1、會計學1發電機控制原理教程發電機控制原理教程發電機在石油鉆機系統中的作用 現在的電動鉆機鉆機中，發電機為所有用電設備提供電源，保證井隊作業的正常進行。 柴油發電機：是以柴油機為原動機，燃燒燃油為動力，帶動發電機。這種發電機容量小，一般只有數KW到數MW 主要由柴油機和發電機兩部分組成。柴油機主要是提供機械動能，發電機的作用是把柴油機提供的機械能轉換為電能。 因此，柴油機功率的大小，直接決定了整個機組的功率大小，而發電機容量的大小，則決定了整個系統容量的大小。第1頁/共52頁 發電機工作原理 1、電磁感應原理英國物理學家英國物理學家法拉第法拉第從從1822年起，經過十年起，經過十年的努力，終于在

2、年的努力，終于在1831年發現了磁也能生電年發現了磁也能生電。 電磁感應原理：導體在磁場中運動，切割磁力線后會產生感應電勢。即磁生電。第2頁/共52頁第3頁/共52頁感應電動勢的大小取決于導體的匝數和導體內磁通變化率，其方向是它將在線圈內產生感應電流來建立磁場用以阻止原磁場產生的磁通變化。E= - N d/dt (為穿過導體的磁通) 對于恒定磁場中的運動導體有 E= BLV第4頁/共52頁柴油發電機發電原理 如上所述，不論是導線在磁場中運動切割磁力線，或是通過線圈的磁通量發生變化,在導線或線圈上都會產生感應電勢。因為運動的位移是相對的，只要是通過線圈平面的磁通量發生變化，那就不論是線圈在磁場里

3、旋轉、或是磁場旋轉相對線圈運動，其效果都是相同的，都會在線圈上產生感應電勢。因為容量增大和引出線工藝的需要，實際上大部分發電機都是旋轉磁場式的，在發電機中間旋轉的磁場稱為轉子，在發電機外面的線圈稱為定子第5頁/共52頁第6頁/共52頁第7頁/共52頁在電力系統負載中最大量的是帶電感的電阻性負載，它的特性是介乎于電阻負載和電感負載之間，負載上的電流相位比電壓相位滯后一個相位角，此時負載上的電流向量比電壓向量滯后：機端電壓可表示為:第8頁/共52頁一、有功功率 ：在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉換的那部分功率（如轉變為熱能、光能或機械能）稱為有功功率，簡稱“有功”，用“P”表示，單

4、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，或單位時間內轉變為其它能量形式的電能數值。實際上它是交流電在一個周期內瞬時轉變為其他能量形式的電能數值。實際上它是交流電在一個周期內瞬時功率的平均值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的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，在通過后便會建立起電感線圈的磁場或電容器極板間的電場。因此，在交流電每個周期內的上半部分（瞬時功率為正值）時間內，它們將會從電源吸收能量用建立磁場或電場；而下半部分（瞬時功率為負值）的時間內，其建立

5、的磁場或電場能量又返回電源。因此，在整個周期內這種功率的平均值等于零。就是說，電源的能量與磁場能量或電場能量在進行著可逆的能量轉換，而并不消耗功率。 第9頁/共52頁為了反映以上事實并加以表示，將電感或電容元件與交流電源往復交換的功率稱之為無功功率，簡稱“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，而進行可逆性轉換的那部分電功率，它表達了交流電源能量與磁場或電場能量交換的最大速率。 實際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負載，它們在工作時建立磁場所消耗的功率即為無功功率。如果沒有無功功率，電動機和變壓器就不能建立工作磁

6、場。 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功率，在數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）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設備（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，主要取決于負載的功率因數。 第10頁/共52頁四、功率三角形 ：視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個直角三角形，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角，

7、它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。第11頁/共52頁三、發電機的并列運行 1發電機的同期并列: 兩個(或兩個以上)電源并聯，必須是兩個電源電壓瞬時值任何時刻都基本相同，這是因為電源的內阻抗是很小很小的，兩個電源如果存在電勢差，則它們之間就會形成很大的環流，這是不允許的。因此在發電機并入電網前必需對機端電壓進行同期判別第12頁/共52頁6.并車：電壓相同頻率相同相位角相差在一定范圍內第13頁/共52頁2發電機的有功功率： 發電機的有功功率是由原動機來提供，原動機出力越大，所做的有功就越多；但對單機運行的發電機來說，由于受供電頻率的限制，原動機的出力并非任意的，他必須保持額定頻率運

