船舶电气设备与系统 *14.3 晶闸管自励恒压励磁系统 晶闸管自励恒压装置原理，如图14-16所示。返回晶闸管自励恒压装置原理主要由测量移相比较环节, 触发控 制环节及励磁主回路三大环节组成。 1. 测量比较环节 测量比较环节中包括测量滤波及比较两个回路，其作用是 采样发电机电压并经整流器变换为直流电压，与给定的基 准电压值相比较，得出偏差信号，该偏差信号经放大后去 控制发电机的励磁。所以，测量比较环节的性能, 直接影响 励磁系统的动态和静态特性。通常要求测量比较电路具有 较好的稳定性、线性度，足够的灵敏度，以及优良的动态 性能。船舶电气设备与系统 *oo 该系统测量回路主要由该系统测量回路主要由测量变压器测量变压器TCTC, , 和和整流滤波电路整流滤波电路 VDVD组成组成. . 测量回路通常采用单相全波桥式整流、三相全测量回路通常采用单相全波桥式整流、三相全 波桥式整流、六相全波桥式整流，整流相数越多，则输波桥式整流、六相全波桥式整流，整流相数越多，则输 出电压越平稳。图出电压越平稳。图14-1714-17为单相全波桥式整流、三相全为单相全波桥式整流、三相全 波桥式整流、六相全波桥式整流电路图。为了得到平稳波桥式整流、六相全波桥式整流电路图。为了得到平稳 的直流电压需要滤波电路，滤波电路通常有的直流电压需要滤波电路，滤波电路通常有T T型滤波、型滤波、 双双T T型滤波和桥式滤波等几种。型滤波和桥式滤波等几种。（1 1）测量回路）测量回路 船舶电气设备与系统 *o 比较电路大多采用桥式比较电路, 其作用是把测量整 流电路输出的电压与基准电压相比较，得到一个反映 发电机电压偏差的直流电压信号。由于稳压管具有恒 压特性，它常被用作比较电路的基准电压元件。图14 -18为双稳压管桥式比较电路及特性。（2 2）比较电路）比较电路比较电路的特性：先正反馈，后负反馈。比较电路的特性：先正反馈，后负反馈。 1)1)正反馈正反馈是指输出电压随输入电压的增大而增大。是指输出电压随输入电压的增大而增大。该特性是发电机自励起压过程。该特性是发电机自励起压过程。 2 2）负反馈负反馈是指输出电压随输入电压的增大而减少。是指输出电压随输入电压的增大而减少。该特性是使发电机输出电压保持恒定的作用。该特性是使发电机输出电压保持恒定的作用。船舶电气设备与系统 *稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管， 其其V-AV-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡 稳稳 压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阻配合压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阻配合 后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。 船舶电气设备与系统 *o （1）移相触发环节触发控制回路, 主要由移相及脉冲形成电路组成 。根据比较电路输出的偏差电压UK的大小和极性， 移相电路对晶闸管发出相应控制触发角的脉冲，调 整晶闸管的导通角。由于三相桥式可控整流器能随 电压偏差而输出相应的励磁电流，使电压保持恒定 ，所以具有良好的静态电压调整特性。 o （2）励磁主电路励磁装置中的可控整流电路与一般的可控整流 电路相同，如图14-19所示有单相半波、单相桥式、 三相桥式可控整流电路等几种。 2. 2. 移相触发环节及励磁主回路移相触发环节及励磁主回路船舶电气设备与系统 *14.4 14.4 可控相复励自励恒压励磁系统可控相复励自励恒压励磁系统 返回前述的相复励装置, 虽然具有动态性能好, 强励能力强 等特点，但其调压精度不高。调压特性的线性度差。为此 在按进行不可控相复励调压的基础上，又加上了一个按 进行微调的自动电压调节器AVR（Automatic Voltage Regulator）。