一自励恒压装置的作用和基本要求为了维持同步发电机的端电压恒

第八节同步发电机的电压与无功功率的自动调节一、自励恒压装置的作用和基本要求为了维持同步发电机的端电压恒定(额定电压)及合理分配发电机间的无功功率，发电机的励磁电流必须适时地做出相应的调整。在船舶电网发生短路故障时，为提高船舶电力系统发电机并联运行的稳定和某些保护继电器动作的可靠性，亦需要励磁系统适时地进行强行励磁。集大轮机自动化综上所述，励磁自动调整装置的任务可归纳为：(1)在船舶电力系统正常运行工况下，维持电网电压在某一个容许范围内；(2)在船舶同步发电机并联运行时，合理分配发电机间的无功功率；(3)在船舶电网发生短路故障时，有强行励磁功能，加速短路后恢复速度，保持电力系统运行的稳定性和继电器保护装置动作的可靠性。(一)励磁自动调整装置的技术指标(1)发电机稳态电压变化率。交流发电机连同其励磁系统，应能在负载自空载至额定负载范围内，且其功率因数为额定值情况下，保持其稳态电压的变化值在额定电压的±2.5%以内。应急发电机可允许为±3.5%以内。船舶电气发电机稳态电压变化率可按下式计算：船舶电气(2)发电机动态特性中国船级社《钢质海船入级规范》对动态指标规定为：“交流发电机在负载为空载、转速为额定转速、电压接近额定值的状态下，突加或突卸60%额定电流及功率因数不超过0.4(滞后)的对称负载时，当电压跌落时，其瞬态电压值应不低于额定电压的85%；当电压上升时，其瞬态电压值应不超过额定电压的120%，而电压恢复到与最后稳定值相差

3%以内所需的时间，则不应超过

1.5s。”发电机动态电压变化率可按下式计算：船舶电气

中国船级社《钢质海船入级规范》对并联运行的各交流发电机组的无功功率的分配要求为：“并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当负载在总额定负载的20%~100%范围内变化时，各机组所承担的无功负载与总无功负载按机组定额比例分配值之差，应不超过下列数值中的较小者：①最大机组额定无功功率的±10%；②最小机组额定无功功率的±25%。”(二)自动调整装置的分类船用同步发电机励磁自动调整装置种类:不可控相复励自励装置、可控相复励自励装置、可控硅励磁自动调整装置、用于无刷发电机的励磁自动调整装置、用于谐波励磁发电机的励磁自动调整装置。船舶电气励磁调整方法大都是按照电压偏差(ΔU)、负载电流(I)、电流相位(φ)这三个原则来实现的。依被检测量的不同可分为：按电压偏差调整；按负载电流大小及相位调整；按电压偏差、电流大小及相位的复合调整。同步发电机是由直流电流励磁建立磁场，需要提供直流励磁电源。把原动机的机械能转换成直流电能的装置称为换能器。按换能器类型分类有：旋转电机励磁系统和静止励磁系统。船舶电气(三)励磁自动调节系统的调节原理

励磁机有两种：直流励磁机和交流励磁机。目前，船舶大多采用交流励磁机励磁系统。发电机的励磁电源由发电机本身提供的励磁系统提供，故又称为自励系统。这种励磁系统主要由变压器和整流器组成，无转动结构，称为静止励磁系统。按负载电流大小及相位进行补偿的励磁调节系统，其特点是稳态调节精度较差，但动态性能较好。仅按机端电压偏差调节的励磁自动调节系统的特点是动态性能较差，一般都与相复励装置联用构成综合调节系统。船舶电气1.励磁调节特性

假定原来的电压为UN，由于电流变化到IN

引起电压变化，这时调节系统参与调节。同步发电机端电压随无功电流变化的关系，称为“发电机的电压调节特性”，如图3-51所示。船舶电气被调量电压U随负载电流I的变化而变化的程度称为调差系数或调差程度，用调节特性的斜率来表示：式中：UN是在I=0时的额定值；UG

是在I=IN

时被调量的实际值；Kc

是调差系数。百分比来表示：船舶电气2.按机端电压偏差调节原理船舶电气

按偏差调节的系统，调节作用只与机端电压的偏差有关，而与产生扰动的原因无关，其静态特性即调整精度较好；而动态过程是一个周期性的振荡过程，动态特性较差。3.按负载电流大小及相位进行调节原理由于引起电压变化的主要原因是负载电流大小及相位的变化，只要预先找出机端电压随负载电流大小及相位变化的规律，并按此规律调节补偿发电机所需的励磁电流，就可以维持机端电压在一定水平上。图3-53是按负载电流大小及相位调节原理方框图。发电机的励磁电流是由发电机的电压和负载电流两个分量相量叠加合成的，故称为“相复励”系统。船舶电气4.综合调节原理图3-54是综合调节的原理方框图。图3-53所述的相复励系统的信号变换输出是不可控的，现在由电压自动调节部分控制，使相复励的装置输出“可控”，用这种原理构成的励磁调节装置称为“可控相复励”装置。这种类型的励磁调节系统的动态性能由相复励部分实现；静态性能的不足则由电压自动调节部分校正。船舶电气二、不可控相复励自励恒压装置同步发电机按其励磁方式可分为他励和自励两大类。自励同步发电机的励磁电流，是由同步发电机本身的定子交流电，通过静止的整流元件供给。如图3-55所示为自励同步发电机自励回路的单相原理图。船舶电气(一)不可控相复励恒压的基本原理船舶电气复式励磁，就是将发电机的定子电流整流后供给励磁，如图3-57所示。其调压作用是借助电流互感器LH组成的复励回路来实现的。当I增加引起U下降时I通过LH也使励磁电流I1增大，以提高U，从而达到以补偿方式进行调压的目的，如图3-56中曲线3所示。在图3-57中，通过LH反映随I而变化的分量Ii

