船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第第1313章章 同步发电机的并车运行同步发电机的并车运行§13.1 并车的条件及分析并车的条件及分析 §12.2 同步发电机的手动并车同步发电机的手动并车 §12.3 同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室讨论了同步发电机机准同步并车的讨论了同步发电机机准同步并车的四大条件：四大条件：相序相同、电压相等、频率相等、相序相同、电压相等、频率相等、相位相同相位相同本章重点本章重点 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并联运行的条件为：并联运行的条件为：1.待并发电机的电压与电网待并发电机的电压与电网(或运行机或运行机)电压的电压的相序一致；相序一致；2.待并发电机的电压与电网电压的有效值相同待并发电机的电压与电网电压的有效值相同;(U2=U1)3.待并发电机的电压频率与电网电压的频率相待并发电机的电压频率与电网电压的频率相同同;(f2=f1)4.待待并并发发电电机机的的电电压压相相位位(或或初初相相位位)与与电电网网电电压的相位一致。
压的相位一致δ2=δ1)§13.1 并车的条件及分析并车的条件及分析 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室两台发电机并联运行两台发电机并联运行实际接线图实际接线图实际接线图实际接线图单相等效电路图单相等效电路图单相等效电路图单相等效电路图并车瞬间发动机等值电抗并车瞬间发动机等值电抗并车瞬间发动机等值电抗并车瞬间发动机等值电抗下面将对三种条件逐一分析下面将对三种条件逐一分析下面将对三种条件逐一分析下面将对三种条件逐一分析 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室假假设设电电网网电电压压低低于于待待并并发发电电机机电电压压，，即即U1＜＜U2在在这这种种情情况下投入况下投入G2时，主开关时，主开关DW2两端存在电压差两端存在电压差 U1) 频率和初相位相同，电压有效值不相同频率和初相位相同，电压有效值不相同环流环流IPH滞后滞后U2对对G2去磁去磁效应，环流效应，环流IPH超前超前U1对对G1增磁效应，最终使两增磁效应，最终使两机并联运行于同一电压机并联运行于同一电压。
频率和初相位相同频率和初相位相同,电压有效值不相电压有效值不相同同 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并并车车操操作作时时两两台台发发电电机机组组之之间间的的电电压压差差不能超过额定电压的不能超过额定电压的10％两台发电机的电压不等所产生的无功性质环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，流，对两台发动机起均压作用， 因此，因此，IPH称为称为平衡电流，由于发电机并车瞬间呈现出的等值平衡电流，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，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合闸瞬间会差生很大的冲击电流 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2) 频率和电压相同，相位不相同频率和电压相同，相位不相同假设待并发电机电假设待并发电机电压压U1的相位超前于电网的相位超前于电网电压电压U2的角度为的角度为δ两发两发电机间仍存在电压差电机间仍存在电压差 U合闸后在两机组之间产合闸后在两机组之间产生环流。
生环流 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并车时要求相位差一般应在并车时要求相位差一般应在 15 之内•2号机，输出有功功率，号机，输出有功功率，对原动机为阻力矩，减对原动机为阻力矩，减速•1号机，吸收有功功率，号机，吸收有功功率，对原动机驱动力矩，加对原动机驱动力矩，加速•自整步力矩自整步力矩拉入同步拉入同步•去磁效应一致，电压去磁效应一致，电压仍相等仍相等 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电压和相位相同电压和相位相同,频率不相同频率不相同合合闸闸瞬瞬间间两两台台发发电电机机电电压压和和相相位位相相同同，，只只是是频频率率不不同同，，如果如果f2>f1，，则将超前则将超前δ角3) 并车时电压和相位相同，但频率不相同并车时电压和相位相同，但频率不相同 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室并车时一般要求将两台发电机的频差控制在并车时一般要求将两台发电机的频差控制在 0.5Hz之内若在若在t=0时时合闸，将不会产合闸，将不会产生环流；在生环流；在t>0时合闸，将时合闸，将出现相位差，产生环流，出现相位差，产生环流，若频差不大，最终通过自若频差不大，最终通过自整步力矩拉入同步。
