1、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)原理發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)原理發(fā)電機(jī)在石油鉆機(jī)系統(tǒng)中的作用 現(xiàn)在的電動(dòng)鉆機(jī)鉆機(jī)中，發(fā)電機(jī)為所有用電設(shè)備提供電源，保證井隊(duì)作業(yè)的正常進(jìn)行。 柴油發(fā)電機(jī)：是以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)，燃燒燃油為動(dòng)力，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)容量小，一般只有數(shù)KW到數(shù)MW 主要由柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分組成。柴油機(jī)主要是提供機(jī)械動(dòng)能，發(fā)電機(jī)的作用是把柴油機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 因此，柴油機(jī)功率的大小，直接決定了整個(gè)機(jī)組的功率大小，而發(fā)電機(jī)容量的大小，則決定了整個(gè)系統(tǒng)容量的大小。 發(fā)電機(jī)工作原理 1、電磁感應(yīng)原理英國(guó)物理學(xué)家英國(guó)物理學(xué)家法拉第法拉第從從1822年起，經(jīng)過十年起，經(jīng)過十年的努力，終于在年的努力，終于在1831

2、年發(fā)現(xiàn)了磁也能生電。年發(fā)現(xiàn)了磁也能生電。 電磁感應(yīng)原理：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，切割磁力線后會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。即磁生電。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于導(dǎo)體的匝數(shù)和導(dǎo)體內(nèi)磁通變化率，其方向是它將在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流來建立磁場(chǎng)用以阻止原磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通變化。E= - N d/dt (為穿過導(dǎo)體的磁通) 對(duì)于恒定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體有 E= BLV柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電原理 如上所述，不論是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線，或是通過線圈的磁通量發(fā)生變化,在導(dǎo)線或線圈上都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的位移是相對(duì)的，只要是通過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，那就不論是線圈在磁場(chǎng)里旋轉(zhuǎn)、或是磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)相對(duì)線圈運(yùn)動(dòng)，其效果都是相同的，都會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)

3、電勢(shì)。因?yàn)槿萘吭龃蠛鸵鼍€工藝的需要，實(shí)際上大部分發(fā)電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式的，在發(fā)電機(jī)中間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)稱為轉(zhuǎn)子，在發(fā)電機(jī)外面的線圈稱為定子在電力系統(tǒng)負(fù)載中最大量的是帶電感的電阻性負(fù)載，它的特性是介乎于電阻負(fù)載和電感負(fù)載之間，負(fù)載上的電流相位比電壓相位滯后一個(gè)相位角，此時(shí)負(fù)載上的電流向量比電壓向量滯后：機(jī)端電壓可表示為:一、有功功率 ：在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽芑驒C(jī)械能）稱為有功功率，簡(jiǎn)稱“有功”，用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。 它反映了交流電源在電阻元件上做功的能力大小，或單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實(shí)際上它是交流電在

4、一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時(shí)功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。 二、無功功率 ：在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通過后便會(huì)建立起電感線圈的磁場(chǎng)或電容器極板間的電場(chǎng)。因此，在交流電每個(gè)周期內(nèi)的上半部分（瞬時(shí)功率為正值）時(shí)間內(nèi)，它們將會(huì)從電源吸收能量用建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)；而下半部分（瞬時(shí)功率為負(fù)值）的時(shí)間內(nèi)，其建立的磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量又返回電源。因此，在整個(gè)周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是說，電源的能量與磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量在進(jìn)行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而

5、并不消耗功率。 為了反映以上事實(shí)并加以表示，將電感或電容元件與交流電源往復(fù)交換的功率稱之為無功功率，簡(jiǎn)稱“無功”，用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。 無功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在，而進(jìn)行可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達(dá)了交流電源能量與磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量交換的最大速率。 實(shí)際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負(fù)載，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)建立磁場(chǎng)所消耗的功率即為無功功率。如果沒有無功功率，電動(dòng)機(jī)和變壓器就不能建立工作磁場(chǎng)。 三、視在功率 ：交流電源所能提供的總功率，稱之為視在功率或表現(xiàn)功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或

6、千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小。 視在功率即不等于有功功率，又不等于無功功率，但它既包括有功功率，又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取決于負(fù)載的功率因數(shù)。 四、功率三角形 ：視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關(guān)系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個(gè)直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角為功率因數(shù)角，它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。三、發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 1發(fā)電機(jī)的同期并列: 兩個(gè)(或兩個(gè)以上)電源并聯(lián)，必須是兩個(gè)電源電壓瞬時(shí)值任何時(shí)刻都基本相同，這

