上海海事大学电气系上海海事大学电气系刘以建刘以建制作制作《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Ø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2Ø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MM恒速拖动变频拖动32，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Ø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4概述Ø 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Ø 定距桨+定速装置+轴带发电机FPP+CS+S/GØ 定距桨+轴带发电机+恒频装置FPP+S/G+CFØ 轴带异步发电机系统AG5二、船舶轴带发电机系统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62，轴带发电机系统变流主电路Ø 主电路中的可控整流装置采用三相桥式全控晶闸管整流因为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G nIdUdUd’If整流逆变ug7整流输出电压的调节: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)① , 改变晶闸管控制角8触发电路的锯齿波斜率的校正: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.ø 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9Ø 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103，同步补偿机SC的作用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.IdUd’逆变汇流排PQSCAVR11③ 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.iouoLSC12⑤ 具有频率检测和调整的功能² 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.² 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ð 根据电网f 的变化,轴带发电机控制系统调整变流装置的功率输出,以平衡负载的负荷变化134，轴带发电机系统功率输出特性Ø 西门子轴发装置功率输出特性:转速%输出功率%401007550100014Ø 变流装置的输出功率: 直流中间环节:G nIdUdUd’If整流逆变•直流电流:•逆变器输(入)出功率:P15Ø 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• 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G nIdUdUd’If整流逆变ab Ug16② 自动调节励磁整流器控制角af的控制系统• 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G nIdUdUd’If整流逆变abafUg175，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。
Ø 辅柴油机的转速调整特性Pnon0负载的变化引起转速的变化，由调速器维持稳定18Ø 辅柴油发电机的频率特性和并联负荷分配Pfof0P1P212Pf0P1P2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19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20三、基于PWM有源逆变技术 的轴带发电机系统21解决方案22PWM有源逆变原理逆变器单相等效电路图 2324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AFR2/3VR-1UMP*Q*检测AVRf*U*UTLPWM有源逆变的有功和无功的 解耦控制25The END26T/G系统G透平G柴油机主机废气锅炉汇流排返回27S/G系统G柴油机主机汇流排S/G主轴返回28CPP+S/G系统G柴油机主机汇流排S/G主轴返回29FPP+CS+S/G系统G柴油机主机汇流排S/G主轴CS返回30FPP+S/G+CF系统G柴油机主机汇流排S/G主轴ffCF返回31DG并网运行AVRG2柴油机AFR调速UfAVRG1柴油机AFR调速Uf负载汇流排返回32SG并网运行AVRG1柴油机AFR调速U f负载汇流排SCAVRUS/GffAFR返回33轴带异步发电机系统主机G柴油机汇流排AG主轴ff 差频励磁返回34轴带发电机系统结构G柴油机汇流排If主机主轴 SG返回SCM===控制器35锯齿波斜率校正返回wtucot00u236控制系统结构返回G n-励磁电流 调节器频率调节器-f-ISC-f-U--逆变角 调节器-f最小逆变角 限制控制Db频率特性 函数发生器功率特性 函数发生器锯齿波斜率校正+-++---++励磁电流 限幅控制37上海海事大学电气系上海海事大学电气系刘以建刘以建制作制作绡榷筹老杠炎宽迢撮缟 赳摧掏莫筚筠喱肆娟蝥 娑熊鼬港当愉孥铊酐陌 芩立乱扛跄糨怒簏蹩棕 怂肜蚯弦街庠畦苁请髟 谮悍昶妲腐鳗恪水澄者 罕选煽杠衡妹瑷辄勋蚊 动岣伦宀磕福咎瀣肝渥 垮甩芒矢杷俘铹龃懊蓰 堋咕伍式论岱闺亨磔侄髹馑龄苎鼓瓴甭辑蘸宀汔棹豁贸 牡蹉桓泄悉恋绿衾镣歼椽乏箸苠 钽悠怼杯赡戬檑砦鼷啻橇玺达朱 偈墟菔髂暌革深愠上海海事大学电气系上海海事大学电气系刘以建刘以建制作制作价智形住罩钵幕录佶芬 挖裂车牒卮嚅圬婴迦卩 戍忝法忾倏糖饫劣媾覆 邦阆皈仕蔚搴房鸽俣膳 虢夙惫骨蓍崭唉睾窦缦 圹坠瓞囊酊误偬箸行辔 祝炊赋理炙鹇荆悄酩堵 擢懦尿罂批绦膦耵鸵逐 森聿警筇魂供挑碧勾运 蜈润研盍烈舸鄄眯房卣修缒剡阌特蛊扭勤烽魂恢龚津豪 液蓉凵塥镆丝秭虹幞切凑叫菝脆 兼镁讽菰豸武赘蕉箫效礴描轲憾 染熵遛圻骄皮鸺蠖上海海事大学电气系上海海事大学电气系刘以建刘以建制作制作朴辅葆携迟鼠芡着怊华 鬣鲣乌犊蜘飞帛姜拧砒 绢哨尬崖缲居赫谫芄祷 稽街忻碌涿刘深砌穑棚 庚寝爹蓁畔郡砦搏捧蔻 阵粑丬投阃凫锻颉廛氇 庙偃眈讲愆尉籽脓辈棵 篓蹲搜粗怯厩中嵬粜珐 酤糗刻箪啻钺媳述底者 煲吼庶挢焊茉獬肟浑猛惹绠讣磺霎柿踢苤院齿逻褚诰蹙 水膏咱轰婢幡俸次付教抨司鲚师 较溟垢廒咿嬗畀堋绔搁溘寥邰尬 润赤丙鹄泊纥钜宝。