若频整步力矩拉入同步若频差较大，难以拉入同步，差较大，难以拉入同步，且随着相位差的变化，产且随着相位差的变化，产生较大环流和较大的冲击生较大环流和较大的冲击力矩，对发电机和船舶电力矩，对发电机和船舶电力系统均不利力系统均不利 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同步指示灯的连接方法分为明暗法和旋转法同步指示灯的连接方法分为明暗法和旋转法 并车时检查和调整待并发电机的电压、频率、初相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，这种方法称为准同位，在满足并车的条件时合闸，这种方法称为准同步并车如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并车如果由手工完成这个过程，称为手动准同步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并车操作 手动准同步并车通常采用灯光法和整步表法来检测并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13.2.1 13.2.1 同步指示灯法同步指示灯法 §12.2 同步发电机的手动并车同步发电机的手动并车 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室合闸时刻合闸时刻: 使灯光向使灯光向““快快””（顺时针）的方向旋转，当调（顺时针）的方向旋转，当调节到节到3 3～～5 5秒旋转一周后，当指示灯秒旋转一周后，当指示灯L L1 1最暗而最暗而L L2 2、、L L3 3同样亮时。
同样亮时1) 1) 灯光旋转法灯光旋转法f f2 2＞＞f f1 1时，灯泡轮流熄灭的顺序为时，灯泡轮流熄灭的顺序为: : L L1 1L L2 2L L3 3 L L1 1f f2 2＜＜f f1 1时，灯泡轮流熄灭的顺序为时，灯泡轮流熄灭的顺序为: : L L1 1L L3 3L L2 2 L L1 1 L1L2L3uL1uL2uL3uL 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室合闸时刻：合闸时刻：当灯泡当灯泡3 3～～5 5秒明暗一次时秒明暗一次时, ,约在接近灯暗区间约在接近灯暗区间的中心时的中心时2) 2) 灯光明暗法灯光明暗法( (灯光熄灭法灯光熄灭法 ) )灯泡明暗的快慢取决于频差的大小灯泡明暗的快慢取决于频差的大小, ,指示灯明暗一次所需指示灯明暗一次所需的时间的时间T TS S＝＝1/1/ f f称为频差周期称为频差周期 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同步表是一种用来检测待同步表是一种用来检测待并发电机与电网（汇流排）并发电机与电网（汇流排）电压的频率和相位差大小电压的频率和相位差大小及其方向的仪表，又称整及其方向的仪表，又称整步表。
步表13.2.2 13.2.2 同步表法同步表法 指针旋转一圈所需要的时指针旋转一圈所需要的时间为间为T TS S＝＝1/1/ f f 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15min，，间隔时间为间隔时间为30min，，所以，并车操作过程不宜所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除太长，并车成功后应及时切除 合闸的时刻合闸的时刻: 同步表向同步表向““快快””的方向的方向3 3～～5 5秒旋转一周，秒旋转一周，在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图图13-7 船舶电站船舶电站3台发电机同步表接线图台发电机同步表接线图 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电抗器粗同步并车原理电抗器粗同步并车原理电流通常被限制在额定电流的电流通常被限制在额定电流的1.2～～1.4倍。
并车的条件为：倍并车的条件为：电压差电压差 U<10％％Un,频差频差 f <（（1～～1.5））Hz,相位差相位差δ<180 （（一般应小于一般应小于90 ）时合闸 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室13.3.1 自动准同步并车原理自动准同步并车原理§12.3 同步发电机自动并车装置的基本原理同步发电机自动并车装置的基本原理自动并车不作为一个独立装置，而是自动并车不作为一个独立装置，而是PMSPMS的一个单的一个单元或一部分元或一部分 大部分船舶电站都装有大部分船舶电站都装有PMSPMS船舶电站功率管理系统船舶电站功率管理系统（（PMS））（（Power Management SystemPower Management System）） 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室自自动动并并车车装装置置通通常常可可分分为为两两大大部部分分：：一一部部分分为为频频率率预调，一部分为合闸控制预调，一部分为合闸控制自动并车装置应具有以下功能：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；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。