这就是所谓可控相复励自励恒压励磁系统 ，其原理图如图 14-20所示。可控相复励恒压原理可控相复励恒压原理是是: :采用相复励作为基本励磁电流采用相复励作为基本励磁电流 ， 通过通过 “ “ 晶闸管晶闸管 ” ” 等控制器等控制器 （ AVR AVR ），）， 控制励磁电流的控制励磁电流的 “ “ 微微 调调 ” ”， 从而实现从而实现 “ “ 高精度的高精度的 ” ” 恒压控制恒压控制 。 船舶电气设备与系统 *o 可控相复励自励恒压装置，采用在电磁迭加相复励 装置的三绕组变压器中加一个直流磁化绕组的方法 。自动电压调节器AVR通过改变直流磁化绕组中的 电流来改变变压器铁芯的磁化程度，从而控制相复 励变压器的各交流励磁线圈的电抗，以控制相复励 变压器的输出电流，如图14-21所示。一、可控相复励变压器式可控相复励装置一、可控相复励变压器式可控相复励装置直流磁化绕组直流磁化绕组: :直流电流可改变磁路磁导率，使交流直流电流可改变磁路磁导率，使交流 绕组电抗改变，从而改变相复励变压器输出电流。（磁放绕组电抗改变，从而改变相复励变压器输出电流。（磁放 大器原理）大器原理）船舶电气设备与系统 *二、可控移相电抗器式可控相复励装置 可控移相电抗器式调压器原理图如图14-22所示。这种装置的 基本励磁装置为电流相加的相复励装置，不同的是移相电抗 器用饱和电抗器取代固定电抗器。AVR按电压偏差输出相应 的直流来控制饱和电抗器的饱和程度，以调节相复励装置交 流侧电流, 从而消除电压的偏差。船舶电气设备与系统 *图14-23所示为可控电抗器分流的调压器的单相原理图。 它在整流器的交流侧并联一个三相饱和电抗器，进行 交流侧的分流控制。当出现电压偏差时，AVR的电流IT 控制饱和电抗器的饱和程度，从而改变分流，以达到调 压的目的。 返回三、可控电抗器分流的调压器三、可控电抗器分流的调压器船舶电气设备与系统 *o 图14-24所示为交流侧晶闸管分流的调压器单线原 理图。晶闸管并联在相复励装置的交流侧实现交流 侧的分流。当电压出现偏差时，AVR输出与电压偏 差相应的触发电流, 改变晶闸管的导通角进行分流 。通常在晶闸管电路中串联一适当的阻抗，以限制 晶闸管导通时的分流电流,。与饱和电抗器交流侧 分流的电路相比, 晶闸管分流是断续的, 而饱和电 抗器交流侧分流是连续的。返回四、交流侧晶闸管分流的调压器船舶电气设备与系统 *o 直流侧晶闸管分流的调压器单线原理图如图14-25 所示。它与交流侧晶闸管分流的可控相复励装置不 同的是晶闸管并联在直流侧，工作原理大致相同。返回五、直流侧晶闸管分流的调压器 船舶电气设备与系统 *14.5 无刷发电机励磁系统 同步发电机转子的励磁电流，是通过电刷和滑环引进发电机励磁绕组。由于电刷的磨损，增加了维护和保养工作，磨损产生的碳粉又会导致发电机绝缘下降，产生的电火花不仅会影响无线电通讯，在油轮上使用极为危险。为从根本上解决这一问题，采用了具有同轴交流励磁机和旋转硅整流器的无刷同步发电机。图14-26为无刷同步发电机励磁系统返回励磁机励磁机(EX)(EX)：两个励磁绕组，主磁通为这两个绕组共两个励磁绕组，主磁通为这两个绕组共 同产生。同产生。基本励磁：基本励磁：电流叠加相复励（励磁绕组电流叠加相复励（励磁绕组F1F1），），辅助励辅助励 磁通过磁通过AVRAVR提供（励磁绕组提供（励磁绕组F2F2）。）。单线原理图可控复励恒压原理可控复励恒压原理船舶电气设备与系统 *船舶电气设备与系统 *14.6 船舶同步发电机组间无功功率自动分配 当两台并联运行发电机的电压不相等, 而频率、 相位相等时, 则 在两机组之间将产生一个无功性质的环流, 其结果将使电压较高 的发电机输出无功功率增大, 而电压较低的发电机输出的无功功 率减少（发电机负载电流功率因数低的, 无功功率大；功率因数 高的, 则无功功率小）。由此可见, 当同步发电机并联运行时, 通过改变发电机的励磁电流来调节其电势, 即能调整无功输出、 实现无功功率转移。