，称为电流分量；通过DH自励回路的分量

Iu

，称为电压分量。电压分量和电流分量是在直流侧相加，所以仅是代数和。因此，这种调压原理仅是电流复励。船舶电气由于引起同步发电机U变化的原因，除了负载电流大小外，还和功率因数cosφ的大小有很大关系，还需要调压器能补偿cosφ变化引起U的变化。这就需要进行所谓的相复励，如图3-58所示。船舶电气

船舶电气船舶电气

船舶电气船舶电气

船舶电气

船舶电气(三)无刷发电机励磁装置

船舶电气主发电机是旋转磁极式的，其定子G是三相交流电枢，转子

L是直流励磁绕组；而励磁机则是旋转电枢式，其定子是直流励磁绕组，转子L是三相交流电枢，与主发电机同轴。三、并联运行同步发电机组间无功功率分配并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压调整特性曲线所决定。同步发电机间无功功率的分配，实际是通过电压调整器调整励磁电流，以调整发电机电势的办法来实现的。因此，电压调整器不仅担负着调整电压的任务，同时，还担负着调整和分配无功功率的任务。调节方法是：必须同时调节两台发电机的励磁电流，将功率因数低的发电机励磁电流减小，与此同时将功率因数高的发电机励磁电流增大，这样就可以使两台发电机功率因数趋于一致，即输出的无功功率相等。船舶电气船舶电气(一)直流均压线直流均压连接法又称转子均压连接法。只适用于同容量同型号发电机的并联运行。将并联运行发电机的励磁绕组用两根均压线并联起来。均压线的接通和断开与发电机主开关相互联锁。船舶电气(二)交流均压线

不同容量的同步发电机并联运行，可采用交流均压线，两台发电机调压装置的移相电抗器通过均压线并联，该连接处在三相整流器之前的交流侧。当两台发电机电势不相等时，通过交流均压线的连接可使发电机输出电压均衡，以保持无功功率均匀分配。船舶电气(三)电流稳定装置为了使调压特性曲线为具有足够倾斜度的有差调整特性，且KC

相同，稳定并平均的分配无功功率，在调压器上加装了可以改变调差系数的装置，原理就是利用电流信号，通过调压器作用，使无功电流的分配稳定，故称作“电流稳定装置”。船舶电气(四)判断两台发电机之间的无功功率分配是否均匀的方法(1)机组并联运行，两台发电机功率表(有功)指示基本相同而电流表指示相差太大时，说明无功分配不均，需要进行调节或可能存在故障。(2)机组并联运行，两台发电机功率表(有功)指示基本相同而功率因数表(cosφ表)指示相差较大时，需要进行调节或可能存在故障。在发电机并联运行时，其无功功率的分配是由自动电压调整器来自动完成的。但是如果电气元件出现故障，也会使无功分配装置出现故障。船舶电气以均压线连接为例来分析故障排除的方法，重点检查均压接触器：(1)检查接触器是否通电动作，检查线圈本身、发电机主开关常开辅助触点、熔断器、导线及相应接线柱等，或修复或更新。(2)检查接触器触点是否可靠闭合，或打磨修理或更新。如果触头接触不良，会使均压线断路，并车时不易并上，即使空气开关能合闸，发电机也不能稳定地并联运行，两台发电机的电流可能同时急剧上升，直至发电机的主开关保护动作而跳闸。船舶电气(五)同步发电机的自励恒压装置与发电机组的无功功率分配手动调节的方法(1)两台发电机并联运行时，两台发电机功率表(有功)指示基本相同而功率因数表(cosφ表)指示相差较大时的手动调节方法假设电网上有两台发电机并联运行，电网电压为Ue

，现发现两台发电机的无功功率分配不均匀，假设两台发电机功率表(有功)指示基本相同而功率因数表(cosφ表)指示相差较大，说明发电机负载电流功率因数低的无功功率大；功率因数高的则无功功率小。现需要由手动来调节。调节过程：为保持电网的电压稳定，在调节时，必须同时向相反方向调节两台机组的励磁电流调节旋钮，增大功率因数高的发电机组的励磁电流，同时减少功率因数低的发电机组的励磁电流，使两台机组各自分担的无功功率基本一致。船舶电气(2)两台发电机并联运行时，两台发电机功率表(有功)指示基本相同而电流表指示相差太大时的手动调节方法假设电网上有两台发电机并联