船舶电气课件

第三章船舶发电与配电系统第一节

三相交流同步发电机第二节

船舶电力系统的基本概念第三节

船舶主配电板第四节

船舶应急电源系统第五节

发电机主开关的基本结构和原理第六节

同步发电机的并联运行船舶电气第一节

三相交流同步发电机

使用交流电制的船舶均采用三相交流同步发电机作为主电源设备。交流同步发电机是一种能量转换装置，它将原动机发出的机械能转换成电能。根据原动机的形式，通常有中速柴油机发电机组，有的也配有转速较高的汽轮机发电机组。集大轮机自动化1.定子电枢构造

定子为电枢的同步电机,定子铁芯是由硅钢片叠成。定子铁芯槽内嵌放的三相对称绕组也是依次相差120º空间电角度或120º/p空间机械角度,其中p为极对数。三相绕组又称电枢绕组,作为电力发电机基本上都采用Y形连接。定子结构由铁芯、绕组以及机座、端盖等附件组成,与异步电机定子基本相同。

2.转子隐极式：转速高（3000r/min、1500r/min）汽轮机

凸极式:转速较低（小于1000r/min）柴油原动机船舶电气

在三相电枢绕组中产生对称的三相正弦空载电动势(即开路相电压)，其瞬时值为eA=EmsinωteB=Emsin(ωt-120°)eC=Emsin(ωt+120°)空载电动势的有效值为E0=4.44fNφ0kW每相空载电动势E0=keΦ0n船舶电气(三)三相交流同步发电机的励磁方式按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型，即自励和他励。设有专用励磁电源的称为他励方式。目前船舶同步发电机都采用自励形式，其直流励磁电流由自身输出的交流电经过整流并调节后获得。为降低滑环和碳刷装置带来的维护保养问题，近年来无刷发电机得到推广和使用。与普通发电机组相比，除具有相同的同步主发电机外，无刷发电机还由中频交流励磁机和旋转整流器组成。船舶电气(四)三相交流同步发电机的铭牌参数1.额定功率PN(W，kW，MW)，指发电机输出的额定有功功率；而船舶发电机常用额定容量SN(VA，kVA，MVA)来表示发电机的输出能力。2.额定电压

UN(V，kV)，指额定运行时发电机输出端的线电压。3.额定电流

IN(A，KA)，指额定运行时定子输出端的线电流。4.额定功率因数

cosφN，指额定运行时电机的功率因数。5.额定频率

fN(Hz)，指电机电枢输出端电能的频率，我国标准工频为50Hz。6.额定转速

nN(r/min)，指额定运行时电机的转速即同步转速。船舶电气7.绝缘等级，指电机的绝缘材料的等级，船用一般为E级以上。8.温升，指电机在额定负载运行时允许最高温升。9.励磁电压

UfN，指额定负载时所加励磁电压。10.励磁电流

IfN，指额定负载时所加励磁电流。二、同步发电机的空载运行及空载特性(一)同步发电机的自励起压船舶电气船舶电气(二)自励起压条件同步发电机自励起压过程是一种正反馈过程，整个过程并无外来输入量。要完成自励起压，必须具备下列条件：(1)发电机必须有足够的剩磁，这是自励的必要条件。新造的发电机无剩磁，长期不运行的发电机剩磁也会消失，这时可用其他直流电源进行充磁，注意直流电源充磁的磁场要与原剩磁一致。(2)要使自励过程构成正反馈，由剩磁电势所产生的电流建立的励磁磁势必须与剩磁方向相同，所以整流装置直流侧的极性与励磁绕组所要求的极性必须一致。(3)适当整定励磁回路阻抗，使励磁特性与空载特性配合恰当，获得空载电压Uo。船舶电气(三)自励起压存在的实际问题及措施对于自励同步发电机，上述自励起压过程只是一种理想状况。实际上，由于自励回路是一个非线性电路，在起压过程中其阻抗是变化的，是由整流二极管的正向导通电阻、碳刷与滑环的接触电阻及励磁绕组的直流电阻所组成的。起压初始阶段因剩磁电压所产生的励磁电流很小，故整流二极管的正向电阻和碳刷与滑环的接触电阻都呈高阻状态；以后随着电压增加，励磁电流增大时，回路呈低阻状态。所以实际励磁在起压时，初始电压不够高，可能无法克服高阻状态，励磁电流不能提高，发电机不能起压。船舶电气采用的方法：(1)提高发电机的剩磁电压。即给励磁回路充磁，当发电机靠本身建压失败时，按下主配电板发电机控制屏上充磁按钮，临时充磁来提高剩磁电压，从而实现起压。(2)降低伏安特性。实际工作中采取措施减少碳刷与滑环的接触电阻，以降低励磁回路电阻，使得剩磁产生的电压能够产生足够的电流以进一步提高电压。(3)利用复励电流帮助起压。在起压时临时短接一下主电路，利用短路产生的复励电流帮助起压；或利用升压变压器来向励磁回路供电起压。采用这两种方法，电压一旦建立应立即切除升压变压器或打开主电路，但操作不容易，实际上很少使用。船舶电气(四)同步发电机的空载运行与空载特性分析若定子绕组输出端开路，即为同步发电机的空载运行。如图3-5中1为同步发电机的空载特性曲线，由于E0