8、行，這樣對單機運行的發電機，需要發多少有功不取決于自己，而是取決于（用戶）負載的大小，當發電機負載越重，轉子的轉速就會下降，這是因為負載上電流流過定子繞組其有功分量產生的力矩與原動機的轉動力矩方向是相反的，要克服這種由有功負載而產生的阻力矩，保持轉速不變就必需加大原動機的出力，維持轉速（頻率）不變，這任務是由調速器來完成的，它必須根據負荷的變化不斷地調整原動機的出力，實現頻率恒定。 如發電機并網運行，因電網容量是很大很大的，單憑一臺機的出力是不足以把整個電網的頻率提上去的，因此在發電機并網運行時，加大原動機的出力實際上是在電網中多承擔一點有功，表現出來的是定子電流（有功分量）增加，功率因數提高

9、(趨向于1)。 第14頁/共52頁3發電機的無功功率和電樞反映： 發電機電壓的建立除了轉子在定子線圈里轉動，主要是靠轉子的磁場來形成的，前面說過一臺發電機在轉速一定情況下，磁場強度越強（勵磁電流越大），發電機產生的電壓就越高。對單機運行的獨立系統，調節勵磁是可以調節這獨立電網電壓的，但如果發電機是并網運行就有如調速器加大開度一樣，發電機的轉速也不會升高，只是轉化為有功；發電機并網后增加勵磁電流，因電網的容量很大，我們認為單臺機機端電壓升高是不能把整個電網電壓提上去的，表現出的是無功分量電流的增加，實際上是無功分配。勵磁它本身并不做功的，勵磁電流越大，所發的無功負荷就越多。第15頁/共52頁現場

10、發電機照片輔助發電機第16頁/共52頁第17頁/共52頁主發電機第18頁/共52頁第19頁/共52頁第20頁/共52頁發動機電控系統1.電液執行器電液執行器柴油機調速系統中最常見一種執行機構，其基本原理為：外加一直流電流到執行器內的盤式電機上，盤式電機能根據電流的大小轉動相應的角度，并拉動與之相連的連桿動作，去調節系統噴油。當無電流輸入時，連桿在彈簧的作用下自動復位。第21頁/共52頁2.數字控制器當對于近年的電控噴油式柴油機如CAT3512B，就沒有執行器，取而代之的是ECM數字式速度控制器，其噴油時間及大小是靠ECM電子控制器控制。第22頁/共52頁電控模塊電控模塊傳感器傳感器噴油器噴油器

11、第23頁/共52頁第24頁/共52頁鉆機配套發電機及其控制系統組成第25頁/共52頁第26頁/共52頁第27頁/共52頁發電機控制系統介紹第28頁/共52頁發電機控制系統介紹發電系統發電系統主發電機及輔助發電機DECS-100：勵磁，電壓控制2301A、2301D：轉速控制SPM-D11：并車調節，保護控制，數據顯示電力采集儀與信號轉換儀：與PLC通訊，實現發電機數據采集S7-200：斷路器控制，狀態指示UPS、蓄電池：發電前提供電源第29頁/共52頁發電機控制系統介紹第30頁/共52頁發電機控制系統介紹第31頁/共52頁第32頁/共52頁第33頁/共52頁第34頁/共52頁3.速度調節器速度

12、調節器需要與發電機執行器相匹配。對于使用數字式執行器的機組，CAT3512B系列柴油機，由于采用的是電控噴油調節系統，其噴油時間及大小是靠ECM電子控制器控制，而ECM需要的是一個占空比可調節的脈寬信號（PWM信號），所以需要增加一個信號轉換器。第35頁/共52頁第36頁/共52頁4.控制原理發電機調速系統一般采用速度調節器對柴油機執行器進行控制，從而對柴油機機械式噴油泵進行調節，以此控制進油量的大小。2301A啟動過程:當檢測到執行器速度傳感器采集飛輪上齒數脈沖到速度傳感器，把該頻率值轉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行器控制柴油機。第37頁/共52頁 發電機勵磁

13、系統1.概述現在發電機勵磁系統普遍采用自動電壓調節器進行控制的無刷勵磁。根據起勵方式的不同分為以下兩種方式：第38頁/共52頁2.采用輔助勵磁機（PMG）起勵采用輔助勵磁發電機的系統，在發電機轉子上多了一臺輔助勵磁機。輔助勵磁機是一個永磁式中頻發電機，其永磁部分畫在旋轉部分的虛線框內。當發電機轉子運轉在額定轉速下時，輔助勵磁能產生一個恒定的電源，為電壓調節器提供電源，所以不存在起勵的問題。常用柴油機：日本三菱系列發電機組第39頁/共52頁3.剩磁起勵發電剩磁起勵系統電壓調節器電源來自于連接于發電機出線上的電源變壓器。當需要發電時，電壓調節電源只能由發電機剩磁發出的電來提供。這就要求電壓調節的起

