轮机工程船舶电气教材

发电机输出的功率包括：有功功率和无功功率
由于一般负载均为感性负载：既有功功率和无功功率 ①无功功率的影响：感性负载的直轴去磁反应使主磁 通下降，端电压下降。 ②有功功率的影响：因Ia与Eo同相—交磁反应， Ia受 电磁力作用，使 T阻（电磁转矩）＞Tin， Pin=Po +Pe （电磁功率）发生变化，转速n下降，端 电压下降，频率也下降。 同步发电机负载运行时的调节： 改变无功功率：调节励磁电流 改变有功功率：改变原动机的油门开度
第三章 船舶发电机和配电系统
发 电 机
配电装置
电 力 网 分配电装置
负 载
船舶电力系统组成
§3.1 同步发电机的运行特性及电枢反应
教学要求： 熟悉三相交流发步发电机的构造和工 作原理，理解电枢反应的概念，能说明不 同性质的负载对发电机外特性的影响，掌 握空载特性、外特性和调节特性。
柴油发电机
电枢电流
2、不同相位的电枢反应
• 电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流 Ia与空载电势Eo的关系有：同相位、滞后和 超前三种。与之对应的电枢反应的性质有： 交轴、直轴去磁和直轴增磁三种。 • Ia与Eo的夹角为内功率因数角ψ
①Ψ ＝0
交 轴 反 应 （ 同 相 位 ）
Ia与Eo同相（阻性负载）
• 前极靴（左）去磁、后极靴增磁，合成磁 场Φ扭斜θ角，为交轴电枢反应。
转子励磁绕组 电枢绕组
辅助绕组 三相桥式整流
他励：设有专用励磁电源的称为他励。 ①直流发电机 ②无刷同步发电机
结构图 原理图
同步发电机工作原理
1．发电原理 a．转子绕组通过滑环、电刷外加直流电产生磁场 b．转子在原动机的带动下变成旋转的磁极磁场 c．定子绕组切割磁力线产生感应电势
定子电枢 励磁系统 d．定子三相绕组在 空间上互差120°， 故产生三相感应电 势
原动机
主发电机
转子磁极
e1 Emsin t e2 Emsin ( t 120 ) e3 Emsin ( t 120 )
交流电动势的频率f 同步发电机电动势频率由原动机的转速n和电机极对 数P决定。 f=pn/60 空载电动势为：Eo＝KeΦ n 即：空载电动势的大小与主磁通Φ 和转速n 成正比。
①发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电流 通过，产生旋转磁场n0=60f/p； ②因转子转速在原动机带动下达 n=n0 故为同步，磁 极磁场Φ0与电枢磁场Φa同步，且相对静止。
电枢电流
二、同步发电机负载运行及电枢反应
发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电流 通过－电枢电流Ia，电枢磁场Φa 1、电枢磁场对磁极磁场的影响叫电枢反应。 当所接的负载性质不同产生的电枢反应结果也不 一样，可能产生对电枢主磁场的不同作用效果。
②Ψ ＝90°Ia滞后Eo 90°（感性负载）
直 轴 去 磁 （ 滞 后 ）
Φ a与Φ o方向相反，合成磁场Φ 减少，为直 轴去磁电枢反应。
③Ψ ＝－90°Ia超前Eo 90°（容性负载）
直 轴 增 磁 （ 超 前 ）
Φ a与Φ o同向，合成磁场Φ 增强，为直轴增 磁电枢反应。
一般情况
一般负载多为感性，电枢电流滞 后电动势Eo ψ （0＜ψ ＜90°） 电枢电流Ia分成两个量 Iq与Eo同相－交轴电枢反应 Id与Eo垂直－直轴去磁电枢反应。 结果：一般性负载既有交磁反应， 又有去磁反应，且负载的功率 因数越低，去磁反应越严重。
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一、同步发电机的结构及空载运行和空载特性
1．同步电机的结构 定子（电枢）： 定子铁芯、机座、三相绕组 (接星形)。 定子绕组与三相电网连接， 产生感应电动势，并电网 输送电能。 （旋转磁极式三相同步发电 机的定子也称“电枢”）
转子（磁极）：转子铁芯、直流励磁绕组、滑环与电 刷 励磁绕组通直流电，产生恒定的主磁通，在原动机带 动下旋转。
同步发电机的功率转移——并联:
有功功率的调节：减小原运行机的油门，增加新并 机油门，要同时调节。 无功功率的调节：减小原运行机励磁电流，增加新 并机励磁电流，要同时调节。
同步发电机的解列： 同步发电机退出运行——解列
减小解列机油门，增加继续运行机的油门，要同时 调节。 减小解列机的励磁电流，增加继续运行机的励磁电 流，要同时调节。
同步发电机独立运行有3个特点： 1.有功功率和无功功率完全由负载决定 2.频率随转速而变化，电压随励磁电流而变化； 3.负载变化将引起频率（有功）或电压（无功）的相 应变化。 同步发电机的并联运行 并联运行：是指两台以上发电机同时向同一电网供电 的工作状态。 并联条件：三个相等（电压、频率、相位） U1=U2 f1=f2 δ 1= δ 2 一个一致（相序）
三、同步发电机的外特性及调节特性 1．外特性U=f（I） 电阻性负载，交轴电 枢反应，电流增加，端 电压稍有下降； 感性负载，交轴和去 磁电枢反应，电流增加， 端电压下降； 容性负载，交轴和增 磁电枢反应，电流增加， 端电压增加。 负载的功率因数越低，去 磁反应越严重，端电压下 降越利害。 电压下降率： Δ U%=(Uo-UN)/UN×100%
2．空载特性E0=f（If）（ 相似磁化曲线） Eo＝KeΦ n 保持额定转速不变，空 载电势E0与空载励磁 电流I f的关系曲线。 • ∵ E 0∝Φ 0∝ I f ； • ∴空载特性的实质就 是磁化曲线。
同步发电机的空载额定电压一般处于空载特 性曲线的部分（接近饱和点）
3.“同步”－电机的转速n与旋转磁场转速no
Fra Baidu bibliotek
2．调节特性If=f（I）
为保持端电压基本 不变，励磁电流 随负载电流变化。
电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。
3.同步发电机有功功率、 无功功率的调节
励磁系统
原动机 主发电机 同步发电机的转矩与功率的平衡： 空载 带负载 原动机输入转矩 Tin=To Tin=To+T阻（电磁转矩） 原动机输入功率 Pin=Po Pin=Po +Pe （电磁功率）
①转子磁极结构形式
凸极式：有凸出的磁极， 简单,适用于船用柴油 机、水轮机作原动机的 发电机。 转速：500-1500r/min
隐极式：呈圆柱形， 结构较复杂、用于 高速发电机（汽轮 发电机） 转速：1500r/min
②励磁方式：给磁极的励磁绕组提供直流电的装置 －－励磁系统 自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供