第七章船舶电站

模块七 船舶电站

教学目标：

1、 具备根据图纸说明书等资料看懂电站各电力系统的组成、制定维护计划能力。 2、具备船舶电力系统操作、故障分析、故障判断和排除的能力。

第一单元 船舶电力系统 一、船舶电力系统的组成

船舶电力系统是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成并向负载供电的整体。换句话说，船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载按照一定方式连接的整体，是船舶上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。 其电力系统单线图如图7—1所示。

1．船舶电源装置

电源装置是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。船舶常用的电源装置是发电机组和蓄电池组。 2船舶配电装置

配电装置是对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。根据供电范围和对象的不同，它可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。 3船舶电力网

它是全船电缆和电线的总称。其作用是将各种电源与各种负载接一定关系连

接起来。船舶电力网根据其所连接负载的性质，可分为动力电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。 4负载

船舶电力负载即用电设备，按系统大体可分为以下几类：

(1)动力装置用辅机：为主机和主锅炉等服务的辅机，如滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等。

(2)甲板机械：包括锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。 (3)舱室辅机：包括生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。

(4)机修机械：包括车床、钻床、电焊机和盘车机等。

(5)冷藏通风：包括空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。 (6)厨房设备：包括电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。 （7）照明设备：包括机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备和航行灯、信号灯以及电风扇等。

（8）弱电设备：包括无线电通信、导航和船内通信设备等。

（9）自动化设备及其他：例如，自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。

由上述不难看出，船舶电力系统的核心（电站）主要是主发电机和主配电板。这是因为船舶主发电机的控制和监测等功能均由主配电板完成的，这是船舶电站的特征之一。因为船舶配电的主要功能也是由主配电完成的，所以主配电板是电力系统的主要组成部分，是保证供电质量的关键。配电装置与电力网是密切相连的，其主要任务是根据各用电设备（负载）的性质和容量便是的选择供电方式、电缆和开关。

电力系统必须合理选择保护装置，对电源（发电机）和用电设备（负载）加以保护，提高电力系统的供电连续性。 二、船舶电力系统的基本参数

船舶电力系统的基本参数是指电流种类(电制)、额定电压和额定频率的等级。选择合适的电气参数，可以保证船舶电力系统的可靠性和稳定性。

1电流种类(电制)

船舶电力系统常采用的有交流和直流两种电制。早期船舶采用直流电制，主要基于直流发电机调压容易、直流配电装置简洁、直流电动机调速平滑等优点。但直流电制在可靠性、经济性、可维护性方面的缺陷甚多；在20世纪50年代以后，电力电子技术的发展突破了交流电系统的调压、调频、并联运行等一系列难点，使交流电制逐渐占据了主要地位。除了特殊工程船舶和小型船舶采用直流电力系统或交直流混合电力系统外，几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。

2额定电压等级

船舶电力系统额定电压等级的选用直接关系到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸，提高电压利于减少导线中的电流、提高设备功率、减小舱容，利于提高经济性，但是对电气设备的绝缘和安全方面的要求也更高。世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。例如，美国、韩国、日本采用450 V、60 Hz的电制，而我国和俄罗斯等均采用400 V、50 Hz的电制。随着船舶发展的大型化，目前采用电力推进的商船、滚装船和一些工程船舶电站的容量都比较大(高达几万千瓦)，出现了6 kV、3 3 kV以上中压等级的船舶电站。采用中压电力系统之后，在保护装置、接地、变压器、配电方式、开关形式、电缆端头的构造和处理方法等都与500 V以下系统有很大的差别。 我国用电设备的额定电压有24 V、110 V、220 V、380 V、1 kV、3 kV、6 kV、10 kV等。根据电源电压的额定值比同级电力系统用电设备的额定电压高5％左右的原则，发电机的额定电压为115 V、230 v．400 V、1 05 kV、3 15 kV、6.3 kV、10 5 kV等。我国《钢质海船入级与建造规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为500 V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380 V，照明、生活居室的电热器限制电压为250 V，额定电压为220 V。 3．额定频率等级

交流船舶电力系统的额定频率一般沿用各国陆地上的频率标准，我国采用50HZ，西欧、美国采用60HZ。这里不包括弱电设备所需的特殊频率以及海上平台等特殊设备的电源频率。 三、船舶电力系统的特点

与陆地电力系统相比较，船舶电力系统有如下特点：

1．船舶电气设备的工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣

海上航行时存在着高温、潮湿、盐雾、霉菌、倾斜等不良因素，影响船舶电气设备的寿命及动作的可靠性。因此要求船舶电站的发电机、电器元件应当进行三防处理（防潮、防霉菌、防盐雾），并具有抗振、抗倾斜的性能，以保证电站运行的可靠性。

2．船舶发电设备与用电设备之间距离很短，相互影响大

当电网某一点发生短路（特别是电路设备）就可能直接影响发电站的运行，因此各级船舶电网均应设置短路保护环节，并具有选择性，以保证电站供电的连续性。

3．船舶电站容量相对较小

一般万吨级货船电站总容量大约为1 000 kW，正常运行的发电机组是300～500 kW，而某些大容量的电动机容量就可达60—70 kW，与电站容量之比为1：5～1：10。当大容量电动机起动时，同步发电机的电枢反应去磁效应势必会引起电网电压大幅度下降，发电机组的转速(频率)和电压也会波动厉害，因此要求船舶发电机组要有较大的承受过载和强行励磁的能力，能提高船舶电站运行的稳定性。

四、船舶电力网

船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用电负载之间的电缆连线。因船舶负载的种类和数量颇多，不可能每个负载都直接由主配电板或应急配电板供电．有许多成组用电设备是由区、分配电板供电。通常，由主配电板直接供电的电网叫一次配电网络；而由区、分配电板供电的网络叫二欢配电网络。 1船舶电力网的分类

根据供电电源的不同、负载的性质和用途不同，船舶电力网可分为： (1)动力配电网络。主要指供电给三相异步电动机负载的电网，也包括供电给380 V三相电热负载的电网。该网络输送的电能约占全船全部电能的70％左右。 (2)正常照明配电网络。该电网由照明变压器副边算起通过主配电板中的照明负载屏馈电给各照明分配电板或分电箱，再由各分配电板供电给全船所有舱室及甲板的照明灯具。对机舱中的照明网络需交又布置，并至少有两个独立的馈电路径．以保证在一个线路有故障时机舱仍有50％的照明负载正常工作；甲板等

外部照明电网应能在驾驶台集中控制通断。

(3)应急电网。当主电源失电时，应急电源自动起动并通过应急电网供电给应急用户。在主电源正常工作时，应急负载可由主配电板经联络开关供电给应急配电板再经应急电网供电。

(4)小应急电网。由24 v蓄电池提供的直流电通过小应急电网馈电给小应急照明以及主机操纵台、主配电板前后、锅炉仪表、应急通道出入口处、艇甲板等处的照明，还有助航设备等。蓄电池的容量应满足小应急用户使用半小时。 (5)弱电网络。是向全船无线电通信设备、各种助航设备、信号报警系统等用户供电的低压直流电网或中频电网，因其对供电电压、频率等有特殊要求，因此需专门配置蓄电池及变流机组(逆变装置)。 2船舶电网的配电方式（接线方式）

电压等级在500V以下的船舶电网，一般采用枝状或环状配电方式，如图7-2单线示意图。

枝状配电方式的每一馈电线均由主配电板直接引出，并且是各自独立的，它只向一个分配电板或一个用电设备供电。其主要特点是：

(1)从主配电板引出的各馈电线路都安装有自动开关，便于集中控制； (2)由于用电设备很多，主配电板需要集中大量的电缆端头和自动开关，不仅电缆耗量多．而且主配电板的尺寸也需相应增大；

(3)一旦馈电线路发生故障，则该路的电气设备或分配电板就要停电，因此可靠性较差。

环状配电方式的主馈电线是一个环形闭合回路，它经过串接在主馈电线路上的各个分线盒供电给用电设备或分配电板。其主要特点是：

(1)每一个用电设备均可以从线路的两个方向获得供电，当一路主馈电线路出现故障，另一路仍可以保持供电；

(2)可以减少主馈电电缆的数量和长度及主配电板的尺寸； (3)不便于在主配电板上对各馈电线路实行集中控制。

目前．除了少数对供电可靠性要求特别高的军舰和大型客船采用环状电网外，绝大部分船舶都采用枝状配电方式。

随着大型船舶及电力推进方式的船舶越来越多，船舶电网的电压等级在升高，采用3300 V和6600 v中压电网的为数也不少，一般来讲，船舶中压电网配电方式有四种。采用较多的是枝状和树干状如图7-3(a)和(b)所示，枝状和树干状配电方式结构简单、可靠性不高，对重要负载在故障工况时有失电的可能。 为了提高供电的可靠性，可采用桥状配电或者采用互为备用的桥状综合配电方式，如图7-3(c)和(d)所示，这两种网络不太复杂．但供电的可靠性提高了，只要有一台发电机正常工作．就可保证一些重要设备正常工作。

3．重要负栽的馈电方式

船舶重要负载是指那些与船舶航行、货物的保存、船舶及人身安全有关的电气设备。这些重要负载包括：主机滑油泵、冷却水泵、燃油输送泵、燃油分油机、空压机、循环水泵、锅炉给水泵和风机、舵机、锚机、主机控制装置、导航、通信设备和各种报警装置，对这些设备要求工作可靠．因此在配电时通常采取： (1)主配电板直接供电方式，如舵机、锚机、消防泵、消防自动喷淋系统、无线电电源板、陀螺罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。

(2)两路独立馈电线供电。某些重要的负载如舵机、航行灯控制箱等。 (3)采用自动分级卸载装器。在发电机高峰负载时，自动分级卸掉次要负载，以确保重要用电设备的安全和连续供电。

(4)分段汇流排供电方式。它的供电方式如图7-4所示，船上不少用电设备有两台或两台以上，每一段汇流排上接一台设备，当某一段汇流排上的线路发生故障又未能及时排除时汇流排上的自动开关动作将两段汇流排分开．保证重要设备

的另一台尚能继续工作，提高了可靠性。

4主电网与应急电网的连接方式

船舶重要设备除在正常条件下由主电网供电外，还需备有在应急情况下的应急电源供电。例如舵机、航行灯和通信之类设备都分别有独立的馈电线与主电网及应急电网相连，通常有半数的电缆是不载流的，造成极大的浪费。实际上采用如图7-5所示的连接方式，在正常情况下联络开关闭合，重要负载经应急配电板由主电源供电；当主电源出现故障、主汇流排失电时，联络开关自动断开，应急电源则自动投入应急电网向重要设备供电。船舶电网这种连接方式是将应急电网视为主电网的一个组成部分。

5．船舶电网的线制

对于船舶三相交流电力系统，其线制一般分为以下三种。 （1）三相三线绝缘系统

如图7-6所示，在三相三线绝缘系统中，动力系统与照明系统采用变压器隔离，两者之间没有电的直接联系，因此，即使照明系统的绝缘电阻下降也不会影响动力系统，且当系统发生单相接地时。不会影响三相电压之间的对称关系，系统仍可短时工作。因此绝性能相对较好．安全可靠，目前太多数船舶采用三相绝缘系统。

(2)中性点接地的三相四线系统

如图7-7所示，其特点是照明和动力系统由同一电源供电，无需采用变压器，发生单相接地时会造成短路从而使故障部分立即被保护装置断开，故障查找容易。但这种线制动力系统和照明系统直接接在一起相互影响大，而且照明系统单相接地故障多，容易造成停电而使供电可靠性降低，安全性差。 (3)中性点接地的三相三线系统

如图7-8所示，该线制利用船体作为中线形成回路，虽然节省电缆。但容易发生触电和短路故障，现在一般船舶不在采用这种线制。

第二单元 船舶配电装置

船舶配电装置是对电能进行集中控制、监测和分配的一种装置。它是由各种开关、自动控制与保护装置、测量仪表及互感器、调节和信号指示等电气设备按一定要求组合而成的一个整体。其主要功能是：

（1）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的供电网络，对电网供电或停止供电。

（2）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、功率、功率因数、绝缘电阻等）。

（3）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。

（4）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将自动地切断故障电路或发出报警信号。

（5）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行信号显示。 船舶配电装置按其用途的不同可分为：总配电板（或称主配电板）、应急配电板、充放电板、岸电箱、分配电板；按其结构可分为：防护式、防滴式、防水式三种，通常主配电板和应急配电板采用防护式。 一、船舶主配电板

