頻率及有功功率自動調(diào)節(jié)

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1、船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23第 15章 船 舶 電 力 系 統(tǒng) 頻 率 及 有 功 功 率 自 動 調(diào) 整本 章 的 主 要 講 解 內(nèi) 容一 、 船 舶 電 力 系 統(tǒng) 有 功 功 率 自 動 調(diào) 整 基 礎(chǔ) 知 識二 、 發(fā) 電 機 并 聯(lián) 運 行 的 有 功 功 率 分 配三 、 有 功 功 率 的 轉(zhuǎn) 移 操 作四 、 自 動 調(diào) 頻 調(diào) 載 裝 置 基 本 原 理五 、 自 動 分 級 卸 載 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-2315.1 船 舶 電 力 系 統(tǒng) 有 功 功 率 自 動 調(diào) 整 基 礎(chǔ) 知 識 60pnf FFT PPP 一

2、 、 電 力 系 統(tǒng) 頻 率 波 動 的 原 因 及 其 影 響電 網(wǎng) 頻 率 與 發(fā) 電 機 組 轉(zhuǎn) 速 有 如 下 關(guān) 系 式 ：設(shè) 原 動 機 輸 入 功 率 為 PT ， 發(fā) 電 機 負(fù) 荷 功 率 為 P， 忽 略 內(nèi) 部 損 耗 。 當(dāng)PT=P時 輸 入 與 輸 出 功 率 平 衡 ， 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 速 （ 即 頻 率 ） 不 變 。 如 果 系 統(tǒng) 中的 負(fù) 荷 突 然 變 化 使 發(fā) 電 機 輸 出 功 率 增 加 PF， 而 由 于 機 械 慣 性 ， 原 動機 的 輸 入 功 率 還 來 不 及 變 化 ， 這 時 ，為 了 保 持 功 率 平 衡 ， 機 組 把 轉(zhuǎn) 子 的

3、 一 部 分 動 能 轉(zhuǎn) 換 成 電 功 率 ， 使 機組 轉(zhuǎn) 速 降 低 ， 系 統(tǒng) 頻 率 下 降 。 可 見 系 統(tǒng) 頻 率 的 變 化 ， 是 由 于 發(fā) 電 機的 負(fù) 荷 功 率 與 原 動 機 輸 入 功 率 之 間 失 去 平 衡 所 致 。 返 回 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23)( fFPL 二 、 電 力 系 統(tǒng) 的 負(fù) 荷 調(diào) 節(jié) 效 應(yīng)當(dāng) 系 統(tǒng) 頻 率 變 化 時 ， 整 個 系 統(tǒng) 的 負(fù) 荷 功 率 也 隨 之 改 變 ，叫 負(fù) 荷 的 功 率 頻 率 特 性 ， 即在 電 力 系 統(tǒng) 中 功 率 平 衡 被 破 壞 引 起 頻 率 變 化

4、 時 ， 負(fù) 載 吸 收 功率 的 變 化 起 著 補 償 的 作 用 ， 使 系 統(tǒng) 能 在 另 一 個 頻 率 值 下 得 到新 的 平 衡 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 電 力 系 統(tǒng) 的 負(fù) 荷 調(diào) 節(jié) 效 應(yīng) 。負(fù) 荷 調(diào) 節(jié) 效 應(yīng) ， 對 于 限 制 系 統(tǒng) 頻 率 變 化 是 有 利 的 ， 但 只 依 靠這 個 效 應(yīng) ， 頻 率 的 變 化 將 是 很 大 的 。 為 了 保 證 系 統(tǒng) 的 頻 率 變 化 在 一 定 的 允 許 范 圍 內(nèi) （ ） ， 發(fā) 電 機 組 必 需 配 置 調(diào) 速器 。 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23電 力 系 統(tǒng) 要 求