7、是因?yàn)殡娫吹膬?nèi)阻抗是很小很小的，兩個(gè)電源如果存在電勢(shì)差，則它們之間就會(huì)形成很大的環(huán)流，這是不允許的。因此在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前必需對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行同期判別6.并車：電壓相同頻率相同相位角相差在一定范圍內(nèi)2發(fā)電機(jī)的有功功率： 發(fā)電機(jī)的有功功率是由原動(dòng)機(jī)來提供，原動(dòng)機(jī)出力越大，所做的有功就越多；但對(duì)單機(jī)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)來說，由于受供電頻率的限制，原動(dòng)機(jī)的出力并非任意的，他必須保持額定頻率運(yùn)行，這樣對(duì)單機(jī)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，需要發(fā)多少有功不取決于自己，而是取決于（用戶）負(fù)載的大小，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載越重，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就會(huì)下降，這是因?yàn)樨?fù)載上電流流過定子繞組其有功分量產(chǎn)生的力矩與原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩方向是相反的，要克服這種由有功

8、負(fù)載而產(chǎn)生的阻力矩，保持轉(zhuǎn)速不變就必需加大原動(dòng)機(jī)的出力，維持轉(zhuǎn)速（頻率）不變，這任務(wù)是由調(diào)速器來完成的，它必須根據(jù)負(fù)荷的變化不斷地調(diào)整原動(dòng)機(jī)的出力，實(shí)現(xiàn)頻率恒定。 如發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，因電網(wǎng)容量是很大很大的，單憑一臺(tái)機(jī)的出力是不足以把整個(gè)電網(wǎng)的頻率提上去的，因此在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，加大原動(dòng)機(jī)的出力實(shí)際上是在電網(wǎng)中多承擔(dān)一點(diǎn)有功，表現(xiàn)出來的是定子電流（有功分量）增加，功率因數(shù)提高(趨向于1)。 3發(fā)電機(jī)的無功功率和電樞反映： 發(fā)電機(jī)電壓的建立除了轉(zhuǎn)子在定子線圈里轉(zhuǎn)動(dòng)，主要是靠轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)來形成的，前面說過一臺(tái)發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速一定情況下，磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)（勵(lì)磁電流越大），發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓就越高。對(duì)單機(jī)運(yùn)行的獨(dú)

9、立系統(tǒng)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁是可以調(diào)節(jié)這獨(dú)立電網(wǎng)電壓的，但如果發(fā)電機(jī)是并網(wǎng)運(yùn)行就有如調(diào)速器加大開度一樣，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不會(huì)升高，只是轉(zhuǎn)化為有功；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后增加勵(lì)磁電流，因電網(wǎng)的容量很大，我們認(rèn)為單臺(tái)機(jī)機(jī)端電壓升高是不能把整個(gè)電網(wǎng)電壓提上去的，表現(xiàn)出的是無功分量電流的增加，實(shí)際上是無功分配。勵(lì)磁它本身并不做功的，勵(lì)磁電流越大，所發(fā)的無功負(fù)荷就越多。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)照片輔助發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)1.電液執(zhí)行器電液執(zhí)行器柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中最常見一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其基本原理為：外加一直流電流到執(zhí)行器內(nèi)的盤式電機(jī)上，盤式電機(jī)能根據(jù)電流的大小轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，并拉動(dòng)與之相連的連桿動(dòng)作，去調(diào)節(jié)系統(tǒng)噴油。當(dāng)無電流輸入時(shí)，連桿在

10、彈簧的作用下自動(dòng)復(fù)位。2.數(shù)字控制器當(dāng)對(duì)于近年的電控噴油式柴油機(jī)如CAT3512B，就沒有執(zhí)行器，取而代之的是ECM數(shù)字式速度控制器，其噴油時(shí)間及大小是靠ECM電子控制器控制。3512B發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)電控模塊電控模塊傳感器傳感器噴油器噴油器鉆機(jī)配套發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)組成發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)介紹發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)介紹發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)主發(fā)電機(jī)及輔助發(fā)電機(jī)DECS-100：勵(lì)磁，電壓控制2301A、2301D：轉(zhuǎn)速控制SPM-D11：并車調(diào)節(jié)，保護(hù)控制，數(shù)據(jù)顯示電力采集儀與信號(hào)轉(zhuǎn)換儀：與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)采集S7-200：斷路器控制，狀態(tài)指示UPS、蓄電池：發(fā)電前提供電源發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)介紹發(fā)電機(jī)控制系