主配电板是船舶电力系统最主要的配电装置，担负着对主发电机和用电没备的控制、保护、监测和配电等多种功能。它是由多个金属结构的落地式箱柜组装而成，每一箱柜称为一个屏，屏与屏之间以螺钉固紧。每一屏的面板上装有各

种必需的配电电器和测量仪表。图7-9是某船舶主配电板的外观图。

主配电板主要由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线四部分组成。 l发电机控制屏

发电机控制屏是用于控制、调节、保护、监测发电机组的，每台发电机组均需配有单独的控制屏。发电机的控制屏面板常设计成上、下两部分。上部装有测量仪表、转换开关、指示灯、主要电源开关、原动机的调速开关和按钮等；下部一般安装有发电机主开关，有的船舶也装有发电机励磁控制装置。控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。

2并车屏

并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表(电网和待并机)、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开关、合（分）闸按钮、投切顺序选择和转换开关等组成。有的还设有汇流排分段隔离开关、粗同步并车电抗器、自动并车装置等。

对于没有独立并车屏的主配电板，一般将同步表、同步指示灯及其转换开关装于中间一台电发电机控制屏的上部。 3负载屏

负载屏的主要功能是对各馈电线路进行控制载屏上的馈电开关(一般为塑壳式自动空气断路器，对一些大负载或重要负载也有采用框架式自动空气断路器的)将电能供给船上各用电设备或分配电板。它包括动力负载屏和照明负载屏，通常安装有装置式自动空气开关、电压表、电流表及转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关。

现代船舶的主配电板一般都有组合起动屏，它也是负载屏，只不过该屏上的负载都是比较重要的负载，例如主机滑油泵、海水泵、舵机等，在组备起动屏上

有相应的起动控制电路，还有测量电流用的电流表及转换开关、指示灯等。在自动化电站中还有重载查询用电器。

负载屏上一般还有与岸电箱相连的岸电开关。有的岸电控制部分还带有电度表(kW·h)、电压、电流表，以计算由岸电供电的数量和电压、电流量值。岸电主开关的失压脱扣线圈电路中串联着主发电机的常闭辅助触点，只有主电网失电时，岸电开关才能合闸；实现了船电与岸电的互锁。

在动力负载屏和照明负载屏上还分别装有带电式兆欧表，分别可以测量动力系统与照明系统的热态绝缘电阻。 4汇流排

配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处作了防腐或防氧化处理。汇流排能承受短路时的机械冲击力，其最大允许温升为450C。 ’

交流汇流排按从上到下(垂直排列)，从左到右，从前到后(水平布置)的顺序依次为A相、B相、C相。汇流排的颜色依次为绿色、黄色、褐色或紫色，中线为浅蓝色（若有接地线则接地线为黄绿相间颜色)。直流汇流排按从上到下(垂直排列)，从左到右，从前到后(水平布置)的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。 二、分配电板

分配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控制设备的组合装置，对额定电流不超过16 A的电气设备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电板和照明分配电板两种。

区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，是对耗电大于16 A的电器设备进行供电的开关板。

评估： 发电机控制屏、并车屏和负载屏的组成与功用(实操、口试相结合)

l、说清发电机控制屏、负载屏上各种仪表的功用且能正确使用： 发电机控制屏主要由电压表、电流表及其转换开关、频率表、功率表、功率因数表组成，电压表及其转换开关用于测量发电机或电网的三相线电压，电流表及其转换开关用于测量发电机三相线电流，功率表用于测量发电机输出功率，功率表用于测量发电机功率因数，频率表用于指示发电机或电网之频率．一般与电压表并联在一起，由电压表转换开关控制。负载屏装有电压表用于测量电网电压、电流表及其转换开关。通过转换开关的切换可测量3～4个大负载工作电源。负载屏上还装有带电兆欧表，通过转换开关可测得动力电网及照明电网的绝缘情况。

2、电机主开关的主要结构及作用

发电机主开关通常用万能式(框架式)自动空气断路器，它由触头系统、灭弧装置、自由

脱扣机构、合闸操作机构和脱扣器(分压、分励、过流)，有的还有锁扣装置。发电机主开关正常时用于接通与断开主发电机，不正常用于对发电机进行欠压(失压)、过载、短路等保护。 3、主配电板的功能及作用

主要功能为：①根据需要接通或断开电路(手动或自动)；②当电力系统发生短路等故障时，保证装置能按要求动作，切除故障设备或者网络，或发出报警信号；③测量和显示运行中各电气参数、各电压、电流、频率、功率、功率因数等；④能对电站的电压、频率、以及并联运行的各发电机组有功、无功功率分配进行-调整；⑤能对电路状态、开关状态以及偏离正常工作状态进行信号显示。 4、并车屏上同步表的作用与使用

同步表用于指示待并机与电网频差的人小及正负的每个电站起来仅装有一只同步表、通 过转换开关接入的。因按短时工作制设计的，因而并车完毕后要及时切除时间（15～20 min）。

同步表上该有同同步点红线，表盘上有“快”、“慢”方向指示箭头。通常指针顺时针旋转，表示等并机频率较电网高，必须操作“调速控制”开关，使其减速：指针往逆时旋转要加速，当时针转到表盘中红线处时，应抓紧时机立即合闸，并要考虑主开关固有动作时间，以一个相应的提前量。若频率极相近，指针停止不动，此时应给一扰动信号。以缩短其同步时问，还要注意同步表接线。正确接法：三相定子线圈，接待并机三相电压，转子绕组接电网A0B0。

评估：主配电板上电压表、电流表、功率表、功率因数表、绝缘表的功用及用法(口试、实操相结合)

1、电压表的功用及用法

主配电板发电机控制屏上电压表是用来测量发电机线电压及汇流排由电压用的，通过电压表下的转换开关可分别测量发电机的及汇流排的三线电压；照明控制屏上的电压表是用来测量照明变压器二次侧(即照明网络)的三个线电压。

2、电流表的功用及用法

主配电板发电机控制屏上电流表是用来测量发电机的三个相的电流，通过电流表转换开关可分别测量发电机每一相的电流(线电流)；负载屏上的电流表是用来大负载工作电流用的，通过电流下的转换开关可分别测量3～4个不同的大负载工作电流。 3、功率表、功率因数表的功用及用法

主配电板发电机控制屏上功率表是用来测量发电机输出功率用的，只要发电机合闸供 电、功率表指示实际输出功率值。

主配电板发电机控制屏上功率因数表用来测量发电机运行时功率因数用的，只要发电机合闸供电，功率因数表即指示其实际功率因数值。

4、绝缘表的功用及用法

主配电板照明控制屏上绝缘表是用来测量船舶电网对地绝缘电阻值用的。配电板兆欧表下的转换开关可分别测量动力电网、照明电网对地绝缘电阻值。

评估： 主配电板上各种指示灯和开关电器的功用和用法(实操与口试相结合)‘ 1、各种指示灯的作用

（1）主配电板发电机控制屏上指示灯主要有指示发电机状况的红、绿指示灯，某些船舶还装有黄色指示灯。红色指示灯；发电机组启动成功但未合闸时批示灯亮。绿色指示灯：发电机主开关合闸 电指示灯亮。黄色指示灯：发电机启动建压成功主开关已储能指示灯亮，主开关合闸指示灯熄灭。

（2）主配电板并车屏上2个或3个白色同步指示灯，当打开同步指示灯开关时，指示灯即指示等并机电压与电网电压间频率差，相位差间关系。当主配电板没有并车屏时，同步指示灯及其开关一般装在一块发电机控制屏上。

（3）主配电板负载组合配电指示灯是指示该路负载运行状态的。

（4）主配电板照明控制屏上指示灯。接地灯，当开关接通时指示电网对地绝缘状况。 2、各种按钮的作用

①主开关操作有合闸按钮、跳闸按钮、自动并车投入按钮，解列按钮，分别用于手动或自动 合闸及跳闸操作。

②主配电板发电机控制屏上充磁按钮。当发电机失磁不能建压时，通过充磁按钮，将24V直流电通入发电机器人励磁绕组中，对磁极进行充磁。

③负载屏上配电开关，也有带有分励脱扣器或失压脱扣器可进行远距离按钮跳闸操作。 ④主配电板负载组合控制屏上安钮是启动或停止该负载用的。 ⑤带用粗同步并车的，按钮是用来接入及切除电抗器用的。 3、各种开关的正确使用

①主配电板发电机控制屏上主开关(框架式自动空气断路器)主要用于接通与断开发电机主 电路，对发电机过载、短路、失、欠压进行保护。有手柄合闸、跳闸，有采用按钮电动合闸、 及自动合闸、自动解列等操作。

②发电机调速开关一般装在发电机控制屏上，有也装在并车屏上。在主配电板前对发电机组 进行调速也即调发电机频率。并联运行时可调节发电机所承担有功功率用的，向higher方 向扳动调整开关，机组即加大油门：向下lower方向扳动调速开关，机组将减小油门。

③主配电板发电机控制屏上部电压表转换开关，测量发电机及电网三个线电压用的；电流 表转换开关用来测量发电机三个相的电流(线电流)用的，有些也安装电网电压表及其转换 开关的。

④主配电板负载屏上部电流转换开关。通过开关的切换可测量3~4个大负载工作电流用的。 ⑤主配电板负载屏上配电开关。一般配电开关为塑壳式自动空气断路器，手柄合上为接通， 手柄拉下即断开电路。一般带短路保护功能，有的带有过载保护功能。也有远距离按钮跳闸 功能。

⑥主配电板负载组合控制屏上配电开关作用同⑤；

⑦主配电板照明控制屏上转换开关。电压转换开关、测量照明网络三个线电压用的；电流转 换开关，测量照明网络三个相电流(线电流)、绝缘测量开关，测量动力电网与照明电网对地绝缘电阻用的。

⑧主配电板照明控制屏上配电开关。一般为塑壳式自动空气断路器，手柄合上为接通，手柄 拉下即断开电路。一般带有短路保护功能。

⑨发电机控制屏上还装有预加热开关，开关合上，发电机一旦停机，自动接入预加热电阻。

评估： 主配电板的日常维护保养(口试) 1、主配电板表面的日常维护保养

日常应检查仪表、开关、指示灯是否完好，是否正常，如有异常应及时修复或更换。 2、测量仪表校验期限：测量仪表应每4年校验一次。

3、主开关维护要求．

（1）主开关每月一次，检查各活动零件是否活动、正常，紧固件是否松动，可调部分有无变形或位移等，发现不正常应及时采取相应措施；

（2）每半年检查一次合闸操作机构是否灵活、可靠；清洁灭弧罩及棚片上的烟灰；保持触头表面光洁；检查过载、失压保护装置及其延时装置是否可靠。过载、短路、欠压整定每 4～

5年校验一次。充磁装置每半年检查一次整流二极管等设施，防止倒流。

评估： 运行中船舶主配电板的日常管理工作(口试) 1、观察配电板上仪表读数，做好记录；

2、根据工况进行发电机组的并联运行或解列操作；

3、观察并联运行发电机组间功率分配是否合理，如不合理则可手动调节使之合理； 4、对检修的设备，断开电源后后应在相应的开关上悬挂告示牌； 5、每天至少一次检查船船舶电网对地绝缘并作好记录；

6、主配电板前、后、左、右至少1米范围内及其上方不准堆放或悬挂任何杂物；

第三单元 船舶应急电源系统 一、应急发电机与应急配电板 1．应急发电机

一般规范都规定客船和500总吨以上的货船应设有独立的应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源使用能发电机称为应急发电机。 应急发电机组应该具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并设有满足规范要求的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电失效时应急发电机组应能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快地承载额定负载，最长时间不得超过45S。主电源恢复供电后，应急发电机组便自动脱离并自动停车。应急发民机的容量应确保《国际海上人命安全公约》（SOLAS）和主管机关有关规定的供电范围和供电时间，并应考虑到这些设备可能同时工作。 2应急配电板

