轴带发电机系统ppt课件
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上海海事大学电气系刘以建制作
《电源技术》 电子教案
应用案例 ---轴带发电机
一、 概述
1，船舶供电及用电设备的节能途径
➢ 船舶电站的节能 ① 提高主机废气热的回收率
— 废气透平发电机系统（T/G系统） ② 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
检测
f*
P*
AFR
UT
L
U*
AVR Q* VR-1 UM 2/3
PWM有源逆变的有功和无功的 解耦控制
第1章第25页
SC电压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.
第1章第11页
③ 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的作用
io
L
uo
SC
④ 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.
第1章第16页
② 自动调节励磁整流器控制角af的控制系统
a Id
Ug
G
n
If
整流
Ud Ud’
af
b 逆变
• 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
第1章第4页
概述
➢变距螺旋桨+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+定速装置+轴带发电机FPP+CS+S/G ➢定距桨+轴带发电机+恒频装置FPP+S/G+CF ➢轴带异步发电机系统AG
第1章第5页
二、船舶轴带发电机系统
第1章第17页
5，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
n
负载的变化引起转速的变
no
化，由调速器维持稳定
0
P
第1章第18页
➢ 辅柴油发电机的频率特性和并联负荷分配
f
f
fo
2
1
0
P1 P2
轴带发电机产生的三相交流电的频率变化很大(100%-40%), 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
Id
G
n
If
整流
Ud Ud’
P
逆变
第1章第15页
来自百度文库
➢ 输出功率的两类控制规律:
① 自动调节主整流器控制角a的控制系统
a Id
b
Ug
G
n
If
整流
Ud Ud’ 逆变
• n=75-100%nN时, b保持恒定,调节a, 改变Ud, Id恒定,
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
第1章第20页
三、基于PWM有源逆变技术 的轴带发电机系统
解决方案
第1章第22页
PWM有源逆变原理
I
AC
X L
+
_
Ul
Ui
AC
Us
逆变器单相等效电路图
第1章第23页
I
AC
X L
+
_
Ul
Ui
AC
Us
Ui
Ul
IQ IsIP U s
Is
Us Ul
Ui
第1章第24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
第1章第2页
➢ 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
M
恒速拖动
M
变频拖动
第1章第3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，恒频恒压是轴带发电机的关键问题 ➢ 无频率补偿型系统：
只能在转速不超过频率变化允许范围时才使用
变流装置的功率输出,以平衡负载的负荷变化
第1章第13页
4，轴带发电机系统功率输出特性
➢西门子轴发装置功率输出特性:
输 100 出 功 率 50
%
0
40
75 100 转速%
第1章第14页
➢变流装置的输出功率: 直流中间环节:
•直流电流:
Id
Ud
U
' d
R
•逆变器输(入)出功率: P Ud' Id
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
第1章第7页
整流输出电压的调节:
① , 改变晶闸管控制角 ② , 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)
第1章第8页
触发电路的锯齿波斜率的校正:
1，系统结构（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：三相无刷他励同步电机 交流电抗器 控制器
第1章第6页
2，轴带发电机系统变流主电路
Id
ug
G
n
If
整流
Ud Ud’ 逆变
➢主电路中的可控整流装置
采用三相桥式全控晶闸管整流
第1章第12页
⑤ 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,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
P0
P2 P1
P
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19页
轴带发电机控制系统
轴带发电机控制系统的结构
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流 控制输出功率
第1章第9页
➢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10页
3，同步补偿机SC的作用
Id
P
Ud’
Q
逆变 SC
汇流排 AVR
① 供给晶闸管逆变器和全船用电设备所需的无功功率 ② 同步补偿器及其自动调压器自动维持电网电压恒定
《电源技术》 电子教案
应用案例 ---轴带发电机
一、 概述
1，船舶供电及用电设备的节能途径
➢ 船舶电站的节能 ① 提高主机废气热的回收率
— 废气透平发电机系统（T/G系统） ② 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
检测
f*
P*
AFR
UT
L
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AVR Q* VR-1 UM 2/3
PWM有源逆变的有功和无功的 解耦控制
第1章第25页
SC电压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.
第1章第11页
③ 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的作用
io
L
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SC
④ 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.
第1章第16页
② 自动调节励磁整流器控制角af的控制系统
a Id
Ug
G
n
If
整流
Ud Ud’
af
b 逆变
• 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
第1章第4页
概述
➢变距螺旋桨+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+定速装置+轴带发电机FPP+CS+S/G ➢定距桨+轴带发电机+恒频装置FPP+S/G+CF ➢轴带异步发电机系统AG
第1章第5页
二、船舶轴带发电机系统
第1章第17页
5，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
n
负载的变化引起转速的变
no
化，由调速器维持稳定
0
P
第1章第18页
➢ 辅柴油发电机的频率特性和并联负荷分配
f
f
fo
2
1
0
P1 P2
轴带发电机产生的三相交流电的频率变化很大(100%-40%), 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
Id
G
n
If
整流
Ud Ud’
P
逆变
第1章第15页
来自百度文库
➢ 输出功率的两类控制规律:
① 自动调节主整流器控制角a的控制系统
a Id
b
Ug
G
n
If
整流
Ud Ud’ 逆变
• n=75-100%nN时, b保持恒定,调节a, 改变Ud, Id恒定,
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
第1章第20页
三、基于PWM有源逆变技术 的轴带发电机系统
解决方案
第1章第22页
PWM有源逆变原理
I
AC
X L
+
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Ui
AC
Us
逆变器单相等效电路图
第1章第23页
I
AC
X L
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AC
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Ui
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IQ IsIP U s
Is
Us Ul
Ui
第1章第24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
第1章第2页
➢ 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
M
恒速拖动
M
变频拖动
第1章第3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，恒频恒压是轴带发电机的关键问题 ➢ 无频率补偿型系统：
只能在转速不超过频率变化允许范围时才使用
变流装置的功率输出,以平衡负载的负荷变化
第1章第13页
4，轴带发电机系统功率输出特性
➢西门子轴发装置功率输出特性:
输 100 出 功 率 50
%
0
40
75 100 转速%
第1章第14页
➢变流装置的输出功率: 直流中间环节:
•直流电流:
Id
Ud
U
' d
R
•逆变器输(入)出功率: P Ud' Id
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
第1章第7页
整流输出电压的调节:
① , 改变晶闸管控制角 ② , 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)
第1章第8页
触发电路的锯齿波斜率的校正:
1，系统结构（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：三相无刷他励同步电机 交流电抗器 控制器
第1章第6页
2，轴带发电机系统变流主电路
Id
ug
G
n
If
整流
Ud Ud’ 逆变
➢主电路中的可控整流装置
采用三相桥式全控晶闸管整流
第1章第12页
⑤ 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,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
P0
P2 P1
P
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19页
轴带发电机控制系统
轴带发电机控制系统的结构
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流 控制输出功率
第1章第9页
➢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10页
3，同步补偿机SC的作用
Id
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Ud’
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逆变 SC
汇流排 AVR
① 供给晶闸管逆变器和全船用电设备所需的无功功率 ② 同步补偿器及其自动调压器自动维持电网电压恒定