第13章 船舶同步发电机的并联运行

对原动机为阻力矩，减
速。
•1号机，吸收有功功率，
对原动机驱动力矩，加
速。
•自整步力矩拉入同步。 •去磁效应一致，电压 仍相等
.
.
.
U U1U2
U 2U sin
2
并车时要求相位差一般应在15之内。
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3) 并车时电压和相位相同，但频率不相同
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第二节 发电机并联运行的特点
船舶同步发电机的并联运行，多为两台或多台同 容量发电机并联。这里以两台发电机并联运行为 例来分析同容量发电机并联运行的一些特点：
（1）两台发电机的有功功率和无功功率总是等于 负载的有功功率P和无功功率Q，即：
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第三节 船舶同步发电机的并联运行条件分析
并联运行的条件为：
1.待并发电机的电压与电网(或运行机)电压的 相序一致；
2.待并发电机的电压与电网电压的有效值相 同;(U2=U1)
3.待并发电机的电压频率与电网电压的频率相 同;(f2=f1)
2t 1t (2 1)t 2 ( f2 f1)t
并车时一般要求将两台发电机的频差控制在 0.5Hz之内。
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第四节 船舶同步发电机手动并联运行分析
并车时检查和调整待并发电机的电压、频率、初相 位，在满足并车的条件时合闸，这种方法称为准同 步并车。如果由手工完成这个过程，称为手动准同 步并车操作；若由自动装置来完成，则称为自动并 车操作。
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（3）单独增加一台发电机的励磁电流时，该发电 机输出的无功功率增加，而另一台发电机输出的无 功功率将自动减少。
此外，增加励磁电流使空载电动势增大，而另一台 发电机输出的无功功率的减少使其去磁效应减少， 两者都使电网的电压有所上升。
单独减少一台发电机的励磁电流，则其变化与上述 相反。只有同时反方向调节两发电机的励磁电流， 才能保持电网的电压不变。
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(2) 频率预调
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手动并车时，人们借助同步灯或同步表旋转 方向来判断待并机的频率是高于或低于电网 频率，从而决定待并机加速或减速、调节频 差满足并车要求并抓取相位差为零的时刻， 而自动并车装置则需要有一个频差符号自动 检测和调速控制电路来取代上述手动操作， 称为频率预调。
P1 P2 P
Q1 Q2 Q
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（2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加 一台发电机的输入的机械功率，可使该发电机输 出的有功功率增加；与此同时，将引起另一台并 联机组输出的有功功率自动减少。 此外，由于输入的机械功率的增加使转速升高， 而另一台机组因输出的有功功率的减少也使转速 上升，结果将使电网的频率有所升高。 如果单独减少一台机组输入的机械功率，则变化 与上述相反。只有同时向相反方向调节两并联机 组输入的机械功率时，才能保持电网的频率不变。
合闸时刻: 使灯光向“快”（顺时针）的方向旋转，当调
节到3～5秒旋转一周后，当指示灯L1最暗而L2、L3同样亮时
。
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2) 灯光明暗法(灯光熄灭法 )
灯泡明暗的快慢取决于频差的大小,指示灯明暗一次所 需的时间TS＝1/f称为频差周期。
合闸时刻：当灯泡3～5秒明暗一次时,约在接近灯暗区间 的中心时。
本章重点
讨论了同步发电机机准同步并车的 四大条件： 相序相同、电压相等、频率相等、 相位相同。
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第一节 概述
现代船舶大多采用交流电站，随着船舶吨位、 电气化、自动化程度的提高，电站容量也日益 增加。为了满足船舶供电的可靠性和经济性， 一般的船舶电站均配置了两台以上的同步发电 机组做为主电源，并且这两台以上的发电机可 以通过公用母线向全船负荷供电，这就是通常 所说的发电机并联运行。
合闸瞬间两台发电机电压和相位相同，只是频 率不同，如果f2>f1，则将超前δ角。
电压和相位相同,频率不相同
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若在t=0时合闸，将不会产 生环流；在t>0时合闸，将 出现相位差，产生环流， 若频差不大，最终通过自 整步力矩拉入同步。若频 差较大，难以拉入同步， 且随着相位差的变化，产 生较大环流和较大的冲击 力矩，对发电机和船舶电 力系统均不利。
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1) 频差脉动电压与相位检测原理
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滤波后为正选脉动电压：
US
TS1
TS 2
TS 3
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频差大
频差小
频差更小
US
2U m
sin
S
0
2
S 2 Vft
TS
1 Vf
波形反映出：频差大小，相位关系，电压为零的点即为同相点
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2) 频率和电压相同，相位不相同
假设待并发电机电压U1 的相位超前于电网电压 U2的角度为δ。两发电机 间仍存在电压差U。合 闸后在两机组之间产生 环流。