应急配电板的功能是控制和监视应急发电机组的工作状况，并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板层。应急配电板通常只有发电机控制屏和负载屏，应急配电板上面安装的电器仪表与主配电类似，只是应急发电机不需要并联运行而无需逆功率继电器和同步表。 应急配电板的接线应该反映出主发电机，应急发电机和岸电开关之间的电气连锁，这样做的目的是为了防止非同期合闸(在几个电源之间)。电气连锁主要是通过这些电源开关的辅助触点实现的。图7—10所示是船舶主电网与应急电网间单线原理图。它应满足如下要求：

(1)应急电网平时可由主配电板供电，只有在主发电机发生故障或检修时才由应急发电机组供电。

(2)主配电板通过供电联络开关连通应急配电板。联络开关与应急配电板的

主开关之间设有电气连锁。以保证主发电机向电网供电(即主网不失电)时．应急发电机组不工作。

(3)一旦主电网失电，供电联络开关自动断开，应急发电机组的自动起动装置经延时确认后，自动起动应急发电机组，并自动合闸向应急电网供电。 (4)当主电网恢复供电时，应急发电机主开关立即自动断开．联络开关自动闭合，应急电网恢复由主电网供电，应急发电机组经延时自动停车。

(5)平时需要检查和试验应急发电机组时。可把应急发电机工作方式选择开关器于试验位置。使应急发电机脱离电网。

有些采用自动管理的应急电站，只有在应急发电机组工作后应急电网才允许转换为由应急发电机供电，以免与主电网发生冲击。

评估： 画出单线图说明主电网与应急电网间的关系(实操) 1、主电网与应急电网间关系线图(50分)

2、EMCB与EACB是互锁的。都是通过每个开关的失压脱扣器实现的。即各自开关本身的 一付常闭副触点串入对方失压脱扣器线圈回路里。主电网有电，应急发电机无法起动、主电网失电应急发电机自动起动，应急发电机主开关EACB合闸。当主电网恢复供电时， EACB合闸时，以使EACB跳闸，后EACB才合闸。 评估： 应急电源的管理与维护(口试) 1、运行中船舶应急配电板的日常管理：

（1）观察配电板上仪表读数，做好记录；

（2）对检修的设备，断开电源后应在相应的开关上悬挂告示牌；

（3）应急配电板前、后、左、右至少1米范围内及上方不准堆放或悬挂任何杂物； 2、应急配电板维护周期及技术要求：

（1）表面：日常应检查测量仪表、开关、指示灯是否完好，是否正常，如有异常应及时修复或更换，测量仪表应每4年佼验一次；

（2）主开关：每月一次检查各活动零件是否活动正常，紧固件是否松动，可调部分有无变形或移位等，发现不正常应及时采取相应措 ：每半年一次检查合闸操作机构是否灵活、 可靠；清洁灭弧罩及棚片上烟灰；保持触头表面光洁；检查过载、失压保护装置及其延迟装置(机构)是否正常可靠；过载、短路、欠压整定值每4～5年校验一次； （3）充磁装置：每半年检查一次整流二极管等设施，防止倒流；，

3、应急I电源起动装置试验周期：应急电源起动装置每月至少试验一次，每半年要进行一次效用试验，同时检查与主电网的连锁装置。 评估：应急发电机的手动起动、合闸和手动停机

（1）把备用机组的选择开关置于“手动”位置；

（2）把两台发电机组的控制机方式选择开关置于“手动\位置； (3)把应急发电机的控制机方式选择开关置于“手动\位置；

（4）按下主发电机机组的主开关的分闸按钮，使其主开关跳闸，使主电网失电； （5）按下应急发电机起动按钮，观察应急发电机屏电压表、频率表指示是否正常； （6）应急发电机电压、频率正常，按下应急发电机的合闸按钮；

（7）按下已起动主发电机的合闸按钮，应急发电机自动跳闸，恢复重要设备供电； （8）减小应急发电机的原动机油门，使原动机转速下降，即频率小于55Hz以下；按下

原动机停止按钮。

评估：应急发电机的自动起动、自动合闸、自动停机和试验 1）把备用机组的选择开关置于“手动”位置；

（2）把两台发电机组的控制机方式选择开关置于“手动\位置； (3)把应急发电机的控制机方式选择开关置于“自动\位置；

（4）按下主发电机机组的主开关的分闸按钮，使其主开关跳闸，使主电网失电； （5） 观察应急发电机自动起动过程，并观察应急屏电压表、频率表指示是否正常； （6）观察应急发电机自动合闸过程；

（7）按下已起动主发电机的合闸按钮，应急发电机自动跳闸，恢复重要设备供电； （8）观察应急发电机自动停机过程；

（9）把应急发电机的控制机方式选择开关置于“试验\位置，观察应急发电机自动起动

过程，观察应急发电机自动合闸过程；试验完毕把应急发电机的控制机方式选择开

关置于“自动\位置；

3．充放电板

船舶小应急照明，操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池，船舶须设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常供电。

第四单元 船用蓄电池

一、蓄电池船上使用的应急蓄电池有酸性（铅）蓄电池和碱性（铁镍、铬镍）蓄电池两种。船上一般采用酸性蓄电池，主要是因为其具有体积小、价格便宜维护方便等优点。

（1）作为小应急电源（应急照明、航行灯）及内部通信电源； （2）作为机舱巡回监视报警系统的备用控制电源； （3）作为应急柴油发电机的起动电源； （4）作为救生艇柴油机的起动电源； （5）作为无线电收发报机的电源； 1酸性蓄电池的结构和工作原理

酸性蓄电池主要由容器、极板、隔板三部分构成，其外形结构如图7-1 1所示。容器的作用是盛贮电解液和支撑极板，极板分正极板和负极板两种，正极

板是二氧化铅(PbO2)，负极板是海绵状铅(Pb)，由此酸性蓄电池又常常叫做铅酸蓄电池；隔板使正、负两块扳板互相绝缘，其上有小孔，以利于电解液流通。 酸性蓄电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存和释放电能的装置。它的工作原理可用如下化学方程表示

PbO2+2H2SO4+Pb=

(正极)(电解液)(负极)(正极)(电解液)(负极) 。

当蓄电池的正、负极板同时和硫酸溶液接触时，在正、负极之间即产生2 V左右的电动势，此时若外电路接通将产生放电电流。同时正极板和负极板与硫酸起化学反应，逐渐变成了硫酸铅(PbSO4)。当正、负极板都变成同样的硫酸铅后，蓄电池就不能再放电了，此时需要对蓄电池充电，使其恢复原来的二氧化铅和铅。蓄电池的充电和放电是可逆的。

通过化学方程式可以看出：蓄电池放电时会产生水，电解液比重降低；充电时生成硫酸，比重增加。根据这个原理，可以用比重计来测量电解液的比重，以此掌握蓄电池的充、放电情况，亦可以估计蓄电池电动势的大小。蓄电池的电动势与电解液比重有关，比重高，电动势也高，二者的关系可用经验公式表示如下 E=0.84+d (7-2)

式中：E为蓄电池的电动势；d为电解液的比重。

例如，蓄电池充电完毕，将外电路断开，测得比重为1.285时，可估算出电动势E=0 84+1.285=2.125(V)。

一个充足了电的蓄电池，连续向外输出恒定的电流。从开始一直到放电终了，电流与放电时间的乘积叫做蓄电池的容量，容量是描述蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培小时(Ah)。它用充足电的蓄电池放电到规定终电压（一般为额定电压的90％）时所放出的能量来表示，以放电电流，与放电时间t和乘积描述，即

Q=It (Ah) (7-2)

酸性蓄电池通常以10 h的放电电流为标准放电电流(即经过l0h使蓄电池放完电的放电电流)，因此，额定容量被定义为在电解液温度为250C ，以10 h放电电流连续放电至终了电压时所输出的容量。例如，200 A·h容量的酸性蓄电池是指能以20 A的电流放电10 h。

蓄电池的容量与放电电流的大小及电解液的温度有关，因此如果超过标准放电电流进行放电，不但会降低容量，而且会严重影响蓄电池的寿命。关于碱性蓄电池一般是以8h作为标准放电电流。

酸性蓄电池的电解液为比重1.285的稀硫酸。配置调整用酸性电解液的正确操作方法如下：戴橡胶手套和防护眼镜，选择盛放器皿，将硫酸慢慢倒入蒸馏水中。使用比重计测量电解液。 2蓄电池的充放电 (1)充电种类

蓄电池的充电种类分为初充电、正常充电。新的或长期库存的蓄电池，必须经过初充电后，才能投入使用。

初次充电——使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充电，充电的第一阶段电流为额定容量的0. 07，充到单格电压上升到2.4 V为止，第二阶段电流为额定容量的0.04，充到单格电压上升到2.5 V，且相对密度和电压在3 h内稳定。

正常充电——对已经放过电的铅酸蓄电池，为了使其恢复到原来规定容量而进行的充电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电流(额定容量的0.1)充电6—7 h，第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电2～3 h。对已经放过电的碱性蓄电池，第一阶段用1／4容量的电流充电6—7 h，第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电2—3 h，然后再校正电解液，整个充电过程即告完毕。 均衡充电——多个小电池组合使用的蓄电池在长时间使用后，各小电池往往产生相对密度、容量和不均衡现象，为此需要每月进行一次均衡充电，其方法是先进行正常充电；静置lh后，用初次充电第二阶段的电流充到有剧烈气泡产生为止；再静置1 h，反复上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。

(2)充电方法 ①恒压充电法

充电过程中充电电压始终保持不变，这种方法装置简单，方法容易。但是，刚开始充电时，充电电流大大超过正常充电电流，容易造成极板弯曲，活性物质脱落。此外，随着蓄电池电压的上升，充电电流逐渐减小，到充电后期电流很小，会使极板深处得不到很好的还原，电能贮藏不足，因此，船上一般不采用。 ⑦恒流充电法

充电过程中充电电流始终保持不变。由于充电过程中电池电压逐渐升高，为保持充电电流不致减少，充电电源的电压就必须不断提高。这种要求给操作带来很多麻烦，而且到充电后期，充电电流还很大，会造成电解液中的水分解，形成很多气泡，不仅损失电能，也容易破坏极板。 ③分段恒流充电法

第一阶段充电电流调整在1／10额定容量值上进行充电；

按第一阶段充电电流充电10 h左右，单个电池上升至2.4 v左右时(蓄电池可能会发出气泡)，应转入第二阶段充电；

第二阶段充电电流应调整在1／20额定容量值上进行充电；

按第二阶段充电电流充电3—5 h调整电解液的比重，使其达到1.285左右； 再按第二阶段充电电流充电l h，至此即完成了整个充电。 目前，多数船舶上都采用此法 ④浮充法

蓄电池直接和直流电源并联，电网向其他负载供电，同时也向蓄电池充电，当外负荷减小时，电网电压略有升高，充电电流自动增加；反之则自动减小。由于这种充电方法充电电流是浮动的。故称浮充法。一旦电网因故失电，蓄电池可立即代替发电机向用户供电。这种方法，一般用于直流发电机由主轴带动的小型船舶，如小型渔船等。 (3)过充电

蓄电池在使用过程中往往因长期充电不足，过放电或外部短路等原因使极板硫化，从而使充电电压和电解液相对密度都不容易上升。为了使蓄电池良好运行。对下列情况必须进行过充电：

①蓄电池放电到极限电压以下；

②蓄电池放电后，停放1～2昼夜没有及时充电； ③蓄电池极板抽出过； ④以最大电流放电超过限度； ⑤电解渡内混有杂质；

⑥个别电池极板硫化，充电时相对密度不易上升。

通常对长期担负工作的蓄电池．每月至少进行一次过充电，对负载较轻的蓄电池，也应每2～3个月进行一次过充电。 酸性蓄电池过充电有两种方法：

①充电终了，改用正常充电率的一半电流继续充电。在电压和电解液相对密度均为最大值时，每隔半小时观察一次电压和测量相对密度。连续四次，如无变化，而极板冒气激烈，即停止充电。

②充电结束后，停止充电1 h，再改用正常充电率的一半电流充电，至冒气泡后停止lh，再充，如此重复2～3次，直至电压及相对密度均无变化并冒泡剧烈为止。

对于碱性蓄电池，一般工作10~12次充放电循环或每月应进行一次过充电。充电方法足以正常充电电流充6 h，再以正常充电电流的一半连续充电6 h。 (4)蓄电池充、放电终了的判断

