第三章船舶發電與配電系統第一節

三相交流同步發電機第二節

船舶電力系統的基本概念第三節

船舶主配電板第四節

船舶應急電源系統第五節

發電機主開關的基本結構和原理第六節

同步發電機的并聯運行船舶電氣第一節

三相交流同步發電機

使用交流電制的船舶均采用三相交流同步發電機作為主電源設備。交流同步發電機是一種能量轉換裝置，它將原動機發出的機械能轉換成電能。根據原動機的形式，通常有中速柴油機發電機組，有的也配有轉速較高的汽輪機發電機組。集大輪機自動化1.定子電樞構造

定子為電樞的同步電機,定子鐵芯是由硅鋼片疊成。定子鐵芯槽內嵌放的三相對稱繞組也是依次相差120o空間電角度或120o/p空間機械角度,其中p為極對數。三相繞組又稱電樞繞組,作為電力發電機基本上都采用Y形連接。定子結構由鐵芯、繞組以及機座、端蓋等附件組成,與異步電機定子基本相同。

2.轉子隱極式：轉速高（3000r/min、1500r/min）汽輪機

凸極式:轉速較低（小于1000r/min）柴油原動機船舶電氣

在三相電樞繞組中產生對稱的三相正弦空載電動勢(即開路相電壓)，其瞬時值為eA=EmsinωteB=Emsin(ωt-120°)eC=Emsin(ωt+120°)空載電動勢的有效值為E0=4.44fNφ0kW每相空載電動勢E0=keΦ0n船舶電氣(三)三相交流同步發電機的勵磁方式按同步發電機的勵磁電源的不同有兩種基本類型，即自勵和他勵。設有專用勵磁電源的稱為他勵方式。目前船舶同步發電機都采用自勵形式，其直流勵磁電流由自身輸出的交流電經過整流并調節后獲得。為降低滑環和碳刷裝置帶來的維護保養問題，近年來無刷發電機得到推廣和使用。與普通發電機組相比，除具有相同的同步主發電機外，無刷發電機還由中頻交流勵磁機和旋轉整流器組成。船舶電氣(四)三相交流同步發電機的銘牌參數1.額定功率PN(W，kW，MW)，指發電機輸出的額定有功功率；而船舶發電機常用額定容量SN(VA，kVA，MVA)來表示發電機的輸出能力。2.額定電壓

UN(V，kV)，指額定運行時發電機輸出端的線電壓。3.額定電流

IN(A，KA)，指額定運行時定子輸出端的線電流。4.額定功率因數

cosφN，指額定運行時電機的功率因數。5.額定頻率

fN(Hz)，指電機電樞輸出端電能的頻率，我國標準工頻為50Hz。6.額定轉速

nN(r/min)，指額定運行時電機的轉速即同步轉速。船舶電氣7.絕緣等級，指電機的絕緣材料的等級，船用一般為E級以上。8.溫升，指電機在額定負載運行時允許最高溫升。9.勵磁電壓

UfN，指額定負載時所加勵磁電壓。10.勵磁電流

IfN，指額定負載時所加勵磁電流。二、同步發電機的空載運行及空載特性(一)同步發電機的自勵起壓船舶電氣船舶電氣(二)自勵起壓條件同步發電機自勵起壓過程是一種正反饋過程，整個過程并無外來輸入量。要完成自勵起壓，必須具備下列條件：(1)發電機必須有足夠的剩磁，這是自勵的必要條件。新造的發電機無剩磁，長期不運行的發電機剩磁也會消失，這時可用其他直流電源進行充磁，注意直流電源充磁的磁場要與原剩磁一致。(2)要使自勵過程構成正反饋，由剩磁電勢所產生的電流建立的勵磁磁勢必須與剩磁方向相同，所以整流裝置直流側的極性與勵磁繞組所要求的極性必須一致。(3)適當整定勵磁回路阻抗，使勵磁特性與空載特性配合恰當，獲得空載電壓Uo。船舶電氣(三)自勵起壓存在的實際問題及措施對于自勵同步發電機，上述自勵起壓過程只是一種理想狀況。實際上，由于自勵回路是一個非線性電路，在起壓過程中其阻抗是變化的，是由整流二極管的正向導通電阻、碳刷與滑環的接觸電阻及勵磁繞組的直流電阻所組成的。起壓初始階段因剩磁電壓所產生的勵磁電流很小，故整流二極管的正向電阻和碳刷與滑環的接觸電阻都呈高阻狀態；以后隨著電壓增加，勵磁電流增大時，回路呈低阻狀態。所以實際勵磁在起壓時，初始電壓不夠高，可能無法克服高阻狀態，勵磁電流不能提高，發電機不能起壓。船舶電氣采用的方法：(1)提高發電機的剩磁電壓。即給勵磁回路充磁，當發電機靠本身建壓失敗時，按下主配電板發電機控制屏上充磁按鈕，臨時充磁來提高剩磁電壓，從而實現起壓。(2)降低伏安特性。實際工作中采取措施減少碳刷與滑環的接觸電阻，以降低勵磁回路電阻，使得剩磁產生的電壓能夠產生足夠的電流以進一步提高電壓。(3)利用復勵電流幫助起壓。在起壓時臨時短接一下主電路，利用短路產生的復勵電流幫助起壓；或利用升壓變壓器來向勵磁回路供電起壓。采用這兩種方法，電壓一旦建立應立即切除升壓變壓器或打開主電路，但操作不容易，實際上很少使用。船舶電氣(四)同步發電機的空載運行與空載特性分析若定子繞組輸出端開路，即為同步發電機的空載運行。如圖3-5中1為同步發電機的空載特性曲線，由于E0