11、統(tǒng)介紹3.速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器需要與發(fā)電機(jī)執(zhí)行器相匹配。對(duì)于使用數(shù)字式執(zhí)行器的機(jī)組，CAT3512B系列柴油機(jī)，由于采用的是電控噴油調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其噴油時(shí)間及大小是靠ECM電子控制器控制，而ECM需要的是一個(gè)占空比可調(diào)節(jié)的脈寬信號(hào)（PWM信號(hào)），所以需要增加一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器。速度調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)油門大小控制速度4.控制原理發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般采用速度調(diào)節(jié)器對(duì)柴油機(jī)執(zhí)行器進(jìn)行控制，從而對(duì)柴油機(jī)機(jī)械式噴油泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此控制進(jìn)油量的大小。2301A啟動(dòng)過程:當(dāng)檢測(cè)到執(zhí)行器速度傳感器采集飛輪上齒數(shù)脈沖到速度傳感器，把該頻率值轉(zhuǎn)化為一與速度成正比的電壓值。在跟給定電壓做比較后放大輸出到執(zhí)行器控制柴油機(jī)。 發(fā)電機(jī)

12、勵(lì)磁系統(tǒng)1.概述現(xiàn)在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)普遍采用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的無刷勵(lì)磁。根據(jù)起勵(lì)方式的不同分為以下兩種方式：2.采用輔助勵(lì)磁機(jī)（PMG）起勵(lì)采用輔助勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上多了一臺(tái)輔助勵(lì)磁機(jī)。輔助勵(lì)磁機(jī)是一個(gè)永磁式中頻發(fā)電機(jī)，其永磁部分畫在旋轉(zhuǎn)部分的虛線框內(nèi)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速下時(shí)，輔助勵(lì)磁能產(chǎn)生一個(gè)恒定的電源，為電壓調(diào)節(jié)器提供電源，所以不存在起勵(lì)的問題。常用柴油機(jī)：日本三菱系列發(fā)電機(jī)組3.剩磁起勵(lì)發(fā)電剩磁起勵(lì)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器電源來自于連接于發(fā)電機(jī)出線上的電源變壓器。當(dāng)需要發(fā)電時(shí)，電壓調(diào)節(jié)電源只能由發(fā)電機(jī)剩磁發(fā)出的電來提供。這就要求電壓調(diào)節(jié)的起勵(lì)工作電壓很低。我們用的DECS

13、-100電壓調(diào)節(jié)器起勵(lì)電壓為6VAC。常用柴油機(jī)：CAT系列、濟(jì)柴發(fā)電機(jī)組（汾西發(fā)電機(jī)）主勵(lì)磁機(jī)與一般的同步發(fā)電機(jī)的工作原理基本相同，只是電樞是旋轉(zhuǎn)的。其發(fā)出的三相交流電經(jīng)過二極管整流后，直接送到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路作勵(lì)磁電源，因?yàn)閯?lì)磁機(jī)的電樞與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，這就實(shí)現(xiàn)了無刷勵(lì)磁。無刷勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：取消了滑環(huán)和碳刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部分。缺點(diǎn)是：在監(jiān)視與維修上有其不方便之處。轉(zhuǎn)子回路的電壓電流都不能直接進(jìn)行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，二極管的運(yùn)行狀況，接線是否開脫都不便監(jiān)視，因而在運(yùn)行維護(hù)上不太方便4.電壓調(diào)節(jié)的特性在單車運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)

14、的勵(lì)磁電流大小，實(shí)際上就是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小，發(fā)電機(jī)電壓要受電網(wǎng)上其他發(fā)電機(jī)影響，此時(shí)勵(lì)磁電流會(huì)影響發(fā)電機(jī)組間無功電流的分配。拐點(diǎn)：低頻率拐點(diǎn)設(shè)置決定了在低頻時(shí)何時(shí)開始降壓。壓頻曲線：壓頻曲線決定了在拐點(diǎn)以下電壓的下降率。5.無功控制系統(tǒng)無功的分配是靠各電壓調(diào)節(jié)器DROOP電壓降落曲線實(shí)現(xiàn)的。DROOP為在額定負(fù)載時(shí)電壓降落的百分?jǐn)?shù)。若機(jī)組初始電壓一致，DROOP一致，那么帶相同負(fù)載時(shí)，機(jī)組間電壓相等，無功功率也相等。DROOP值越大，系統(tǒng)對(duì)無功分配的變化越敏感。一，調(diào)試前的準(zhǔn)備一，調(diào)試前的準(zhǔn)備1、檢查線路用1000V絕緣表檢測(cè)發(fā)電機(jī)每相對(duì)地絕緣，并檢查