蓄电池充、放电是否终了可根据电解液的相对密度(比重)及蓄电池的电压进行判断。

①根据电解液的相对密度变化判断，即当蓄电池充电到电解液的相对密度为l.275~1.31时，正、负极板的活性物质已接近于放出全部硫酸，即电池已被“充足”。

放电时，蓄电池放电到电解液相对密度为l.13~l.18时，正、负极板的活性物质已接近于全部转化为硫酸铅，即蓄电池的电能已经“放完”。

②根据蓄电池电压的变化判断，即蓄电池的电压与电解液的相对密度有关，电解液的相对密度大，电压就高，反之则低。单元电池电压平均为2 V。当蓄电池开始充电时，电压很快升高到2.1 V，然后逐步缓慢上升，直到2 .3 V，再经过几小时后，升高到2.6 V左右，并一直维持不变，而且正负极板附近剧烈冒出

气泡，这时，蓄电池已经“充足”。放电时，蓄电池电压立即降低到2.0~l.95 V，然后逐步缓慢下降，到1.9V后，很快就降到1.8～l .7 V，这时蓄电池已经“放完”，不可继续放电，否则会腐蚀铅板。

对于碱性蓄电池，充放电是否终了。主要根据电压判断。一般每个蓄电池电压上升到1.4~1.8 V时，而且继续充电l h内不变即认为充电终了。放电时．则每个蓄电池电压降低到规定的放电终止电压时，即认为放电终了。根据产品规格不同，放电终止电压一般在0.5~1.0 V范围内。 3.蓄电池的日常维护、保养 (1)蓄电池维护的周期、内容与要求 对于酸性蓄电池：

①每10天要检查一次电压、电解液的相对密度及高度，并做好记录。如果低于规定值，应及时补充蒸馏水后进行充电，然后清洁表面。

②不经常使用的蓄电池，每月至少要检查一次，并进行补充电。

③蓄电池表面，每3个月进行一次彻底清洁。清洁时先用温水擦除接头处的氧化物，然后再涂上牛油或凡士林，防止氧化。 对于碱性蓄电池：

①每15天要检查一次电压、电解液相对密度及高度，并做好记录。如果低于规定值，应及时补充蒸馏水，进行充电，然后清洁表面。

②每2个月检查一次蓄电池螺丝塞和透气橡皮套管。如果弹性失效应换新。 ③每6个月要彻底清洁一次蓄电池的外表面。如果有锈蚀，应用煤油擦光，再涂上一层无酸凡士林。 (2)蓄电池维护保养注意事项

①注意保持蓄电池表面及整体清洁。不要有油渍污垢在上面，绝不允许在上面放置金属工具、物品，以防造成短路，损坏蓄电池。

②保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁。如出现电腐蚀或氧化物等应及时擦拭干净，以保证导电的可靠性。平时应将这些零件表面涂上凡士林，防止锈蚀。

③平时注意盖好注液孔的上盖，以防止船舶航行时电解液溢出，或海水进入到蓄电池里，必须保持气孔畅通。

④蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电。 ⑤蓄电池室内严禁烟火。

⑥碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防进入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年或使用过50~100次充放电循环，应更换一次电解液，要注意保持排气胶管畅通，定期打开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电池膨胀。

评估： 酸性蓄电池充足电和放完电的判断(实操)

应选用比重计测量电解液的比重来判别是否充满电或放完电能，其次选用万用表测蓄电池的电压变化来判别是否充满电或放完电能。 1、蓄电池充满电的判断标准：

（1）电解液的比重上升为1.275～1.31； （2）单个电池电压变化：

①刚充电时电压即上升至2.1V；

②随着充电时间的增长，电压缓缓增至2.3 V；

③再充电几个小时，电压升至2.6V左右基本维持不变，说明此时电池已充满电。 2、蓄电池放完电的判断标准： （1）电解液的比重下降至1.13～1.18； （2）单个电池电压的变化：

①刚放完电时电压即降至2.0～1.95V；

②随着放电时间的增加，电压缓缓降至1.9V； ③再放电时电压很快降至1.8～1.7V：

评估： 酸性蓄电池的充电操作用分段恒流法进行经常性充电(实操)

l、接线：充电器的输出“+”、“－”极与电池“+”、“－\极分别相连接。线路中串入一个电流表；

2、充电过程：

（1）电一阶段充电电流调整在1/10额定容量值上进行充电；

（2）按第一阶段充电电流充电10小时左右，单个电池电压上升至2.4V左右时(蓄电池可能 会发出气泡)，应转入第二阶段充电；

（3）第二阶段充电电流应调整在1/20 额定容量值上进行充电；

（4）接第二阶段充电电流充电3～5小时，调整电解液的比重，使其达到1.285左右； （5）再接第二阶段充电1时，至此即完成了整个充电过程。

评估： 蓄电池的维护保养要求及维护保养注意事项(口试) 1、蓄电池维护保养要求

（1）对酸性蓄电池的维护保养要求：

①每十天左右检查一次电压、电解液高度及比重，并作好记录。如低于规定值应及时补 充蒸馏水，进行充电，然后清洁表面；

②不经常使用的蓄电池，每月至少检查一次，并补充电；

③蓄电池表面，每三个月进行一次彻底清洁，清洁时先用干布除接头处的氧化物，然后再涂上牛油或凡士林，防止氧化；

（2）对碱性蓄电池的维护保养要求：

①每十五天检查一次电压、电解液比重及高度，并作好记录。如低于规定值，应及时补充蒸

馏水，进行充电，然后清洁表面；

②每二个月检查一次蓄电池螺丝塞孔透气橡皮套管，如弹性失效应换新；

③每六个月要彻底清洁一次蓄电池的外表面，如有锈蚀，应用煤油擦光，再涂上一层无 酸凡士林；

2、蓄电池维护保养注意事项：

（1）注意：保持蓄电池表面清洁，不要有油渍污垢在上面，决不允许在上面放置金属工具，物品，以防短路损坏蓄电池；

（2）保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁，如出现电腐蚀或氧化物等应及时擦试干净，以保证导电的可靠性；

（3）平时注意盖好注液孔的上盖，以防船舶航行时电解液溢出，或海水进入到蓄电池，必须保持通气孔畅通；

（4）蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电；

（5）蓄电池室内严禁烟火；

（6）碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防进入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年 或使用50～l0O次充电循环，应更换一次电解液。要注意保持排气胶管畅通。定期打开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电池膨胀。

第五单元 发电机主开关

发电机主开关在电站中是一个重要部件。发电机与主汇流排接通与断开的协调工作就是由主开关来完成的。

船舶电站中采用较多的主开关是万能式自动空气断路器(抽屉式或框架式)。其主要形式有国产DWl0、DW94、DW95、DW98型；日本TERASAKI(寺崎)公司产的AM、AH、AT型；ABB、西门子、施耐德等大公司也生产不同型号的开关。

万能式自动空气断路器的特点是，在正常运行时作为接通和断开主电路开关电器．在不正常运行时对主电路进行过载、短路和失（欠）压保护，自动断开电路。

一、发电机主开关的基本功能和结构

发电机主开关是发电机投入电网的接入部件。在非正常运行情况下，如发生过载．电网短路，发电机欠压等，它能自动从电网上断开发电机。因此它既是开关电器，又是保护电器。

国内外制造的船用发电机主开关的形式很多，结构不尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触头系统、灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。其结构框图如图7-12所示。

1触头和灭孤系统

触头在切断时电流很大会产生电弧，因此必须具有完善的触头系统，它由主触头、副触头和弧触头组成。主触头承担电路的正常工作电流，弧触头是为了防止主触头断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。在合闸时弧触头先接通，然后依次是副触头和主触头。而分闸时，主触头先断开．然后是副触头和弧触头。自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧。 2自由脱扣机构

自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。图7-13所示是一个四连杆机构．它是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。正常触头闭合状态如图7—13(a)所示。图7-13(b)为分闸位置，由于衔铁动作，使顶杆向上逆动，撞击连杆接点，四连杆刚性连接被破坏．脱扣机构动作，使主触头断开。图7-13(c)为准备合闸位置。当脱扣后。需再次合闸时，应先将手柄向下拉，使四连杆机构成剐性连接状态，做好合闸准备。一旦需要合闸，只需将手柄往上推即可。

3．操作机构

操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合或断开。自动空气断路器的操作传动装置常见的有手柄式、连杆式、电磁式，电动式等。但是无论哪一种操作方式，合闸前都必须先储能弹簧储能、使自由脱扣机构处于“再扣”位置，然后利用储能弹簧释放能量实现合闸，减小电弧。 二、发电机主开关的基本工作原理

发电机通过主开关向母线汇流供电，开关的合闸或分闸是通过操纵机构带动

主触头和副触头来控制的，主触头用于对发电机到汇流排的接通与断开控制，副触头所进行的控制有：“有电”指示控制、“分闸”指示控制、连锁控制、粗同步并车控制、脱扣线圈自锁控制及并车磁场控制，上述控制均装有熔断作短路保护。 1手动操作

各种类型的自动空气断路器都有手动台闸操作手柄，通常有转动和上下扳动两种形式。几种常见的国产自动空气断路器的手动操作方法如下：

早期国产的DW-94型自动空气断路器合闸时，先将手柄摇38圈左右，通过蜗轮、蜗杆传动将储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构“再扣”然后再摇2～4圈．使储能弹簧释放，以实现合闸。

DW-95型和DW-98型主开关合闸时，需先将手柄逆时针转1100和900，然后再顺时针转一定角度，使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续顺时针转一定角度即实现合闸。

AH型主开关合闸时首先将手柄向下扳，使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再向手柄扳向上方，即实现合闸。

各类自动开关都有手动机械脱扣按钮，分闸时，只要按下“分闸”按钮即可实现分闸操作。尚有一些自动开关，利用扳动手柄储能，使用手动机械合闸按钮合闸。

2电磁或电动合闸

DW-94型电动合闸主开关采用电动操作时，其合闸操作线路原理如图7-14所示。当发电机建立电压后，红色指示灯亮，失压脱扣线圈获电，操作电动机M通电转动，使弹簧储能，直至凸轮将储能开关中的常开触点闭台，常闭触点断开，此时黄色指示灯亮，表明储能弹簧已储能，自由脱扣机构已处于“再扣”位置。合闸时，按一下合闸按钮SB．，电动机再次转动，使储能弹簧释放，主开关合闸，此时绿色指示灯亮，表示合闸完毕。

DW-95、Dw-98型电动合闸采用电磁操作，其合闸操作线路原理图如图7-15所示。

发电机建立电压后，交流电流经二极管D整流向电容C充电。合闸时，按下按钮SB，电容C就会对继电器KA放电，使KA的常开触点KA4和KA5闭合，接通合闸电磁铁线圈KM，在电磁吸力的作用下储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构已处于“再扣”位置。由于电容两端的电压很快下降，因此当下降到继电器KA的释放电压时，KA的常开触点KA4和KA5断开，合闸电磁铁线圈KM断电，储能弹簧释入，自由脱扣机构动作实现合闸。合闸后，由于DW触点断开，此时再按下按钮SB，不会再有合闸动作。AH型采用电磁铁直推式合闸，线路原理图如图7—16所示。发电机建立电压后，按下电磁控制开关，继电器KA1通电，其常开触点KA1闭合后继电器KA2有电，其常开触点KA2闭合，合闸线圈KM通电，快速将动衔铁吸上，利用动衔铁的质量和速度，通过电磁合闸柱销，对四连杆机构产生一较大的冲击，推动合闸机构合闸。合闸后，自动开关的辅助常开触点DW闭合，继电器KA3通电，其常闭触点KA3断开；继电器KA1断电，其常开触点KA1断开；控制继电器KA2失电，触点KA2断开，从而使合闸线圈KM断电，电磁吸力消失，台闸动衔铁恢复原样，为下次合闸做准备。

3保护元件

万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失压脱扣器及分励脱扣器，通过它们对自由脱扣机构的作用来实现对主电路的短路、过载、失压、欠压等保

护及遥控分励操作。其原理示意图如图7-17所示。

过电流脱扣器一般有电磁式和半导体式，它被用作发电机的短路和过载保护，一般具有反时限延时动作、定时限动作和瞬时动作三种动作特性。当短路故障和过载现象发生时，瞬时或经短路延时或经长延时后接通电磁铁使过电流脱扣瞬时动作，开关自动跳闸。延时元件通常采用钟表机构或利用RC充放电电路等实现。如DW-94延时采用钟表和齿轮摆式时间继电器完成，DW-95、DW-98型则采用电容充放电延时。

