第十章频率及有功功率自动调整.ppt

第十章頻率及有效功率自動調整 第一節 概述 船舶電站負載發生變化，如電動機啟動、停俥等引起的，而發電機的原動機油門尚未來得及調整，這樣，原動機的驅動功率與負載功率的平衡關係被破壞，引起發電機組轉速的變化(n=120f/P)，從而使電網頻率發生變化。 當電網頻率降低時，由於異步電動機的轉速下降，軸上輸出功率和效率降低。 在電動機電壓不變的情況下，磁化電流增加會引起鐵心和繞組發熱，當頻率高於額定值時，電動機轉速升高，其輸出功率增加，使電動機過載。 由於原動機是按額定轉速發出最大功率和最大效率設計的，當轉速變化時，就會使原動機效率降低並使其零件磨損加劇。 數台發電機並聯運行時，頻率波動會引起各機組有功負載分配不均勻，造成有的機組過載，嚴重時穩定運行受到破壞。 為了保證船舶電力系統運行的可靠性和經濟性，運行中對原動機轉速即發電機頻率的調整是十分重要的。 帶動發電機的原動機(包含柴油機及汽輪機)需裝有調速器，其調速特性應符合下列規定:當突然卸去額定負載時，其瞬間調速率不大於額定轉速的10%，穩定調速率不大於額定轉速的5%，穩定時間(即轉速恢復到波動率為±1%範圍的時間)不超過5s。對原動機調速性能的這些要求，其實在於保證電力系統的頻率波動也在上述的範圍之內，如圖1所示。 發電機輸出的有功功率是由原動機的機械功率轉化來的。隨著負載的變化需要經常調整原動機的轉速，以保持電網頻率的恆定。 對並聯運行的發電機，改變發電機間的有功功率分配，是透過改變各台發電機組原動機的油門大小，即單位時間內進入汽缸的燃油量來實現的。 柴油機噴油量的大小，決定著柴油機在一定轉速下的輸出功率。 為了增強並聯運行發電機組的穩定性和經濟性，並聯運行發電機組功率的理想分配狀況是:對於同容量、同型號發電機組並聯運行時，應將系統的總負載平均分配給參與運行的各台機組；當不同容量的發電機組並聯運行時，則將系統的總負載按各台發電機組容量成比例的分配給運行的發電機。 並聯運行的各交流發電機組均應能穩定運行，且當負載在總額定負載的20%~100%範圍內變化時，各機組所承擔的有功負載與總負載按機組額定比例分配值之差，應不超過下列數值中的較小者: (一)最大機組額定有功功率的±15%; (二)各個機組額定有功功率的±25%。 在船舶電力系統中，頻率的調整及有功功率分配依賴於原動機調速器的調節。為了減輕船員的工作量，提高供電的質量，通常設置自動調頻調載裝置，簡稱頻載調節器。 第二節 調速器與調速特性 一.調速器的工作原理 下面以離心式調速器來分析調速器的工作原理及特性。 調速器是根據實際轉速與給定值之間的偏差，對轉速時行調整的自動調整器。 調速器的種類很多，現以柴油機常用的離心式調速器為例，說明其工作原理及特性。 離心式調速器的結構原理如圖2所示。調速器的豎軸「1」通過齒輪傳動裝置與柴油機「9」的軸連接。當柴油機轉動時，軸「1」帶動離心飛錘「2」一起轉動。飛錘「2」與槓桿系統聯結器「3」連接在一起，穿過連接器的套筒「4」把彈簧「5」壓在連接器上。改變套筒「4」的高度，就改變了彈簧「5」的長度，相應的改變了彈簧對連接器的壓力，所以，套筒的彈簧是一個轉速整定裝置。在套筒位置不變，彈簧壓力一定的情況下，柴油機轉速越高，飛錘的離心力越大，連接器的位置越高；反之，轉速越低，連接器位置就降低。因此，柴油機的轉速與連接器的位置一一對應。 連接器「3」上固定著滑動槓桿ABC，槓桿的B端連接在油壓缸「6」的活塞上。活塞的另一頭通過直角槓桿DE接到控制燃油泵「7」的閥門拉桿上，ABC槓桿的另一頭C與配壓閥「8」的活塞相接。當柴油機轉速正常時，配壓閥的活塞堵住了管a和管b的通道，因此高壓油不能進入油缸「6」，油壓缸活塞不會移動，柴油機燃油的輸入量不會改變。只要配壓閥活塞(或C點)保持不變。柴油機就在給定的轉速下運行。 設柴油機帶負載為P1時，調整器槓桿的位置為A1、B1，C1，如圖3的位置[1]。當負載由P1增加到P2=P1+ΔP時，則柴油機轉速因能量輸入不足而降低，飛錘的離心力減小，連接器的位置從A1點下降到A點。由於油的不可壓縮性，此時槓桿的B1點是不動的，而配壓閥活塞上移，C1點提昇到C點的位置(圖3的位置[2])，這就打開了配壓閥上a管和b管的通道。壓力油從a管流入油壓缸活塞的上部，活塞下部的油通過b管以便從配壓閥排出。活塞在油壓的作用下向下移動，一方面始槓桿B點下降，另一方面帶動直角槓桿DE，拉動燃油泵的拉桿，使油門加大。這時進入柴油機汽缸的燃油也增加，因此使配壓閥的C點向下運動，於是調速器工作在新的穩定平衡狀態。此時C1點位置與原來位置沒有變化，而B1點則移到B2點，A1點則移到A2點，槓桿處於新的平衡位置A2、B2、C1，如圖3的位置[3]。 從這裡可以看出，在新的