14、勵工作電壓很低。我們用的DECS-100電壓調節器起勵電壓為6VAC。常用柴油機：CAT系列、濟柴發電機組（汾西發電機）第40頁/共52頁主勵磁機與一般的同步發電機的工作原理基本相同，只是電樞是旋轉的。其發出的三相交流電經過二極管整流后，直接送到發電機的轉子回路作勵磁電源，因為勵磁機的電樞與發電機的轉子同軸旋轉，所以它們之間不需要任何滑環與電刷等轉動接觸元件，這就實現了無刷勵磁。無刷勵磁系統的優點是：取消了滑環和碳刷等轉動接觸部分。缺點是：在監視與維修上有其不方便之處。轉子回路的電壓電流都不能直接進行監視，轉子繞組的絕緣情況也不便監視，二極管的運行狀況，接線是否開脫都不便監視，因而在運行維護上

15、不太方便第41頁/共52頁4.電壓調節的特性在單車運行時，調節發電機的勵磁電流大小，實際上就是調節發電機電壓。在發電機并網運行后，調節發電機勵磁電流大小，發電機電壓要受電網上其他發電機影響，此時勵磁電流會影響發電機組間無功電流的分配。拐點：低頻率拐點設置決定了在低頻時何時開始降壓。壓頻曲線：壓頻曲線決定了在拐點以下電壓的下降率。第42頁/共52頁5.無功控制系統無功的分配是靠各電壓調節器DROOP電壓降落曲線實現的。DROOP為在額定負載時電壓降落的百分數。若機組初始電壓一致，DROOP一致，那么帶相同負載時，機組間電壓相等，無功功率也相等。DROOP值越大，系統對無功分配的變化越敏感。第43

16、頁/共52頁一，調試前的準備一，調試前的準備1、檢查線路用1000V絕緣表檢測發電機每相對地絕緣，并檢查發電機進線主電纜相序及有無短接、混接；用萬用表檢測發電機控制電纜的正確性（將執行器、測速傳感器、勵磁與發電機控制柜的電纜斷開，檢測信號線間電阻），檢查測速及執行器屏蔽電纜是否接好。具體參考值為：執行器32歐姆、測速傳感器90歐姆、勵磁串聯12歐姆、勵磁并聯4歐姆；在不通電的情況下用蓄電池24V電源測試控制回路，把發電機控制開關打到相關控制位置時相應的繼電器應該正確動作。 用萬用表檢測測量變壓器、電源變壓器、勵磁變壓器初級和次級繞組間的阻值，檢查測量變壓器到速度調節器（如2301A）、電壓調節

17、器（DECS-100）及同期檢測回路的相序 。檢測方法：用萬用表電阻檔測量發電柜三相變壓器a端子到2301A電壓檢測端子a和MFR13電壓檢測端子a，阻值應該為0，測量b端子和c端子時也應該為0。 番茄花園1明確繼電器功能動作第44頁/共52頁二、各模塊參數的設置二、各模塊參數的設置1，速度調節器設置對于2301A速度調節器，在起車之前必須手動預設置柴油機轉速，防止起車后轉速過高發生危險。具體設置是用小螺絲刀調節2301A模塊上的參數設置旋鈕。對于2301D速度調節器，在正式起車之前也需要修改并下載參數。2，SPM-D11參數設置3，DECS-100參數下載4，S7-200程序下載第45頁/共

18、52頁序號調節內容和方法1短接2301控制板上輔助調節端子，把控制旋旋鈕打到IDLE，啟動柴油機2把控制旋鈕打到RATED，順時針調節上的RATED SPEED旋鈕到柴油機額定轉速1500rpm（60Hz系統為1200rpm）3把控制旋鈕打到IDLE，逆時針調節上的LOW IDLE SPEED旋鈕到柴油機怠速1000rpm（60Hz系統為850rpm）三，發電機轉速調節（只針對三，發電機轉速調節（只針對2301A2301A模塊）模塊）對于2301A模塊，需要手動調節柴油機怠速和額定轉速。具體步驟如下：第46頁/共52頁序號調節內容和方法1把控制旋鈕打到RATED后， 待發電機轉速穩定后，測量發電機剩磁發出的電壓是否正常（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檢查發電機發出電壓是否為600V，50Hz（60Hz）四，使發電機進入發電狀態。四，使發電機進入發電狀態。1，對于DECS-100電壓調節器，下載參數后無需進行其他設置，具體操作步驟如下：第47頁/共52頁四、合閘與并車 將選擇旋鈕打在負載位置，SPM-D11會自動進行同期調節，當檢測到同步后發出合閘信號，由S7-200控制斷路器合閘。觀察儀表上發電機電壓，電流，頻率，功率是否正常（不帶負載）。用萬用表測量實際相電壓及對地電壓是否正常。第48頁/共52頁五，并車帶載及