15、發(fā)電機(jī)進(jìn)線主電纜相序及有無短接、混接；用萬用表檢測(cè)發(fā)電機(jī)控制電纜的正確性（將執(zhí)行器、測(cè)速傳感器、勵(lì)磁與發(fā)電機(jī)控制柜的電纜斷開，檢測(cè)信號(hào)線間電阻），檢查測(cè)速及執(zhí)行器屏蔽電纜是否接好。具體參考值為：執(zhí)行器32歐姆、測(cè)速傳感器90歐姆、勵(lì)磁串聯(lián)12歐姆、勵(lì)磁并聯(lián)4歐姆；在不通電的情況下用蓄電池24V電源測(cè)試控制回路，把發(fā)電機(jī)控制開關(guān)打到相關(guān)控制位置時(shí)相應(yīng)的繼電器應(yīng)該正確動(dòng)作。 用萬用表檢測(cè)測(cè)量變壓器、電源變壓器、勵(lì)磁變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組間的阻值，檢查測(cè)量變壓器到速度調(diào)節(jié)器（如2301A）、電壓調(diào)節(jié)器（DECS-100）及同期檢測(cè)回路的相序 。檢測(cè)方法：用萬用表電阻檔測(cè)量發(fā)電柜三相變壓器a端子到230

16、1A電壓檢測(cè)端子a和MFR13電壓檢測(cè)端子a，阻值應(yīng)該為0，測(cè)量b端子和c端子時(shí)也應(yīng)該為0。 番茄花園1明確繼電器功能動(dòng)作二、各模塊參數(shù)的設(shè)置二、各模塊參數(shù)的設(shè)置1，速度調(diào)節(jié)器設(shè)置對(duì)于2301A速度調(diào)節(jié)器，在起車之前必須手動(dòng)預(yù)設(shè)置柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，防止起車后轉(zhuǎn)速過高發(fā)生危險(xiǎn)。具體設(shè)置是用小螺絲刀調(diào)節(jié)2301A模塊上的參數(shù)設(shè)置旋鈕。對(duì)于2301D速度調(diào)節(jié)器，在正式起車之前也需要修改并下載參數(shù)。2，SPM-D11參數(shù)設(shè)置3，DECS-100參數(shù)下載4，S7-200程序下載序號(hào)調(diào)節(jié)內(nèi)容和方法1短接2301控制板上輔助調(diào)節(jié)端子，把控制旋旋鈕打到IDLE，啟動(dòng)柴油機(jī)2把控制旋鈕打到RATED，順時(shí)針調(diào)節(jié)上的R

17、ATED SPEED旋鈕到柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500rpm（60Hz系統(tǒng)為1200rpm）3把控制旋鈕打到IDLE，逆時(shí)針調(diào)節(jié)上的LOW IDLE SPEED旋鈕到柴油機(jī)怠速1000rpm（60Hz系統(tǒng)為850rpm）三，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（只針對(duì)三，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（只針對(duì)2301A2301A模塊）模塊）對(duì)于2301A模塊，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)怠速和額定轉(zhuǎn)速。具體步驟如下：序號(hào)調(diào)節(jié)內(nèi)容和方法1把控制旋鈕打到RATED后， 待發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，測(cè)量發(fā)電機(jī)剩磁發(fā)出的電壓是否正常（大概30V左右），是否與SPM-D11上顯示的電壓相近2把控制旋鈕打到RUN位置，電壓緩慢建立3檢查發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓是否為600V，50Hz（60Hz）四，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。四，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。1，對(duì)于DECS-100電壓調(diào)節(jié)器，下載參數(shù)后無需進(jìn)行其他設(shè)置，具體操作步驟如下：四、合閘與并車 將選擇旋鈕打在負(fù)載位置，SPM-D11會(huì)自動(dòng)進(jìn)行同期調(diào)節(jié)，當(dāng)檢測(cè)到同步后發(fā)出合閘信號(hào)，由S7-200控制斷路器合閘。觀察儀表上發(fā)電機(jī)電壓，電流，頻率，功率是否正常（不帶負(fù)載）。用萬用表測(cè)量實(shí)際相電壓及對(duì)地電壓是否正常。五