5、 頻 率 能 維 持 在 一 定 范 圍 之 內(nèi) ， 因 此 調(diào) 速 器 應(yīng)是 一 種 “ 定 速 調(diào) 速 器 ” 。 即 通 過 調(diào) 速 器 調(diào) 節(jié) 維 持 原 動 機 轉(zhuǎn)速 不 變 。 調(diào) 速 器 種 類 有 機 械 式 、 液 壓 式 和 電 子 式 等 。 但 無論 哪 種 型 式 ， 其 工 作 原 理 都 是 測 出 偏 差 后 ， 根 據(jù) 偏 差 的 大小 和 極 性 去 調(diào) 節(jié) 原 動 機 ， 使 原 動 機 在 負(fù) 載 從 零 到 額 定 值 范圍 內(nèi) 變 化 時 ， 維 持 轉(zhuǎn) 速 在 允 許 的 范 圍 內(nèi) 。三 、 調(diào) 速 器 及 其 調(diào) 速 特 性 船 舶 電 氣 設(shè)

6、 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-231 調(diào) 速 器 的 結(jié) 構(gòu) 和 動 作 原 理 圖 15-1離 心 式 調(diào) 速 器 示 意 圖1 傳 動 軸 ; 2 軸 ; 3 飛 鐵 ; 4 撥 爪 ;5 滑套 筒 ; 6 彈 簧 ; 7 杠 桿 ; 8 拉 桿 ;9 渦 輪渦 桿 ; 10 伺 服 電 動 機 ; 11 油 門 控 制 機 構(gòu) 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-232 調(diào) 速 器 的 特 性 圖 15-2 靜 態(tài) 調(diào) 速 特 性 圖 15-3 動 態(tài) 調(diào) 速 特 性 圖 15-4 調(diào) 速 器 的 不 靈 敏 區(qū) 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23fK

7、 P 2 1 100%en nJ n 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23四 、 單 機 運 行 時 頻 率 的 調(diào) 整 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-2315.1.2 發(fā) 電 機 并 聯(lián) 運 行 的 有 功 功 率 分 配 返 回 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-2315.1.3 有 功 功 率 的 轉(zhuǎn) 移 操 作 返 回圖 15-6 負(fù) 荷 轉(zhuǎn) 移 圖 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-2315.2 自 動 調(diào) 頻 調(diào) 載 原 理一 、 自 動 調(diào) 頻 調(diào) 載 裝 置 的 原 理調(diào) 整 原 動 機 轉(zhuǎn) 速 及 機 組

8、的 負(fù) 荷 需 要 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 速 （ 頻 率 ）和 負(fù) 載 （ 功 率 ） 的 信 號 ， 來 實 現(xiàn) 調(diào) 節(jié) 。 盡 管 目 前 自動 調(diào) 頻 調(diào) 載 裝 置 的 品 種 很 多 ， 并 且 還 在 不 斷 的 更 新?lián)Q 代 。 但 基 本 環(huán) 節(jié) 都 是 由 頻 率 變 換 器 、 有 功 功 率 變換 器 、 有 功 功 率 分 配 器 和 調(diào) 整 器 等 組 成 。 返 回 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-231 頻 率 變 換 器它 用 來 檢 測 電 網(wǎng) 的 實 際 頻 率 f， 并 將 測 量 值 f與 額 定 頻 率 fe進(jìn) 行 比 較 得 出 偏 差 f

9、， 頻 率 變 換 器 將 f變 換 為 相 應(yīng) 的 與 頻差 成 正 比 的 直 流 電 壓 信 號 ， 送 到 調(diào) 整 系 統(tǒng) 去 進(jìn) 行 綜 合 比 較 。圖 15-9為 頻 率 變 換 器 及 其 特 性 ， 圖 15-10為 基 于 波 形 變 換的 頻 率 變 換 器 的 原 理 圖 。efff 2 有 功 功 率 變 換 器 圖 15-11 圖 15-12 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23有 功 功 率 分 配 器 是 一 種 有 功 分 配 運 算 電 路 ， 為 實 現(xiàn) 按 比例 或 均 勻 分 配

10、 有 功 功 率 而 設(shè) 置 的 。 運 算 環(huán) 節(jié) 主 要 由 比 較放 大 器 和 加 法 器 組 成 ， 它 的 作 用 是 根 據(jù) 電 網(wǎng) 總 的 功 率 ，計 算 每 臺 發(fā) 電 機 應(yīng) 承 擔(dān) 功 率 以 及 各 臺 發(fā) 電 機 實 際 承 擔(dān) 的功 率 值 與 平 均 值 之 差 。 11( )nP P i P i iU K P K P Pn 4 調(diào) 整 器 圖 15-13 PU 調(diào) 整 器 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-9 頻 率 變 換 器 及 其 特 性 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回00 .e eE