件时，适时地发出合闸指令 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 1) 频差脉动电压与相位检测原理频差脉动电压与相位检测原理 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室频差大频差大频差小频差小频差更小频差更小滤波后为正选脉动电压：滤波后为正选脉动电压：波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的点即为同相点点即为同相点 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室由波形图可见，当由波形图可见，当δ0为为0时，输出电压为时，输出电压为0，但这种，但这种波形的脉动电压存在如下问题：波形的脉动电压存在如下问题：(1)电压电压U1≠U2时，时，US ≠0时，采用时，采用US =0来判断来判断δ0=0就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客观存在现象观存在现象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。
率高于还是低于电网频率3)脉动电压与相位差脉动电压与相位差δ的关系是正弦关系，而不是的关系是正弦关系，而不是线性关系线性关系 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室为了克服正弦脉动电压的缺陷，提出采用三角波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，频差脉动电压， US 与与δ的关系成线性关系，并且的关系成线性关系，并且不受电压差和波形失真的影响不受电压差和波形失真的影响 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2) 频率预调频率预调 手动并车时，人们借助同步灯或同步表旋转方手动并车时，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，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，称为制电路来取代上述手动操作，称为频率预调频率预调。
检测频差方向通常采用移相法：检测频差方向通常采用移相法：取电网电压，其中事先移相成为取电网电压，其中事先移相成为待并机电压待并机电压 与与 和和 的脉动的脉动电压分别电压分别 和和 当待并机频率高当待并机频率高于电网频率于电网频率( (即即 f >0), ), 到达最大值到达最大值时间较时间较 提前，而待并机频率低于电提前，而待并机频率低于电网频率网频率( (即即 f<0), ), 到达最大值时间较到达最大值时间较 提前提前, ,利用两个鉴幅器即可检测出频差利用两个鉴幅器即可检测出频差方向鉴幅器鉴幅器&鉴幅器鉴幅器加速加速减速减速频率高频率高频率低频率低 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(3) 合闸控制电路合闸控制电路 合闸控制电路把电压差允许鉴别的条件，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频差允许鉴别条件与恒定提前时间( (主开关主开关合闸时间合闸时间) )捕获脉冲通过一个合闸与门捕获脉冲通过一个合闸与门, ,送送出合闸控制信号，使主开关合闸操作。
出合闸控制信号，使主开关合闸操作 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室采用模块式的船舶电站自动整步器的实例采用模块式的船舶电站自动整步器的实例 13.3.2 船舶电站自动整步器船舶电站自动整步器 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶应急电源可采用应急发电机组和应急蓄电池组船舶应急电源可采用应急发电机组和应急蓄电池组《《钢质海船建造及入级规范钢质海船建造及入级规范》》规定：规定：客船及客船及10001000总吨以上的货船在一般情况下均应设有应急电源总吨以上的货船在一般情况下均应设有应急电源1)(1)应急电源应急电源船舶应急发电机组船舶应急发电机组小应急电源小应急电源( (蓄电池）的容量应能保证连续供电蓄电池）的容量应能保证连续供电3030分钟 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室一一般般位位于于防防撞撞舱舱壁壁以以后后、、舱舱壁壁甲甲板板以以上上和和机机舱舱以以外外的的艇艇甲甲板板上上要要求求带带动动应应急急发发电电机机的的原原动动机机应应具具有有较较好好的的独独立立性性和机动性。
和机动性2) (2) 应急发电机组应急发电机组 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 应应急急发发电电机机必必须须设设有有自自动动起起动动装装置置，，以以保保证证在在主主电电源源不不能能供供电电的的情情况况下下能能自自动动起起动动，，并并自自动动合合闸闸向向应应急急电电网网供供电电，，而而一一旦旦主主电电网网恢恢复复供供电电，，则则应应急急发发电电机机立立即即自自动动停停止止工工作作应应急急柴柴油油发发电电机机组组的的起起动动方方式式一一般般采采用用起起动动电电动动机机带带动动，，起动电动机的电源由应急蓄电池组提供起动电动机的电源由应急蓄电池组提供3)(3)应急发电机的自动起动控制装置应急发电机的自动起动控制装置 船舶电气设备及系统 2024/8/31课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室按时间原则和速度原则进行程序控制的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，该自动控制装置经当船舶主电网因故失电时，该自动控制装置经0 0～～6060秒（时秒（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。
动起动ZK-135ZK-135控制装置的功能控制装置的功能 。