与φ0成正比，而φ0由If励磁产生，这两者之间关系即为磁化曲线，故E0与If之间的空载特性曲线与磁化曲线具有相同的形状。图3-5中Er为剩磁电压(在额定转速下使If=0时所测得的电枢开路电压)。

空载特性曲线不仅反映了发电机空载时输出端电压与励磁电流之间的关系，而且当发电机负载运行时，同样可以通过这一曲线及励磁电流来推算出电枢感应电势的数值。此外，空载特性曲线在研究、分析发电机自励起压的过程中也有着重要作用。空载特性曲线可通过实验方法测出。船舶电气三、同步发电机的负载运行及电枢反应(一)同步发电机的负载运行特点由于电枢感应电动势和电流取决于主磁极的旋转方向，而电枢磁场的旋转方向取决于三相定子绕组中的负载电流的相序，因此电枢磁场不仅与主磁极磁场速度相等，且方向相同，两者相对静止，做同步旋转。同步发电机负载运行时，其旋转磁场实际上是由转子主磁极磁通φ0

和定子电枢磁通φa

合成的结果，即空间上两个磁场矢量叠加，形成一个气隙磁场，合成的磁通φ的磁轴及大小与主磁极磁通φ0

相比都发生一定的变化。这种旋转的电枢磁场对磁极(励磁)主磁场的影响称为电枢反应。船舶电气(二)同步发电机的电枢反应分析由异步电动机工作原理分析可知，三相对称电流所产生的旋转磁场的轴线与电流达到最大值的绕组的轴线是重合的，即电枢磁通φa的相位取决于负载电流的相位，而磁极磁通φ0

的相位又始终超前于空载感应电势90°电角度。因此，当负载性质变化时，即φa与φ0不同时，或φa

与φ0之间的相位差发生变化时，都会产生不同结果的电枢反应。船舶电气1.与同相位时的电枢反应——交轴电枢反应2.滞后于90°时的电枢反应——直轴去磁电枢反应3.超前于90°时的电枢反应——直轴增磁电枢反应

船舶电气(三)同步发电机的外特性及调节特性同步发电机的稳态运行特性包括外特性、调整特性和效率特性。从这些特性中可以确定发电机的电压调整率、额定励磁电流和额定效率，这些都是标志同步发电机性能的基本数据。1.同步发电机的外特性外特性表示发电机的转速为同步转速，励磁电流和负载功率因数保持不变时，发电机的端电压(相电压)与电枢电流之间的关系；即n=ns，If=常值，cosφ=常值时，U=f(I)。船舶电气图3-8表示带有不同功率因数的负载时同步发电机的外特性。船舶电气

船舶电气2.同步发电机的调节特性

静态电压变化率是同步发电机运行的一个重要指标，根据中国船级社《钢质海船入级规范》船舶同步发电机的静态电压变化率，主发电机为±2.5%，应急发电机为±3.5%。显然前述发电机的外特性不能满足要求，实际使用中需要不断地调整励磁