同步发电机的并车运行1323

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： (1) 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。 (2) 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。 (3) 脉动电压与相位差δ的关系是正弦关系，而不是 线性关系。
本章重点
同步发电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。
§13.1 并车的条件及分析
并联运行条件：
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)
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。
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/f。
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。
U U 2 U 1
环流IPH滞后U2对G2去 磁效应，Ｇ２电压下降； 环流IPH超前U1对G1增 磁效应，电压上升。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
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。
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UW 待并机电压 U f 与 UW 和 UW 的脉动 电压分别 U S 和 U S 。当待并机频率高 于电网频率(即f >0), U S 到达最大值 时间较 U S 提前，而待并机频率低于电 网频率(即f<0), U S 到达最大值时间 较 U S 提前,利用两个鉴幅器即可检测 出频差方向。
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
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。
(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。
(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，而一旦 主电网恢复供电，则应急发电机立即自动 停止工作。应急柴油发电机组的起动方式 一般采用起动电动机带动，起动电动机的 电源由应急蓄电池组提供。
ZK-135控制装置的功能 按时间原则和速度原则进行程序 控制的。
当船舶主电网因故失电时，该自动控制装置 经0～60秒（时间可调）延时后自动投入工作， 对应急柴油发电机组实现自动起动。
第13章 同步发电机的并车运行
主要内容
教学目的：使学生了解各种并车装置性能和特点； 掌握手动并车的原理和操作。 教学重点：掌握同步并车的条件，手动并车的原 理和操作。 教学难点：自动并车装置的基本原理。
§13.1 并车的条件及分析
§13.2 同步发电机的手动并车
§13.3 同步发电机自动并车装置的基本原理
B 2 240 C1 120
U 3 2U sin
120
2
uL
uL3
uL1
uL2
U1 2U sin
120 U 2 2U sin 2 L3 L2 2 120 结论： U 3 2U sin •频差大于０，灯光顺时针旋转； 2 •频差小于０，灯光逆时针旋转； 2t 1t (2 1 )t •灯光明暗旋转快说明频差大、慢说 2 ( f 2 f1 )t 明频差小； •L1灯光明暗度说明相位差的大小。
调压器可保证电压条件，并车时只要调整待并机 的频率和相位。但是，不应在电网负载波动较大时 进行并车。 检测这两个并车条件（频率和相位）的方法有同步 指示灯法和整步表法。
§12.2
同步发电机的手动并车
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。
一、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
待并发电机电压相位(或初相位)与电网电压的相位一
致。(δ2=δ1)
两台发电机并联运行
下面将对三种条件逐一分析。
实际接线图
单相等效电路图
x ,x
'' 1
'' 2
—并车瞬间发电机等值电抗
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ＱＦ2两端存在电压差U。
2t 1t (2 1 )t 2 ( f 2 f1 )t
要求：控制两台发电机的频差Δf≤±
0.5Hz（T=1/Δf）。频差小（不是越
小越好、难调）则自整步作用使两机 牵入同步；频差大则无法牵入同步。 通常以0.25Hz最好。
补充说明： 相序不一致会 引起很大的环流烧坏发
1) 灯光旋转法
f2＞f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为: L1L2L3 L1
f2＜f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为: L1L3L2 L1
U 2U sin
U1 2U sin

2
A2 A1 0

2
B1 240 C 2 120
240 120 120 U 2 2U sin 2U sin 2 2
电机，该条件一般(除检修）可满足，航 行并车不必检测。 合闸：最理想合闸时机是待并发电机的 电流为零时。并车时任何一个条件不满足 都会产生冲击电流，相位和频率条件不满 足还会产生冲击转矩。
§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。 手动准同步并车操作； 自动并车操作。
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。
图13-7 船舶电 站3台发电机同 步表接线图
电抗器粗同步并车原理
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U<10％Un,频差f <（1～1.5）Hz,相位差δ<180 （一般应小于90）时合闸。
§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。
自动并车装置应具有以下功能： 1.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； 2.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。
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。
电压和相位相同,频率不相同
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。
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。
1) 频差脉动电压与相位检测原理
滤波后为正选脉动电压：
US
TS 1 TS 2 TS 3
频差大
频差小
频差更小
S 0 U S 2U m sin 2
S 2 ft
1 TS f
波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的 点即为同相点。
US
加速
US
Uf
UW
US
UW
频率高
UW U S UW
US
Uf
鉴幅器
&
US
鉴幅器
&
减速
频率低
(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。

L1

2) 灯光明暗法(灯光熄灭法 ) 灯泡1/f称为频差周期。
2) 灯光明暗法(灯光熄灭法 ) 性能： A．灯光很亮说明待并机与电网相位差很大、熄灭说 明相位差很小或为零，灯光明暗度说明相位差的大小； B．灯光明暗变化快说明频差大、慢说明频差小。 合闸： 调待并机的调速开关（即调油门），使灯光明暗 变化慢（周期为3～5秒），灯光熄灭后（接近灯暗区中 心）（ΔU为30%Ue灯灭，从熄灭到亮为暗区），合闸 并车。 缺点 ：灯光明暗不能说明f2是快还是慢。
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。
S 1
TS 1 TS 2
S 2
(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。