11、U fff f f 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-11 功 率 變 換 器 及 其 特 性cosP PU KUI K P 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23TATV uvi ui up up*R1 R2 1 2 取 平均 值電 路 uv uiu t0圖 15-12 單 相 功 率 變 換 器 原 理 電 路 返 回 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-13 調(diào) 整 器 方 框 圖 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-232 虛 有 差 法 圖 15-14 是 對 頻 差 和 功 率

12、差 進(jìn) 行 調(diào) 節(jié) 的 控 制 系 統(tǒng) 1） 頻 率 的 調(diào) 整 圖 15-14 圖 15-15 2） 有 功 功 率 分 配 的 調(diào) 整 圖 15-14 圖 15-16 、 虛 有 差 法 、 主 調(diào) 發(fā) 電 機 法 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23主 調(diào) 發(fā) 電 機 法 ， 是 指 在 并 聯(lián) 運 行 的 發(fā) 電 機 組 中 有 一 臺機 組 上 裝 有 調(diào) 頻 器 ， 作 為 主 調(diào) 發(fā) 電 機 ， 其 任 務(wù) 是 當(dāng) 負(fù)荷 變 化 而 引 起 電 網(wǎng) 頻 率 出 現(xiàn) 頻 差 時 ， 由 它 再 次 調(diào) 節(jié) 改變 油 門 ， 維 持 電 網(wǎng) 的 頻 率 為 額 定

13、值 ， 并 承 擔(dān) 系 統(tǒng) 負(fù) 荷的 變 化 量 。 而 其 余 的 發(fā) 電 機 則 總 是 保 持 運 行 于 接 近 額定 值 ， 稱 為 基 載 發(fā) 電 機 。 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-14 虛 有 差 法 方 框 圖 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-15 均 功 時 系 統(tǒng) 的 等 效 電 路 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-16 恒 頻 時 系 統(tǒng) 的 等 效 電 路 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-2315.2.3 自 動 分 級 卸 載

14、 返 回自 動 分 級 卸 載 保 護 裝 置 是 一 種 發(fā) 電 機 過 載 保 護 裝 置 。 當(dāng)發(fā) 電 機 出 現(xiàn) 過 載 時 ， 自 動 卸 載 裝 置 動 作 ， 將 部 分 次 要 負(fù)載 自 動 切 除 ， 以 保 護 發(fā) 電 機 正 常 工 作 ， 并 保 證 重 要 負(fù) 載不 間 斷 供 電 。 它 是 提 高 供 電 能 力 的 一 種 有 效 措 施 ， 圖15-17為 一 種 自 動 分 級 卸 載 裝 置 （ ZFX一 1型 ） 的 原 理 框圖 。 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23 返 回圖 15-17 ZFX一 1型 自 動 分 級 卸 載 裝

15、 置 原 理 圖 船 舶 電 氣 設(shè) 備 與 系 統(tǒng) 2021-4-23o ZFX-1型 ： 綜 合 保 護 裝 置 ， 可 作 為 發(fā) 電 機 ： 1.過載 保 護 ； 2.欠 壓 保 護 。 使 發(fā) 電 機 分 勵 脫 扣 動 作 跳 閘 。o 組 成 ： 電 流 信 號 變 換 、 檢 測 、 兩 級 卸 載 、 過 載 反時 限 跳 閘 ， 電 壓 檢 測 、 延 時 切 斷 ， 電 源 等 。o 原 理 ： 電 流 為 110%Ie（ 額 定 電 流 ） 開 始 延 時（ 58s） ， 延 時 到 第 一 級 卸 載 ； 若 過 載 仍 未 消 除 則繼 續(xù) 延 時 （ 817s） ， 延 時 再 到 第 二 級 卸 載 ； 仍 然過 載 則 立 即 使 發(fā) 電 機 主 開 關(guān) 跳 閘 。 若 外 部 短 路 電 流則 立 即 跳 閘 。 欠 壓 （ 電 壓 低 于 50%-60%額 定 電 壓 ）則 延 時 1 3秒 跳 閘 。