欠压脱扣器一般由一个瞬时动作的电压继电器组成，当线路电压低于规定的整定值时，由于电磁吸力的不足引起继电器释放，通过自由脱扣机构使开关自动跳闸。为避免电网电压瞬时波动产生误动作，可采用延时，延时时问一般为l～3 S。

分励脱扣器主要用于远距离控制自动开关的断开，当按下分励脱扣按钮时，继电器吸合，通过自由脱扣机构将自动开关断开。 三、发电机主开关的常见故障与检修

故障现象1：发电机主开关不能合闸(不含电动合闸)

评估： 框架式自动空气断路器的结构组成及维护要求(现场指说)

1、自动空气断路器的结构是由触头系统、灭弧装置、自由脱扣机构、合闸操作传动机构和脱扣器(失压、分励、过流脱扣器)，有的还具有锁扣装置。 2、功用：

（1）触头系统：是用来实现电路的接通与断开；

（2）灭弧装置：灭弧装置是靠电磁力的作用，把断了开电路时产生的电弧吸入灭弧棚片内，分割成许多较短的小段，使其达到快速灭弧；

（3）自由脱扣机构：是使触头保持闭合或迅速断开；

（4）合闸操作传动机构：是通过自由脱扣机构使触头闭合或断开；

（5）脱扣器：通过它对自由脱扣机构的作用开实现对主电路的短路、过载、失欠压等保护及遥控分励操作。

3、自由空气断路器的维护要求：

（1）自动空气开关在使用前应将各电磁铁工作表面(如失压脱扣器电磁铁吸合面)的防锈油 漆或油脂擦净，以免影响开关的动作值； 。 （2）操作机构在使用一段时间后(可考虑1～2年或约l／4机械寿命一次)，在传动机构部分应加润滑油(小容量塑壳式断路器不需要)；

（3）每隔一段时间(例如定期检修时)，应清除落于断路器上的灰尘，以保证断路器绝缘良好。

（4）灭弧器在因短路分短后或较长时期使用后，应清除灭弧室内壁和栅片上的金属颗粒和黑烟灰。长期未使用的灭弧室(如配件)，在需使用前应先烘一次，以保障良好的绝缘。 （5）开关触头使用一定次数后，如触头表面发现有毛刺、金属颗粒等，应当予以清理以保证良好的接触。只有当触头被磨损至原来厚度的1／3时，才考虑更换触头。

（6）定期检查各脱扣器的电流整定值和延时时间，特别是半导体脱扣器，应定期用试验按

钮检查其动作情况：

评估：框架式自动空气断路器主要故障的判别和排除(口试) l、合不上闸

（1）压脱扣器不动作：检查失压脱扣线圈是否断路，若断路应修复或换新；检查脱扣按钮接触是否良好：辅助开关与线圈串联的触点接触是否良好；保险丝是否烧断。 （2）电流脱扣器失调(动作值太小)：校正、调整至规定值。 （a）脱扣机构磨损严重，钩不住：修理脱扣机构或换新； （b）热脱扣器动作后没有复位：停几秒，待热元件复位。 （3）合闸后无电压：

（a）主触头烧坏，动、静触头不接触：检查、修理或更换主触头。 （b）动触头连接线松脱或断线：检查连接线及连接处，接好或紧固螺钉。 （4）断路器跳闸：

（a）失压脱扣器的脱扣钩握持不牢：检查脱扣机构；

（b）失压脱扣线圈串联电阻过大：检查串联电阻及连线处否良好。 （c）火压脱扣器反作用弹簧拉力过大：检查、调小弹簧拉力； （d）过电流脱扣器失调(动作值太小)：校核、调整到规定值。 评估：发电机突然跳闸的应急措施

（1）把备用机组的选择开关置于“手动”位置；

（2）把两台发电机组的控制机方式选择开关置于“手动\位置； (3)把应急发电机的控制机方式选择开关置于“手动\位置；

（4）主电网由主发电机单机正常供电情况下，发电机突然跳闸； （5）观察原发电机运行是否正常（观察电压和频率），正常试合闸，如果无法合闸，

马上起动备用机组，恢复主电网供电，并恢复重要设备供电； （6）故障分析和判断；

第六单元 船舶同步发电机的并联运行

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作为主电源，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。

为什么要采用并联运行的方式呢?这是因为船舶发电机设计时，就考虑到发负载下运行具有最高的效率，而船舶工况变化较大，因而用电量变化也很大，例如船舶在停泊和装卸货两种不同的工况时。用电量可能相差3倍甚至更多，采用两台以上较小容量的发电机可以根据负荷的大小改变运行方式，使发电机经常处于最佳运行状态。如果电站只采用一台大容量发电机，使它满足最大负荷的需要，那么在小负载时，发电机将处于轻载而使效率大为降低，并且选择备用机组容量时也必须考虑和这台大容量发电机容量相同从而使投资费用和运行费用都会增

加，这是我们所不希望的；另外，为了维护检修的方便。也需要采用并联运行的方式，要检修某运行中的发电机组而又不允许电站停电时，就必须先将备用机组投入并联运行，然后再从电网上切除欲检修的机组。

在自动化要求较高的船舶中，还常设置自动并车装置，使已经起动的发电机自动投入并联运行，以便提高船舶电站供电的可靠性。

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组并联。发电机并联运行时具有下述一些特点(以两台发电机并联为例)：

(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

P1+P2=P 和 Q1+Q2=Q

由于发电机以及船舶电网的容量都不大，当有大容量的用电设备的投入船舶电网或从船舶电网被切除时，会直接引起并联机组的有功功率和无功功率同时发生变化，同时也会引起电网电压和频率的变化。

（2）当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机输入的机械功率时，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。

（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。只有同时向相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。 一、船舶同步发电机的并联运行的条件分析

准同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下4个条件：

(1)待并机组的相序与运行机组(或电网)的相序一致；

(2)待并机组的电压与运行机组(或电网)的电压大小相等；

(3)待并机组电压的初相位与运行机组(或电网)电压的初相位相同； (4)待并机组电压的频率与运行机组(或电网)电压的频率大小相等。 由于在发电机组安装时已经对发电机的相序与电网的相序进行测定．保证相序一致的条件，因此并车操作就是检测和调整待并发电机组的电压、频率和相位，使之在满足上述三个条件的瞬间通过发电机主开关的合闸投入电网。这样就可阻保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持稳定的同步运行。 实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定的频差才能快速投入并联运行。下面来分析这3个并车条件。图7—18中G1为已在电网运行发电机，G2为待并发电机。

(1)假定待并机组与运行机组频率相等，初相位相同，但电压大小不相等，即f1=f2 , δ10=δ20，但u1≠u2，并设待并机U2大于运行机组(或电网)电压U1。 并联运行连接图，如图7-18(a)所示。图7-18(b)为单相等效电路，图中X1“和X2”分别表示并车瞬间两台发电机所呈现的等值电抗，电枢电阻不计，I．和I：表示两台发电机输出电流，U2>U1，在待并机主开关ACB2动、静触头间就存在一个电压差，即△U=U2一U1。合闸瞬时两台发电机之间产生环流IPH，而环流所流经的回路阻抗主要是感抗，故IPH滞后于△U约900，其相量图如图7-19所示。

由相量图可见，该环流 IPH 对待并机G2而言，是与 I2 同方向、滞后 U2900 的感性无功环流，产生去磁效应的电枢反应，使端电压U2有所下降；而环流IPH 对运行机G1而言，是与I1反方向、超前U1900的容性无功环流，产生增磁效应的电枢反应，使端电压U1有所上升。最终在这环流的作用下，将使两台发电机并联运行于同一电压U，且U1

可见，当频率相等、初相位一致、电压不相等时，两台发电机并车瞬间将在两机组间产生一个无功性质的环流、对两台发电机起到均压作用。由于发电

机在并车瞬间呈现很小的等值电抗，因此当电压差较大时，合闸瞬间会产生很大的冲击电流(即J删=荨茜)，对两台发电机和电力系统均不利。巨大的冲击电流产生的冲击电动力，会损伤发电机电枢绕组、主开关触头，使汇流排变形等。一般并车操作时，电压差不得超过额定电压的10％。在船舶电网负载比较平衡的情况下，船用发电机的自动调压器的静态调整率要求在±2.5％，一般这个条件通过自动调压器来实现。

(2)假定待并机组G2与运行机组G1电压相等，频率相等，但初相位不同，即U．=以』=入，62。≠6m6=620 810≠0。

假定待并机组G2电压初相位超前于运行机组G1，其相量图如图7-20所示。图7-20(a)的两个电压初相位不一致，在待并机主开关ACB2的动、静触头间会有一电压差△U=U2一U1。其大小△U=2Usin导。由于△U的作用，在两机组间仍然会出现滞后AUgO。的环流IPH，IPH与电压U1和U2之间的夹角不再是900而是δ/2，此时的环流不再是纯无功性质。对于待并机G2而言IPH与I2同方向，是一个滞后的输出电流。把环流IPH向U2的有功和无功方向分解，得到有功分量IPHP和无功分量IPHQ，如图7-20(b)所示。IPHP与U2同方向，是输出有功电流，使G2转速下降，使δ减小。无功分量IPHQ滞后于巩U2900，增加G2的感性负载，产生去磁效应的电枢反应，使端电压有所下降，而环流IPH对于运行机组G1而言，其方向与I1相反，即-IPH才与I1同方向。

同样道理，将-IPH向U．的有功方向和无功方向进行分解，得到与U．相位相反的有功分量-IPH和一个滞后u．90。的无功分量-IPH。-IPH与u，相位相反，是输入有功电流，相当于电动状态，使其转速增加。这样，在环流的作用下，一台减速而另一台加速，最终使得并联运行的两台发电机达到相位一致而进入同步运行。环流的有功分量对应的功率为整步功率，其中超前的发电机输出整步功率，滞后的发电机吸收整步功率。整步功率对应的整步转矩，对于超前发电机而言是阻转矩，使转速下降；对于滞后发电机而言是驱动转矩，使转速上升，最终将两

机拉入同相位同步运行。该过程称为“牵入同步”过程。

IPH滞后运行机G1的u．90也是去磁电枢应，使G1的端电压下降，可见，IPH和IPH分别都是起去磁电枢反应，使两台发电机端电压端有所下降。由于这两个无功电流大小相等，去磁作用效果相等，不会造成两台发电机电压不相等。 综上所述，U1=U2，f1=f2，δ10 ≠δ20，δ=δ10-δ20≠0时，合闸瞬间出现环流IPH这个环流形成了整步功率，在δ很小时，依靠整步转矩，将两台发电机拉入同步运行。但是，△U与δ成正比，当δ=1800，△U=2U，环流达到最大(，PH=：岩)，而整步功率为零。为了减少冲击电流，一般并车操作时要求相位差δ小于150。

(3)假定待并机G2与运行组G1电压相等，初相位相同，但频率不相等，即，U1=U2，δ10 =δ20，f1≠f2，时并车。

假定待并机f2大于运行机f1。由于电压相等，初相位一致，在合闸瞬间(在t=0时刻)，不会出现△U，也就没有环流。但由于f2>f1，随时间后移，待并机就会超前，出现相位差，即6=∞：f一∞．L=(u：一∞。)L，如图7-2l相量图所示。只要相位差～出现，环流IPH就随之产生，即出观整步转矩，使G2减速，G1加速。只要频率差△f=f2-f1不大，最终依靠整步转矩都能“牵入同步”。若频差△f太大，往往难以拉入同步，同时合闸后环流也不断增大，对发电机和电力系统都不利，应避免这种情况的发生。通常在并车操作时要求频差小于0.5 Hz，通常以0. 25Hz最好。

通过上述分析可知，发电机并车时，合闸瞬间任一条件不满足，都会在发电机组之间产生冲击电流。冲击电流的无功分量起均压作用；有功分量产生的冲击转矩起整步作用。只要冲击电流不大，对并车操作是有利的。若冲击电流太大，会造成并车失败，严重时会导致全船停电．甚至造成发电机组的损坏。 二、船舶同步发电机手动并车和解列