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•2号机，输出有功功率，
4.待并发电机的电压相位(或初相位)与电网电 压的相位一致。(δ2=δ1)
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下面将对三种条件逐一分析
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实际接线图
x1'' , x2'' 并车瞬间发动机等值电抗
单相等效电路图
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手动准同步并车通常采用灯光法和整步表法来检测 并车条件。
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同步指示灯法
灯光明暗法 灯光旋转法
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1) 灯光旋转法
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f2＞f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为: L1L2L3 L1
f2＜f1时，灯泡轮流熄灭的顺序为: L1L3L2 L1
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船舶电站自动整步器
采用模块式的船舶电站自动整步器的实例
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由波形图可见，当δ0为0时，输出电压为0，但这种 波形的脉动电压存在如下问题：
(1) 电压U1≠U2时，US ≠0时，采用US =0来判断δ0=0 就会出现错误，船舶电网电压波动较大，这是客 观存在现象。
(2) 无法从中获得频差方向，从而无法判断待并机频 率高于还是低于电网频率。
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第五节 同步发电机自动并车装置的基本原理
自动准同步并车原理
大部分船舶电站都装有PMS船舶电站功率管理系统（PMS） （Power Management System）
自动并车不作为一个独立装置，而是PMS的一个单元或一 部分。
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第13章 同步发电机的并车运行
第一节 概述 第二节 发电机并联运行的特点 第三节 船舶同步发电机的并联运行条件分析 第四节 船舶同步发电机手动并联运行分析 第五节 同步发电机自动并车装置的基本原理
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(3) 合闸控制电路
合闸控制电路把电压差允许鉴别的条件， 频差允许鉴别条件与恒定提前时间(主开关 合闸时间)捕获脉冲通过一个合闸与门,送 出合闸控制信号，使主开关合闸操作。
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同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于 15min，间隔时间为30min，所以，并车操作过程不宜 太长，并车成功后应及时切除。
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电抗器粗同步并车原理
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电流通常被限制在额定电流的1.2～1.4倍。并车的条件为： 电压差U<10％Un,频差f <（1～1.5）Hz,相位差δ<180 （一般应小于90）时合闸。
(3) 脉动电压与相位差δ的关系是正弦关系，而不是 线性关系。
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为了克服正弦脉动电压的缺陷，提出采用三角波 频差脉动电压， US 与δ的关系成线性关系，并 且不受电压差和波形失真的影响。
S1
S 2
TS1
TS 2
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1) 频率和初相位相同，电压有效值不相同
假设电网电压低于待并发电机电压，即U1＜U2。在这种 情况下投入G2时，主开关DW2两端存在. 电压. 差U. 。
U U2U1
环流IPH滞后U2对G2去磁 效应，环流IPH超前U1对 G1增磁效应，最终使两 机并联运行于同一电压。
频率和初相位相同,电压有效值不相同
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同步表法
同步表是一种用来检测待 并发电机与电网（汇流排） 电压的频率和相位差大小 及其方向的仪表，又称整 步表。
指针旋转一圈所需要的时 间为TS＝1/f。
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合闸的时刻: 同步表向“快”的方向3～5秒旋转一周， 在指针接近表盘的中点（同相位点）时合闸。
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自动并车装置应具有以下功能：
1.检测待并发电机电压与电网电压之间的频差和频差符号， 并根据频差的大小和符号，向待并发电机发出相应的自动整 步的加速或减速信号；
2.检测频差、相位差和电压差，当满足允许合闸条件时，适 时地发出合闸指令。
自动并车装置通常可分为两大部分：一部分为频率预调， 一部分为合闸控制。
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两台发电机的电压不等所产生的无功性质 环流，对两台发动机起均压作用， 因此，IPH称 为平衡电流，由于发电机并车瞬间呈现出的等 值电抗很小，因此在电压差较大情况下进行并 车，合闸瞬间会差生很大的冲击电流。
并车操作时两台发电机组之间的电压差 不能超过额定电压的10％。