與φ0成正比，而φ0由If勵磁產生，這兩者之間關系即為磁化曲線，故E0與If之間的空載特性曲線與磁化曲線具有相同的形狀。圖3-5中Er為剩磁電壓(在額定轉速下使If=0時所測得的電樞開路電壓)。

空載特性曲線不僅反映了發電機空載時輸出端電壓與勵磁電流之間的關系，而且當發電機負載運行時，同樣可以通過這一曲線及勵磁電流來推算出電樞感應電勢的數值。此外，空載特性曲線在研究、分析發電機自勵起壓的過程中也有著重要作用。空載特性曲線可通過實驗方法測出。船舶電氣三、同步發電機的負載運行及電樞反應(一)同步發電機的負載運行特點由于電樞感應電動勢和電流取決于主磁極的旋轉方向，而電樞磁場的旋轉方向取決于三相定子繞組中的負載電流的相序，因此電樞磁場不僅與主磁極磁場速度相等，且方向相同，兩者相對靜止，做同步旋轉。同步發電機負載運行時，其旋轉磁場實際上是由轉子主磁極磁通φ0

和定子電樞磁通φa

合成的結果，即空間上兩個磁場矢量疊加，形成一個氣隙磁場，合成的磁通φ的磁軸及大小與主磁極磁通φ0

相比都發生一定的變化。這種旋轉的電樞磁場對磁極(勵磁)主磁場的影響稱為電樞反應。船舶電氣(二)同步發電機的電樞反應分析由異步電動機工作原理分析可知，三相對稱電流所產生的旋轉磁場的軸線與電流達到最大值的繞組的軸線是重合的，即電樞磁通φa的相位取決于負載電流的相位，而磁極磁通φ0

的相位又始終超前于空載感應電勢90°電角度。因此，當負載性質變化時，即φa與φ0不同時，或φa

與φ0之間的相位差發生變化時，都會產生不同結果的電樞反應。船舶電氣1.與同相位時的電樞反應——交軸電樞反應2.滯后于90°時的電樞反應——直軸去磁電樞反應3.超前于90°時的電樞反應——直軸增磁電樞反應

船舶電氣(三)同步發電機的外特性及調節特性同步發電機的穩態運行特性包括外特性、調整特性和效率特性。從這些特性中可以確定發電機的電壓調整率、額定勵磁電流和額定效率，這些都是標志同步發電機性能的基本數據。1.同步發電機的外特性外特性表示發電機的轉速為同步轉速，勵磁電流和負載功率因數保持不變時，發電機的端電壓(相電壓)與電樞電流之間的關系；即n=ns，If=常值，cosφ=常值時，U=f(I)。船舶電氣圖3-8表示帶有不同功率因數的負載時同步發電機的外特性。船舶電氣

船舶電氣2.同步發電機的調節特性

靜態電壓變化率是同步發電機運行的一個重要指標，根據中國船級社《鋼質海船入級規范》船舶同步發電機的靜態電壓變化率，主發電機為±2.5%，應急發電機為±3.5%。顯然前述發電機的外特性不能滿足要求，實際使用中需要不斷地調整勵磁