检查和调整待并发电机的电压、频率、初相位，使之满足准同步并车的条

件，然后进行合闸。使发电机拉入同步。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。

当待并发电机组起动，并建立了电压之后，电压是否与运行机的电压相等，可通过发电机控制屏上的电压表检测，应使电压差在±10％以内。只要发电机调压器工作正常，一般都能满足这个要求，无需特别调整。手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初相位，使之满足准同步并车要求。要注意的是，不应在电网负载波动比较大(如有大功率电动机在起动、变速等)的情况下进行并车操作。

1．同步指示灯法

根据同步指示灯的连接方式又分为明暗法和旋转法。 （1）灯光旋转法

图7-22为灯光旋转法的电路图，HL1接在电网与待并机的对应A相上，HL2接在电网的B相与待并机的C相上，HL3接在电网的C相与待并机的B相上，形成部分交叉接法。当待并机G2的频率f2 大于电网频率f1时，它们之间对应相量变化的角速度为33333，如图（b）所示。若以电网电压相量为参照，则待并发电机相量是以33333333 的频差角速度逆时钟方向旋转，加在三个灯光的电压是不断变化的的。从相量图上可知，当f2>f1(△f>0)时，三个灯泡轮流熄灭顺序是：HL1-HL2-HL3-HL1，当f2

将图7-22中三个灯泡HL1、HL2、HL3的两端经电压互感器分别接在待并车发电机和运行发电机的对应相上，即为灯光明暗法的电路图，每个灯泡两端的电压就是两对应相之间的电压差值△u。灯泡上所加电压的大小随相位差的变化而变化，在频率不相等时，其相位差随时间变化，灯泡就明暗交替变化。当相位差0时，三个灯泡所加电压为零，同时熄灭，当相位差为1800时，三个灯泡所加电

压最大，灯泡最亮。只要存在频率差，那么相位差6=(∞z一∞1)L=2Ⅱ舭，则灯光变化一个周期(d从o—也”)所需时间瓦=—≥。频差△f，越大。灯光变化的周期越短，当灯光变化周期大于2S时，才能符合并车条件。为了可靠抓获在同相位点（即灯全灭时）合闸，一般调整频差在0.25Hz(周期≥4S)，然后，在灯光全灭的中间期果断合闸，这是因为，灯泡的电压下降到30%-50%额定电压时就熄灭到亮有一个过程，在这熄灭全过程中间一瞬间，才是真正的同相位点。

可见，灯光旋转法不仅能检测频差的大小，而且可以检测频差的方向，灯光明暗法，只能检测频差的大小，频差的方向只能通过两频率表读数的比较才能知道。

2．同步表法

同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差，频率差及其方向的仪表。 若待并机电压超前电网电压一个电角度δ。指针就指在整步点右边（快方向）一个δ角度，若待并机电压滞后于电网电压一个电角度δ，指针就指在整步点左边（慢方向）δ角度上。若待并机频率f2>f1 ， 整步表指针将不断向“快”方向转动。若待并机频率f2

运用整步表能检测出待并机与电网的频差大小和方向，而且指针不同位置指出相位差的大小。当并车操作时，应使整步表指针转动一周所需时间大于4S（△f<=0.25HZ） ，在整步点到来前的一个小角度，把握时机、果断合闸。当动、静触头闭合瞬间正好是初相位一致时，这时合闸冲击电流最小；提前一个小角度而不在同步点才合闸，是因为每个主开关都有一个固有的动作时间。

在用准同步表法进行并车操作过程中，当电压差与频率差基本调整完毕后，

就应合同步表转换开关，将其转换到待并发电机位置。若同步表的指针沿着“快”的方向旋转，则说明待并发电机转速(频率)快了，则要通过伺服马达控制柴油机的调速器，使待并发电机的转速下降，等调节到指针旋转比较缓慢(一般总是使指针沿快的方向旋转，这样并车后就可使待并发电机分担少量负载，防止出现逆功率，对并车成功有利)，当指针快到中点即相位差为零时立即合闸(考虑到主开关有一定的动作时间，故要适当提前一个角度，一般为11点位置合闸)，待并发电机依靠自整步作用被拉入同步，观察同步表将固定在“同步”位置不再转动，然后再进行负载转移。

应当指出，同步表按短时工作制设计，一般持续工作时间不大于15 min，间隔时间为30 min，所以，并车操作过程不宜太长，并车成功后应及时切除。

评估： 发电机组单机手动起动和合闸供电(实操与口述结合)

1、原动机起动前的准备工作

（1）打开主空气阀，查看起动空气压力是否在规定范围内，有的机组还需查看控制空气压力；

（2）取出盘车棒对柴油机进行盘车，盘完车后，应将盘车棒插在专用的盘车棒插孔内； （3）将油门调节手柄从停机位拉到起动油门位；

（4）若调整器是表盘式，则应将负荷限制旋钮转到中间位置； （5）手摇泵泵油，直至滑油压力到达规定； （6）打开各气缸示功考克；

（7）检查燃油阀是否已打开，若尚未打开则应打开。 2、原动机的正确起动

（1）打开起动空气阀冲一下车：

（2）关上各缸示功考克；

（3）打开起动空气阀，起动发电机组；

（4）柴油机起动成功即关闭起动空气阀，一般起动5秒尚未成功，也应关闭起动空气阀： （5）对表盘式液压调速器，若起动成功但转速与额定转速相差较远，则可转动同步旋钮进行调节，直至转速处于额定转速附近；

（6）检查机组运行状况，待滑油压力等参数均正常时，将油门调节手柄从起动位拉至运行位；

（7）将调速器上负荷限制旋钮从中间位置转到柴油机能承担的最大运行负荷的百分比位置； （8）调节机组进水、出水阀、使运行机组冷却水循环运行，保持备用机组在吸机状态 3、发电机主开关的正确合闸

（1）观察发电机的电压和频率是否达到额定值，否则应调节励磁电流和原动机油门； （2）当压力、频率在额定值时，按下合闸按钮； 4、发电机主开关合闸后的正确操作 （1）分配电能(合上各负荷开关)； （2）调节压力、频率使之在额定值。

评估： 发电机手动准同步并车操作(实操)

l、备用机组的起动操作

（1）把备用机组的选择开关置于“手动”位置；

（2）把两台发电机组的控制机方式选择开关置于“手动\位置； （3）观察备用机是否准备好，若准备好，允许起动指示灯亮；

（4）当允许起动指示灯亮时，按下机组起动按钮，若起动成功，发电机有输出压力，主开关“断开\指示灯亮；

（5）观察待并机的电压、频率是否在额定值，否则调节励磁电流、原动机油门，使其在额定值。

2、同步表的正确使用

（1）当待并机的电压、频率在额定值或等于运行机的电压、频率时，把同步表的选择开关打在待并机号上：

（2）观察同步表的旋转方向，若沿“快\方向转，减小原动机油门；若沿“慢”方向转，增 加原动机油门，使得同步表旋转一周大于4秒钟； 3、并车条件的准确掌握

在同步表转到整步点前一个小角度，果断按下合闸按钮；若合闸成功，同步表就指在整步点；

若不成功可重复上述操作，但不得超过三次。 4、负荷的转移和分配

（1）为了防止待并机合闸后，发生逆功率而跳闸，应首先少量加大待并机的原动机油门； （2）切断同步表；

（3）进行负荷转移和分配，即增加待并机的原动机油门，同时减小运行机的油门。在此过程中，应保持频率在额定值，最终调节到两台机组均分有功功率。

评估： 发电机组的手动解列和手动停车(实操)

1、观察电网上的功率是否少于75％单机定量。若小于定量，进行解列操作。 （1）计算出总功率值； （2）判别是否可进行解列

（3）把备用机组的选择开关置于“手动”位置；

2、减小解列机组油门，同时增加留网机组油门，其过程尽量保持电网频率为额定值；

3、解列机组的功率减到1O％额定功率以下时，按下解列机组的主开关的分闸按钮，使其主 开关跳闸；

4、减小原动机油门，使原动机转速下降，即频率小于55Hz以下；按下原动机停止按钮。

第七单元 并联运行发电机组有功功率的分配与调整

发电机输出的有功功率是由原动机的机械功率转化而来．电力系统的有功功率变化(例如空压机电动机的起动，停机等)，引起发电机组转速的变化，从而使电网频率发生变化。其原因分析如下： 电网频率f与发电机组转速n有如下关系式 3333，=器

设原动机输入功率为PT，发电机负荷功率为PF，忽略内部损耗。当PT=PF，时输入与输出功率平衡．系统转速(即频率)不变。如果系统中的负荷突然变化使

发电机输出功率增加△PF，而由于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化，这时，

PT

为了保持功率平衡，机组把转子的一部分动能转换成电功率，使机组转速降低，系统频率下降。可见系统频率的变化，是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致。

例如突然增加或卸掉某些负荷(PF增加或减少)时，原动机(以柴油机为例)由于机械惯性的作用，油门尚未变化(PT未变)，这就导致了频率下降或升高。此时若不相应增加或减少原动机的喷油器，则频率的变化将会使电力系统不能正常运行。与额定电压一样，维持频率恒定也是电能质量的重耍指标之一。船级社规定船用电器设备在电源频率波动稳态值达±5％额定频率时应能正常运行。因此要求船舶电网频率的变化最好保持在±0.2 Hz以内。 一、调速器及其调速特性

发电机组转速的调整是由原动机的调速器来实现的，因此发电机组的功率频率特性取决于调速器的特性。由于电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因此调速器应是一种“定速调速器”，即通过调速器调节维持原动机转速不变。调速器种类有机械式、液压式和电子式等。但无论哪种形式，其工作原理都是测出偏差后，根据偏差的大小和极性去调节原动机，使原动机在负载从零到额定值范围内变化时，维持转速在允许的范围内。 1．调速器的结构和动作原理

现以柴油机的离心式调速器为例说明其工作原理。它的结构如图7-23所示。

该调速器是基于离心力的原理制成的。主要由输入传动轴1、飞铁3、滑

套5、弹簧6和杠杆7、拉杆8所构成。柴油机运行时，通过齿轮传动机构带动调速器的传动轴1将转速传到轴2，使飞铁3绕轴2旋转，飞铁在离心力作用下，力图张开，并将滑套5向上顶压缩弹簧6，直到与弹簧6产生的反作用力相平衡，这时滑套5将处于某一平衡位置，通过杠杆7、拉杆8，将油门拉到一定的开度，使柴油机有一定大小的喷油量，机组在一定转速下运行，此时的调速器处于一种平衡状态。

若由于某种原因破坏了调速器的平衡，譬如负载减少、机组转速升高，则飞铁的离心力增大、张开的角度将更大，引起滑套5上移。在滑套上移的过程中，通过杠杆、拉杆，使油门减小，转速就被阻止进一步增加。同时，因为滑套的上移压缩了弹簧6，其反作用力也将增加，直到与离心力的作用平衡，滑套5就停止上移。到此，调速器达到了一个新的平衡状态，机组在另一个转速下稳定运行；相反若由于某种原因使转速降低，则飞铁的离心力变小、平衡又被打破。此时弹簧6的压力大于离心力的作用，滑套下移，于是油门加太，阻止了转速进一步下降，又达到了一个新的平衡。这种自动调整作用，使柴油机能稳定运行于一定的转速范围内。

由图7-23可知通过伺服电动机，经蜗轮、蜗杆传动，可以将弹簧6事先压紧到一定的程度；弹簧“预紧”是通过配电盘上的手动调速开关接通伺服电动机进行的操作。预紧力越大，滑套越被压向下移，对应的油门开度越大；反之油门开度越小。

如果需要保持转速(频率)不变而加大输出功率时，可以加大弹簧预紧力，此时油门加大，输出功率也就增加，同样要求增加转速(频率)，也应加大预紧力，使油门加大转速就升高。总之，加大预紧力可以使输出功率增加，也可以使频率升高，而减小预紧力则使输出功率减少，也以使频率降低。这一点对于频率和有功功率的调节是很重要的。 2调速器的特性

