第八章船舶电站控制与管理技术

8.1 励磁自动调整装置概述
8.1.1 励磁自动调整装置的作用 ⑴ 在船舶电力系统正常运行工况下，维持电网电压在某一 容许范围内。 ⑵ 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。 ⑶ 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。
2.静止励磁系统 早期的发电机采用直流励磁机励磁系统，以后曾一度采 用静止励磁系统即自励恒压发电机。现在都采用无刷励 磁发电机。
8.3 励磁自动调节系统的调节原理
无论是旋转电机励磁还是静止励磁系统都是控制同步发电 机的励磁电流。通常按调节原理可分为三类：按机端电压 偏差调节、按负载电流大小及相位进行补偿和综合调节即 既按负载电流大小及相位进行补偿又按机端电压偏差调节。
1. 发电机稳态电压变化率。
U%Uma(或 xUmi)nUN10% 0 我国钢质海船入级规范中U 对N 稳态指标规定为：“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。”
机端电压
G
8.3.2 按负载电流大小及相位进行调节
由wk.baidu.com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8.4是按负载电流 大小及相位调节的原理方框 图。
电流及相位
第8章 同步发电机电压及无功功率自动调整
8.1 励磁自动调整装置概述 8.2 励磁自动调整装置的分类 8.3 励磁自动调节系统的调节原理 8.4 自动电压调节器 8.5 自励同步发电机起压条件 8.6 不可控相复励自励调压装置 8.7 可控相复励自励调压装置 8.8 晶闸管励磁自动调整装置 8.9 并联运行同步发电机之间无功功率的分配 8.10 无刷同步发电机励磁系统典型电路分析一 8.11 无刷同步发电机励磁系统典型电路分析二
一点出发，又可分为：
按电压偏差调整； 按电流大小调整； 按电流大小及相位调整； 按电压偏差、电流大小调整； 按电压偏差、电流大小及相位调整。
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：
1.旋转电机励磁系统 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。
8.2 励磁自动调整装置的分类
从使用的励磁自动调整装置的工作原理上来分，大致有 下 列几类： 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。
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尽管同步发电机各种励磁调整方式和工作原理有所不同，
但是它们的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。从这
2. 发电机动态特性
U d% U m a (或 xU U N m i)n U 010 % 0
《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％。”
Kc
UN UG UN
100%
（8.4）
调节系统在发电机单机运行时要维持机端电压在一定水平 上，在并联运行时要实现无功功率的分配调节。调差系数 在单机运行时表现为负载变化时的电压调节精度，即稳态 电压调整率，它表示在没有无功电流反馈作用下，原动机 转速和发电机功率因数在规定范围内变化，负载从零增加 到额定值时机端电压的变化率。对主发电机，规范要求在 2.5％以内，带 AVR的调节系统可以达到1％以内。单机运 行时要求越小越好，最好是无差特性。发电机并联运行时， 各发电机的调差特性必须是有差特性，且要求各机在无功 负载变化情况下有相同的至少是接近的调差系数。
励磁自动调节系统（以下称调节系统）的被调量是发电机 的机端电压U，由于发电机的负载电流大小及其相位变化 引起U的变化，调节系统的任务是要把被调量调到所要求 的值上。
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a, b：调节特性曲线
a：把电压调回到原来的值上, N
a
它的特性可用一条平行横轴 G
b
的直线表示，
——无差特性
b：把电压调节到给定值上， 即在IN处把电压调到 UG， ——有差特性
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8.1.2 励磁自动调整装置的技术指标
在负载变动时，励磁调压装置维持发电机端电压的恒定存在 一个调整过程，如图8.1所示。
N
m ax
m ax
m in
m in
O
0
F
0
F
图 8.1 电 压 调 整 过 程 曲 线
为了保证供电质量，电压调整必须满足两个基本技术指标 ——静态(稳态)指标和动态(瞬态)指标的要求。
测量单元
g
f
控制信号
信号变换单元
发电机
f
g
图 8 .4 按 负 载 电 流 大 小 及 相 位 调 节 原 理 方 框 图
8.3.3 综合调节
按机端电压偏差调节的励磁自动调节系统，静态性能好， 动态性能差；按负载电流大小及相位进行补偿调节的励磁 系统，动态性能好，静态性能差。综合这两种调节方法， 既按负载电流大小及相位进行补偿，又按机端电压偏差校 正，可以取长补短获得较好的调节效果。 图8.5是综合调节的原理方框图。
8.3.1 按机端电压偏差调节
按机端电压偏差调节的系统的被测量是发电机的端电压 UG ，被调量也是机端电压UG，这样的自动调节系统称 为“闭环系统”，如图8.3的方框图表示 。
给定值
偏差量
控制信号
给定单元
1
Δ
放大单元
u 调节单元
发电机
2
F
反馈量
测量单元
图 8 .3 按 机 端 电 压 偏 差 调 节 原 理 方 框 图
N
图 8.2 调 节 特 性 曲 线 a— 无 差 的 ； b— 有 差 的
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：
Kc
UN UG UN
tana
（8.3）
式中：UN为I＝0时的额定值；UG为 I = IN时被调量的实际 值；KC为调差系数。
为了方便计算，一般用百分比来表示：