通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压，因此同步发电机有一定的电压调整规律，也称电压调整特性。图14-27为电压调整曲线（电机端电压UG随无功电流IQ变化的规律 ）图14-28为并联运行无功功率分配返回船舶电气设备与系统 *无功分配不均危害：无功分配不均危害：铜损增加、效率下降、并联稳定性铜损增加、效率下降、并联稳定性 下降（一台易过载保护，从而都跳闸）。下降（一台易过载保护，从而都跳闸）。规范规范规定规定：当负载在总额定功率当负载在总额定功率2020100%100%范围变化时，范围变化时， 应能稳定运行。功率分配误差应符合：实际承担无功功率与应能稳定运行。功率分配误差应符合：实际承担无功功率与 按额定功率分配比例的计算值之差，应不超过最大发电机额按额定功率分配比例的计算值之差，应不超过最大发电机额 定无功的定无功的10%10%。船舶电气设备与系统 *是指发电机端电压是指发电机端电压U UG G随无功负载电流随无功负载电流I IQ Q变化变化 的规律。通常用的规律。通常用U UG G= =f(If(IQ Q) )的曲线表示。电压调整的曲线表示。电压调整 特性又称发电机无功负荷外特性特性又称发电机无功负荷外特性. .电压调整特性的性能用电压调整特性的性能用调差系数调差系数K KQ Q来衡量。来衡量。K KQ Q的含义：是当无功电流由零增至它的额定值的含义：是当无功电流由零增至它的额定值I IQNQN= =I IN Nsinsin时，发电机电压产生的相对变化量时，发电机电压产生的相对变化量. . 同步发电机的同步发电机的电压调整特性电压调整特性无差特性有差特性 稳定要求：稳定要求：调压特性都为有差特性，调压特性都为有差特性， 且两特性应尽量一致。特性不一致，且两特性应尽量一致。特性不一致， 无功功率分配不均；若为无差特性或无功功率分配不均；若为无差特性或 上翘特性则不均且不稳定。上翘特性则不均且不稳定。一、一、无功功率分配的基本原理无功功率分配的基本原理调节：调节：通过调节发电机的励磁电通过调节发电机的励磁电 流达到无功功率的调节。为了维流达到无功功率的调节。为了维 持电网电压不变，应该两台同时持电网电压不变，应该两台同时 反方向调节。分配与调压器特性反方向调节。分配与调压器特性 有关。有关。调压特性：调压特性：无差特性和有差特性无差特性和有差特性 。船舶电气设备与系统 *o图14-29是直流均压连接线路图。直流均压连接法又称转子均 压连接法。它只适用于同容量同型号发电机的并联运行。它 是将并联运行发电机的励磁绕组用两根均压线并联起来。均 压线的接通和断开与发电机主开关相互连锁。图中KA1和KA2 为均压线连接接触器，分别由主开关常开副触头控制。有了 直流均压线后，就能使励磁电流随无功负载的变化而相应变 化，以保证无功负载分配均匀。例如：当一台发电机励磁电 流大于另一台的励磁电流时，均压线上产生均衡电流，均衡 电流是从励磁电流较大的发电机流向励磁电流较小的发电机 ，使前者励磁电流减少，后者励磁电流增加，直至两台发电 机励磁电流接近相等时为止。图14-29中也有的加入电阻R0， 其作用是减小并车时产生的冲击电流。1直流均压线船舶电气设备与系统 *o对容量不同的同步发电机并联运行, 可采用交流均压线, 如 图14-30所示。图中，两台发电机调压装置的移相电抗器通过 均压线并联,该连接处在三相整流器之前的交流侧。当两台发 电机电势不相等时, 通过交流均压线的联接可使发电机输出 电压均衡, 以保持无功功率均匀分配。2交流均压线船舶电气设备与系统 *o在按电压偏差进行调压的励磁系统中，调差系数KC一般是很 小的，甚至几乎接近是无差的。 o这样，在发电机并联运行时，就会使无功功率的分配不稳定 。为了使调压特性曲线为具有足够倾斜度的有差调整特性， 且KC相同，稳定平均的分配无功功率，所以在调压器上加装 了可以改变调