现在以一台发电机组的运行为例讨论调速器的自动调节作用及调速器的特性。

当柴油机输出的功率与发电机组的负载功率平衡时(不计损耗)，机组将作匀速运转，频率稳定在某一值上。设此时已将调速器的弹簧预紧力整定在使机组的

转速正好等于额定转速，由调速器进行自动调节。若负载突然增加，由于油门还来不及改变，原动机发出的机械功率将低于负载实际的功率，机组减速，额率逐渐下降。由于转速下降，飞铁离心力减少，在弹簧力作用下，滑套下移，使油门加大，柴油机发出的功率逐渐增加，以阻止其转速进一步下降。当原动机功率增加到与负载功率重新平衡时，自动调节完毕进入匀速运转。但新平衡状态的转速比原来的转速低了。同样若负载减小时，调节完成后的新转速将比原来的转速要高些。

在调速器自动调节时，机组的转速n(或频率f与输出有功功率P之间的关系，称为调速器的静态调速特性，如图7-24所示。

图中曲线1为上述调速器的调速特性，因为转速n(或频率f是随负荷有功功率P的增加而下降，所以称为下倾的有差调速特性。如果转速不随负荷有功功率而变化，则称为无差调速特性。如图中曲线2所示。上述机械式的调速器不能得到无差特性，只有用液压调速器才可以获得无差特性。实际上为了使发电机组能稳定地并联运行，船用发电机组调速器一般均采用有差特性。 二、单机运行时频率的调整

当发电机的负荷功率变化时．由于调速器的作用，能自动地调节油门的大小，从而维持发电机组的转速(频率)在一定范围内，但因为是有差特性，所以频率并不是恒定的。若希望维持额定频率，还需适当地手动调节调速器弹簧的预紧力，改变油门的大小。反映在坐标平面上就是人为地将调速特性曲线作上、下平移，如图7-25所示。

在图7-25(a)中，假设发电机运行于特性曲线l、对应负载P1时的频率为fN(如

图中的A点)，若负载增加到P2，在调速器的作用下机组将沿特性曲线l中的A点下降到B点。此时频率f1P2，剩余功率将使机组沿特性曲线2加速，频率有f1上升到fN，在特性曲线2上对应的输出功率正好等于负载所需功率P‘2时，达到了功率平衡，发电机运行在特性曲线2上的D点。上述过程实现了频率达到再调整。

综上所述，在同一负载下欲使频率升高，则应加大弹簧预紧力，将油门加大，整个曲线1将向上平移到曲线2，如图7-25（b）所示。若减少弹簧预紧力，则特性曲线向下平移，如图中的曲线3所示。

三、并联运行发电机组有功功率分配及频率的调整

并联运行发电机组间有功功率的分配，与两台发电机组所具有的频率特性有关，如图7-26所示。

如图7-26(a)所示的两台发电机组都具有有差调节特性。并联运行时两特性曲线有稳定的交点A0，此时所对应的频率为额定频率fN，l号发电机和2号发电机承担的有功功率分别为P1和P2，并且P1=P2。当系统的有功功率增加△P时，频率下降为f1，两机组分别运行在A1和A2点，各自承担功率为P’1和P’2，且P’1≠P’2。因此有差特性的机组并联运行，随电网负荷的变化能够自动、稳定地分配有功功率，使两机组稳定的并联运行。但由于特性曲线的斜率不一致，因此功率不能按容量成比例分配。若适当的通过手动或自动调节两台机组的油门，将特性曲线l和2分别适度地向上平移，使负荷均匀分配，频率f=fN。 如图7—26(b)所示为具有无差调节特性的情况，尽管在图上可以看出在任何情况下，电网的频率保持不变。但因为过两台并联运行的机组有无数个交点。只要稍有扰动．就会使一台机组功率增加，油门加大，另一台机组的功率减少，油门减小，这种无法逆转的趋势，很快使一台机组过载，而另一台机组成为电动机

运行，因此不能稳定地并联运行。

如图7-26(c)所示为一台具有有差特性与一台具有无差特性的发电机并联运行情况．从图中可见系统的频率能保持不变。但当负荷变化时，具有有差特性的发电机所承担的有功功率不变，而负荷的变化量将全部由具有无差特性的发电机来承担。

要使两机之间的功率能够按容量成比例分配，只有两特性曲线的斜率一致。由于调速器特性总是存在一定的差别，为了使电网频率不致随负载变化过大，又要使功率稳定的分配，特性曲线的下降率应在3％左右，不超过5％，以保证有功分配偏差在10％以内。 四、有功功率的转移操作

假设电力网上已有一台发电机带负载P在运行，频率为fN。第二台机组并入后，还处于空载状态。现需要将负荷的一半转移给第二台机组，若没有自动负荷分配装置，就必须由手动来调节。在转移过程中，设电压和无功功率分配已由调压器保证。这里只讨论如何实现有功功率的转移和保持频率不变。

如图7-27所示，开始时设1号机组运行于特性曲线1的A点，对应于fN和P1，2号发电机为并入发电机，处于空载状态，运行于特性2的B点，它对应于fN和P2=0。两机的频率功率特性曲线分别为1和2。

为保持电网的频率稳定，在转移负载时，必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。针对上述情况，需增大2号发电机组的油门，使特性曲线2向上平移到特性曲线②，同时减少1号发电机组的油门，使特性曲线1向下平移到特性曲线①，并与曲线②交于C点。两特性曲线①和②的交点C说明两台机组的频率均为fN，而两台机组各自分担的功率均为P1／2。以后在负荷变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调节电网频率。

当两台发电机组并联运行需解列一台时，也应同时反向调节原动机的调速控制开关。在电网的频率保持不变的情况下，将负荷全部转移至运行的机组。当需

解列的机组的有功功率接近为零时，将该发电机的主开关断开。在并联运行中若出现功率分配偏差较大时．也要接上述操作，使两台机组各自分担的功率按发电机容量比例均匀分配。如果出现电网频率偏离额定值时，可同时向同方向操作两机组的调速开关，使频率上升或下降。

评估：常规电站切换至自动化电站的操作(实操与口试相结合)

1、机旁开关从机旁位打至自动位；

2、动化电站控制柜前，且有系统开关的则将系统开关从手动打到自动位； 3、机组开关从手动位打至自动位；

4、有运行／备用开关的，则将运行机组打在运行位，备用机组打在备用位。

评估： 发电机组的自动起动，自动并车及自动调频调载(实操)

1、系统开关位置的设定：将系统设在自动状态，设定备用机组备用顺序；

2、在全船失电情况下，自动起动笫一台发电机组；

3、机组起动，建立电压、单机合闸供电后，重要设备供电，手动调节负载至单机处在重载状态；

4、经延时确认后，系统应自动起动第一备用机组。并注意观察系统确认过程；

5、备用机组起动成功，电压建立、系统即进入准同步并车合闸程序。打开同步表开关观察 自动并车过程；

6、并车成功，系统即进入频载的自动调节。关闭同步表开关，观察配电板上功率表、频率 表指示；

7、手动增减负载，观察系统自动调节频载。

评估：发电机组手动起动、手动合闸及自动并车、自动调频调载

1、系统开关位置的设定：将系统设在手动状态，设定备用机组备用顺序；

2、在全船失电情况下，手动起动笫一台发电机组；

3、机组起动，建立电压、单机手动合闸供电后，恢复重要设备供电，手动调节负载至单机处在重载状态；

4、经延时确认后，系统应自动起动第一备用机组。并注意观察系统确认过程；

5、备用机组起动成功，电压建立、系统即进入准同步并车合闸程序。打开同步表开关观察 自动并车过程；

6、并车成功，系统即进入频载的自动调节。关闭同步表开关，观察配电板上功率表、频率 表指示；

7、手动增减负载，观察系统自动调节频载。

评估： 发电机组的自动解列和自动停机(实操)

l、系统开关位置的设定：将系统开关设定于自动状态，设定备用机组顺序；

2、手动减小负载到减机功率值：手动减小负载至(70％pfe) ；

3、观察解列过程，注意跳闸功率；经延时确认后，系统自动解列备用机组，先是转移负荷， 待解列机组功率为0.05pfe时，主开关跳闸；

4、观察停机过程主开关跳闸后，机组应空载运行一段时间(由用户设定)，空转运行时间到，即执行停机操作，并注意确认过程。

评估： 重载投入电网的操作(实操与口试相结合)

实做内容：演习重载询问功能且简要叙说控制系统如何处理的。

1、自动化电站的重载控制方式(重载询问功能)；

2、重载询问正确操作：电站处于自动状态单机运行且已带50％负荷；

（1）按下重载启动箱上启动按钮，自动化电站控制柜{屏)上(重载运行批示灯)有关指示 灯闪亮．重载不启动而备用发电机开始起动；

（2）指示灯闪亮说明电站储备不够，故需先起动一台备用发电机组投入电网并联运行，然后再启动该大负荷；

（3）用机组投入电网并联运行负荷已基本分配后，大负荷自动开始启动。重载运行指示灯闪光变成平光(常亮)；

（4）按下重载询问启动按钮，电站现有功率裕量足够时，重载即立即启动，此时重载运行指示灯不闪光。

评估： 自动化电站故障自动停车的判断(口试)

1、当自动化电站发生发电机主开关跳闸，主电网失电，除报警外，机舱没有其它任何反应且报警指示的是短路保护，说明这时发生电网短路故障。此时，应把自动转换为手动，切除 短路电网支路(断开支路分开关)。然后，起动准备用机组，合上主开关，恢复电网供电。若短路故障发生在汇流排，应排除故障后合闸；

2、当发生自动跳闸停车时，应立即至控制操作柜(台、屏)前查看闪光的报警指示灯或文字。数字指示内容以及电站目前运行状态，即可知道是何原因停机，按下消声确认按钮，然后根据故障指示原因来排除故障。若是：1)发生严重机、电故障(如滑油失压、超速、逆功率)时，立即跳闸、停机，同时启动备用机组投入电网运行。2)发生不太严重机、电故障(如冷却水温高、冷却水压低、欠频等)时，先启动备用机组投入电网并联运行，然后解列故障机组。故障机组跳闸后，有的自动化电站即作停机处理；有的自动化电站先让机组空转运行一段时间(1 0～l 5分钟)，之后才作停机处理。

第八单元 船舶同步发电机的自励恒压装置及发电机组无功功率分配 维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措施之一。然而，电网电压是会经常变化的，船舶电网电压波动比陆上大电网电压波动更为严重，其电压是否稳定取决于发电机的自动励磁调整装置(自动电压调节器)性能。

励磁控制系统是发电机的重要组成部分，它的主要任务是根据发电机的各种运行状态，向发电机的励磁系统提供一个可调的直流电流，以稳定发电机的输出电压。性能优良、可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必需的。

引起电网电压渡动的主要原因是负载变动。负载电流幅值变化或负载性质变化都将引起发电机的电枢反应发生变化，从而引起发电机端电压变化。 一、自励恒压装置的作用和基本要求 1自励恒压装置的作用

当电压波动时，通常是靠调节发电机励磁电流的大小来进行恒压控制的。一个电压自动调整装置实质上是励磁电流自动调整装置。调整励磁电流既可以对电压进行调整．当发电机并联运行时，它还在发电机组之间无功功率分配方面起作用。

2对自励恒压装置的基本要求

基于船舶工作环境的特殊性，对自动励磁调整装置的基本要求是：简单可靠；灵敏度高而稳定；保证电压为给定水平；具有一定的强行励磁能力；合理地分配无功功率以及充分地考虑经济等方面的因素。在一般稳定调整的情况下，船舶电力系统电压的暂态调整过程如图7-28所示。下面分析其具体指标：

(1)静态和动态特性的要求

自动电压调整器的静态和动态特性。是以调压器的静态电压调整率和动态电压调整率来表示的，这是衡量调压器的主要技术指标。

当负载在一定范围内变化时，在不同的负载下，调压器应保证稳定状态时的电压在允许的范围内。这个静态指标，用静态电压调整率△UW来衡量，即 333333333333333

式中：UN——发电机的额定电压(V)；

UW——发电机在规定的负荷变化范围内端电压的稳态最大值或最小值。 我国《钢质海船入级与建造规范》规定：发电机从空载至满载，功率因数保持为额定值，主发电机的静态电压变化率应在±2.5％以内，应急发电机的静态电压变化率应在±3.5％以内。

当较大负载突变时，瞬时电压变化很大，此瞬时电压也要在规定的允许范围之内，而且恢复的时间越快越好。这个动态指标，用动态电压调整率△US和电压恢复时间tw来衡量。 333333333333333333

