路合闸控制电路把电压差允许鉴别的条件，频差允许鉴别条件与恒定提前时间(主开关合闸时间)捕获脉冲通过一个合闸与门,送出合闸控制信号，使主开关合闸操作。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件13.3.2

船舶电站自动整步器采用模块式的船舶电站自动整步器的实例轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件船舶应急发电机组《钢质海船建造及入级规范》规定：客船及1000总吨以上的货船在一般情况下均应设有应急电源。

(1)应急电源船舶应急电源可采用应急发电机组和应急蓄电池组。

小应急电源(蓄电池）的容量应能保证连续供电30分钟。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件(2)

应急发电机组一般位于防撞舱壁以后、舱壁甲板以上和机舱以外的艇甲板上。要求带动应急发电机的原动机应具有较好的独立性和机动性。轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2023/10/1课件(3)应急发电机的自动起动控制装置应急发电机必须设有自动起动装置，以保证在主电源不能供电的情况下能自动起动，并自动

合闸向应急电网供电