式中：Us——发电机突加负荷或突减负荷时的最低电压值或最高电压值。

我国《钢质海船入级与建造规范》规定：“交流发电机在负载为空载，转速为额定转速，电压接近额定值的状态下，突加和突卸60％额定电流及功率因数不超过0.4(滞后)的对称负载时，当电压跌落时．其瞬态电压值应不低于额定电压的85％；当电压上升时，其瞬态电压值应不超过额定电压的120％，而电压恢复到与最后稳定值相差3％以内所需的时间应不超过15 S。” (2)强行励磁

电力系统的特点之一，是过渡过程非常快。当负载突然有很大增加或发生突然短路时。电压便会突然下降很大。这将给电力系统的运行带来许多问题，甚至可能使电力系统丧失稳定。因此，由提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性以及继电保护装置动作的准确性等动态稳定性的观点出发，要求调压器的动作要迅速。解决这个问题的方法之一就是实行强行励磁。也就是要求励磁系统应能保证最短的时间内，把励磁电流升高到超过额定状态时的最大值，以使发电机的电压迅速得到恢复。这就要求调压器应具有一定的强行励磁能力。 (3)电磁兼容性

电磁兼容怀是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力。对励磁装置的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其他设备的正常工作这一方面。 （4）自励起压性能

自励起压性能是对自励磁类型的励磁装置的要求。保证发电机依靠剩磁从静止起动后能迅速顺利地发出规定的电压。自励类型的励磁装置应用最为普遍。 其他还有安全性、可靠性、经济性等也是很主要的衡量指标。 3．自励性压装置的分类及调压原理

同步发电机励磁性压装置的种类较多，其发展大致经历了带直流励磁机的励磁系统、不带励磁机的相复励性压励磁系统、晶闸管励磁及具有同轴交流励磁机的无刷励磁系统等几个阶段。

目前同步发电机采用自励形式，其直流励磁电流由自身输出的交流电经过整流后获得的。各类装置的基本调压原理都是通过对发电机端电压，或者负载电流及其功率因数的检测来调整励磁电流，从而实现输出端电压恒定。按照被检测量，自励恒压装置可分三大类： （1）按发电机电压偏差调节

发电面在运行中，由于某种原因使得发电机输出电压与给定的电压出现偏差时，调节器将根据偏差电压的大小和极性输出校正信号，对发电机励磁电流进行调节。由于被检测量和被调量都是发电机端电压，恒压装置与发电机构成一个闭环调节系统，稳态特性比较好，静态电压调整率一般均在±1％以内。晶闸管自励恒压装置属于这种类型。 (2)按负载电流和功率因数调节

发电机电压的波动，是由于负荷的变化和故障所引起。如果被测量是发电机的负荷电流及功率因数。再经调压器去调节励磁电流来稳定发电机电压。这时被测量和被调量不同，故构成一个开环调节系统，静态特性比较差，但动态特性较好。不可控相复励自励恒压装置属于这种类型。 (3)复合调节

这类复合调节是将上述两种调压方式结合在一起，它是在按负载调节的基础上采用自动电压调节器(AVR)。静态和动态特性都比较好，是一种较理想的励磁调节装置。可控相复励白励恒压装置属于这种类型。

目前主要采用的类型有：不可控相复励自励恒压励磁装置、可控相复励自励恒压励磁装置、晶闸管自励恒压励磁装置、无刷同步发电机励磁系统。 二、不可控相复励自励恒压装置 1自励起压基本原理

我们以自励同步发电机为例，分析发电机的自励起压过程。自励同步发电机的励磁电流，是由同步发电机本身的定子交流电，通过静止的整流元件供给。自励同步发电机自励回路的单相原理图如图7-29所示。自励同步发电机的自励起压特性曲线，如图7-30所示。其中曲线l为同步发电机的空载特性曲U0=f(If)，曲线2为自励回路的理想励磁特性曲线If=f(U)。

自励同步发电机的自励起压原理及过程是这样的：由于磁滞现象转子磁极上留有剩磁。当柴油机起动、拖动发电机G的转子转动后，发电机定子绕组将感

生剩磁电压Ur，如图7—30中所示。Ur加在自励回路上，经整流器ZL整流，在发电机励磁绕组L中产生励磁电流If1，在发电机定子绕组中感生电压U01。U01通过自励回路在L中又产生If2；If2又产生更高的电压U02，如此循环，构成正反馈，逐渐提高发电机空载电压，最后达交点A稳定，得到发电机空载额定电压U0N。

由上述可知，自励同步发电机要达到正常自励起压，必须满足两个条件：①必须要有足够大的剩磁电压Ur，以使自励回路导通；2。必须适当整定自励回路阻抗，使励磁特性与空载特性配合恰当，正好相交在正常空载额定电压U0N。 自励同步发电机的自励起压，是否一定在正常空载额定电压U0N稳定下来，决定于励磁特性曲线If=f(U)与空载特性曲U0=f(If)是否能够稳定的交于A点，而励磁特性曲线不仅决定于电压U，而且还决定于自励电路的阻抗的大小，如图7—29所示．即与线性电抗器DK的电抗值、ZL的正向电阻值以及电刷和滑环接触的电阻值等有关。实际上，这些阻抗都是非线性的。例如．在电压很低时，ZL的正向电阻值和电刷与滑环的接触电阻值都比较大，而当电压较高时，则其阻值很小，因而使得励磁特性曲线If=f(U)是非线性的，在开始一段较陡立，而后一段较坡，如图7—30曲线3所示。这样，就使得曲线3与曲线1有三个交点C、B、A。在起压中，当达到C点时．便稳定下来了，如此，就达不到正常的空载额定电压UON，因此必须要设法消去C点和B点。要解决这个问题．有两种办法：一种是抬高曲线l，例如使之变成为曲线4；另一种是降低曲线3，例如使之变成为曲线5。

抬高曲线l，就是保证要有足够大的剩磁电压。例如可采用在制造发电机时加恒磁插片或适当加大其气隙等办法来提高剩磁电压，但这将使发电机的尺寸加大。比较简易可行而常用的方法是，外接一充磁电源E，如图7-29所示。在失去剩磁或剩磁不足而起压困难时．合上充磁电源开关K，使对L进行充磁，以提高Ur将曲线1抬高为曲线4，如图7—30所示，即可顺利起压达正常空载额定电压UON。

降低曲线3的常用方法是，接入谐振电容CQ，如图7_29所示。当开始起压时，一般设汁在接近额定频率时，使由DK和CQ组成的串联谐振回路发生串联电压谐振。此时，谐振电路总的电阻很小，电流将很大，因而CQ上将有很高

的电压，加在励磁回路上，使励磁电流大为增加，也就是将曲线3下降为曲线5。由于曲线5的开始一段陡度就很小，因此便可顺利而迅速的起压。当起励电压U接近于正常空载电压UON时，由于此时励磁回路电阻减小，使谐振电路脱离了串联谐振状态，励磁特性曲线便由曲线5转为曲线2，交于A点，于是到得正常空载额定电压UON，发电机便进入正常空载运行。 2恒压的基本原理

上述自励回路，只是解决了同步发电机的自励起压问题。同步发电机建立正常空载电压UON后，在船舶主开关合闸带负载时，由于电枢反应的去磁作用和内部阻抗压降，其端电压U必然要降低。因此必须采用恒压措施。既然是负载电流I变化引起了发电机端电压U的变化，因而也就可以利用I进行复式励磁，以附加励磁电流I来调整U。

复式励磁，就是将发电机的定子电流整流后供给励磁电路。其调压作用是借助电流互感器LH组成的复励回路来实现的。当I增加引U下降时，同时I通过LH也使励磁电流If增大，以提高U，从而达到以补偿方式进行调压的目的。 引起同步发电机U变化的原因，除了负载电流大小外，还和功率因数cosp的大小有很大关系，所以还需要调压器能补偿cos 变化引起的U的变化。这就需要进行所谓的相复励，如图7-31所示。

在图7-3l中，通过LH反映随I而变化的分量Ii，称为电流分量；通过DK自励回路的分量Iv称为电压分量。励磁电流的电压分量和电流分量是在交流侧叠加的，是矢量相加，故可反映相位关系。因为电压分量与U有关，电流分量反映Ii，所以只要采用适当接线。就可使它们的合成电流直接反映出随I和COS 的变化而进行的调压。为此，必须在自励回路中接入电抗或电容，以将自励回路中的电流移相900，移相电抗器DK就具有这个作用。

图7-31是电压分量和电流分量以电流的形式存ZL的交流侧直接相叠加，故又称为电流叠加的相复励自励恒压装置。除此之外．基于同样的基本原理，还有以电磁或电压形式在ZL交流侧叠加的，分别称为电磁叠加和电势叠加的相复

励自励恒压装置。

上述同步发电机的自动励磁系统的基本原理，是直接利用发电机本身的剩磁电压进行自励起压，直接利用发电机本身负载电流的大小及负载电流与电压的相位关系进行相位复励．调整发电机励磁电流，达到调节发电机端电压的目的，所以，同步发电机的这种励磁系统，被称为相复励自励恒压励磁系统。这种系统。由于采用相复励，使调压和电压的变化几乎是同时进行。它的最大特点就是调压动作迅速，因而其动态特性很好。但是，这种相复励系统只是反映了随I和cosp的变化而进行的调压。在调整原理上说，它是一个开环的调整系统，从调压的实际问题来说，它没有反映出其他原因引起的电压变化，例如：频率变化、绕组发热、磁饱和等造成的电压偏差。因而，相对于接电压偏差进行调压的系统来说，它被称为不可控相复励自励恒压励磁系统。显然，从原理上来说，不可控相复励系统的调压静态特性是比较差的。 3电流叠加相复励自励恒压装置

电流叠加相复励自励恒压装置原理图如图7—32所示，其主要元件及其作用是：

TA为电流互感器，它反映发电机负载电流I的大小和相位，以进行相复励调压。其原、副边皆有抽头可调，调整匝数可改变复励电流分量II的大小，以整定发电机电压U。

LC为移相电抗器．它将发电机电压产生的电流移相900，作为电压分IV，以进行自励起压。

II与IV合成，进行相位复励。LC是一个具有气隙的三相铁芯电抗器，并且线圈具有抽头。调整气隙大小或线圈匝数可改变电抗值大小，以改变II之大小，整定空载电压U0。

ZL为三相桥式整流器，它将交流侧合成电流，，=，，+，。整流成直流励磁电流If，供励磁绕组L励磁。由于，，与‘具有固定的关系：frj L．2故以后对Ir也称为励磁电流。直流侧并联R、C过电压保护元件保护ZL。

AN为充磁按钮；E是蓄电池；RE是限流电阻，它们共同组成充磁装置。当发电机由于在运输中或维修时碰撞、振动等原因，使磁极失去或剩磁太小时可按下AN，对磁极进行充磁以便自励起压。

该调压装置所提供的励磁电流为两部分：一部分是由发电机本身的电压U通过自励回路提供的自励电流j。，它是励磁电流I的电压分量；另一部分是由发电机本身的负载电流，通过复励回路提供的复励电流，I。，它是，I，的电流分量。I，。和，I．是以电流的形式在ZL交流侧矢量叠加成为，I，，并经整流后形成总的直流励磁电流If去供励磁绕组L进行励磁．所以，该装置是电流叠加的相复励自励恒压装置。

采用近似的办法简化问题。考虑ZL的直流侧阻抗，包括转子励磁绕组电阻、炭刷滑环接触电阻和ZL本身阻抗，一起折算到ZL的交流侧，近似等效为一个三相对称的线性电阻Rf，并忽略电抗器LC的电阻RLC，设其电抗值为XLC。忽略电流互感器的损耗，设原副边匝数比为Ki，I为发电机电流，可得出其单相等值电路图，如图7-33所示，则

式中：I，r——励磁电流；

I ——电压源单独作用下的励磁电流分量，即励磁电流的空载分量； ，I．——电流源单独作用下的励磁分量，即励磁电流的复励分量。 由于线性电抗器LC的电抗远远大于它的电阻，即XLC》RLC故可近似认为发电机的空载分量，I。落后与发电机端电压900，而发电机的复励分量I，．与负载电流成比例，它与发电机端电压U之间的夹角即为功率因数角φ。图7-34是

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