第一節概述

維持供電電壓的穩定是保證供電質量的主要措施之一。然而，電網電壓是會經常變化的，船舶電網電壓波動比陸上大電網電壓波動更為嚴重，其電壓是否穩定取決于發電機的自動勵磁調整裝置（自動電壓調節器）性能。勵磁控制系統是發電機的重要組成部分，它的主要任務是根據發電機的各種運行狀態，向發電機的勵磁系統提供一個可調的直流電流，以穩定發電機的輸出電壓。性能優良、可靠性高的勵磁系統是保證發電機安全發電，提高電力系統穩定性所必須的。引起電網電壓波動的主要原因是負載變動。負載電流幅值變化或負載性質變化都將引起發電機的電樞反應發生變化，從而引起發電機端電壓的變化。船舶負載多是感性的，且變化無規律。

返回可見，當不變，而變化，即電流幅值變化或與的夾角變化時，都將引起電壓的幅值變化。

當忽略發電機電樞電阻，用同步電抗來表征發電機電樞反應的程度時，電壓平衡方程式為：一、對船用自動勵磁裝置的要求基于船舶工作環境的特殊性，對自動勵磁調整裝置的基本要求是：簡單可靠；靈敏度高而穩定；保證電壓為給定水平；具有一定的強行勵磁能力；合理地分配無功功率以及充分地考慮經濟等方面的因素。在一般穩定調整的情況下，船舶電力系統電壓的暫態調整過程如圖所示。

1）自動電壓調整器的靜態和動態特性

（1）靜態特性

對靜態電壓調整的要求

Ue：發電機的額定電壓(V)Umax：發電機在規定的負荷變化范圍內端電壓的穩態最大值Umin：發電機在規定的負荷變化范圍內端電壓的穩態最小值1.靜態和動態特性的要求（2）動態特性

對動態電壓調整的要求

Umax.s：發電機突加負荷或突減負荷時的最高電壓值Umin.s：發電機突加負荷或突減負荷時的最低電壓值動態指標：發電機突加或突減50％額定電流及功率因數不超過0.4(滯后)的對稱負荷時發電機的動態電壓變化率應在±15％以內電壓恢復時間不超過1.5s。靜態指標：發電機從空載至滿載，功率因數保持為額定值,主發電機的靜態電壓變化率應在

2.5%以內,應急發電機的靜態電壓變化率應在

3.5%以內。《鋼質海船建造及入級規范》規定：2.強行勵磁由提高發電機并聯工作穩定性和電動機運行穩定性以及繼電保護裝置動作的準確性等動態穩定性的觀點出發，要求調壓器的動作要迅速。解決這個問題的方法之一就是實行強行勵磁。也就是要求勵磁系統應能保證最短的時間內，把勵磁電流升高到超過額定狀態時的最大值。3.電磁兼容性這是描述電氣設備在規定的電磁環境中有效工作的能力。對勵磁裝置的電磁兼容性要求主要體現在不干擾其它設備的正常工作這一方面。4.自勵起壓性能這是對自勵類型的勵磁裝置的要求。保證發電機依靠剩磁從靜止起動后能迅速順利地發出規定的電壓。自勵類型的勵磁裝置應用最為普遍。二、自勵恒壓裝置的分類及調壓原理1.按發電機電壓偏差調節發電機在運行中,由于某種原因使得發電機輸出

電壓與給定的電壓出現偏差時,調節器將

根據偏差電壓的大小和極性輸出校正信號,對發

電機勵磁電流進行調節。由于被檢測量和被調量

都是發電機端電壓，恒壓裝置與發電機構成一個

閉環調節系統，穩態特性比較好，靜態電壓調整

率一般均在土1％以內。晶閘管自勵恒壓裝置屬于

這種類型。2.按負載電流I

和功率因數調節發電機電壓的波動,是由于負荷的變化和故障所引

起。如果被測量是發電機的負載電流I

及功率因數。再經調壓器去調節勵磁電流來穩定發電

機電壓。這時被測量和被調量不同，故構成一個開

環調節系統，靜態特性比較差，但動態特性較好。

不可控相復勵自勵恒壓裝置屬于這種類型。第二節不可控相復勵自勵恒壓勵磁系統

返回一、自勵同步發電機自勵起壓基本原理同步發電機按其勵磁方式可分為他勵和自勵的兩大類。他勵同步發電機的勵磁電流是由同步發電機本身之外的單獨電源供電，通常是由一小容量的同軸勵磁機供電。目前在船舶中普遍使用的是帶交流勵磁機，經過旋轉整流橋的他勵發電機勵磁系統，稱為無刷同步發電機勵磁系統。

自勵起壓基本原理

自勵起壓特性曲線，如圖所示。其中曲線1為同步發電機空載特性曲線Ufo＝f（IL）;曲線2為自勵回路的理想勵磁特性曲線IL＝f（Uf）。

同步發電機要正常自勵起壓，必須滿足三個條件：

（1）有足夠的剩磁電壓Us，以使自勵回路導通；（2）適當整定勵磁回路阻抗，使勵磁特性與空載特；（3）使自勵系統成為正反饋系統，剩磁電壓Us所產生的勵磁電流的磁化方向與剩磁方向相同。二、不可控相復勵恒壓的基本原理不可控相復勵自勵恒壓裝置。具有結構簡單，管理方便，價格便宜，動態特性優良，并能在惡劣的環境下可靠工作等優點。

不可控相復勵自勵恒壓裝置,利用發電機本身的剩磁電壓進行自勵起壓,根據負荷電流的大小進行復勵及負荷電流與電壓的相位關系進行相位復勵，以調整勵磁電流，穩定發電機端電壓。根據這兩個分量迭加方式的不同，又可分為：電流迭加型、電勢迭加型和電磁迭加型三種形式。電流迭加電勢迭加電磁迭加第三節電流迭加相復勵自勵恒壓裝置

1)原理圖

TA為電流互感器:它反映發電機負載電流的大小和相位，以進行相復勵調壓；LR為移相電抗器:它將發電機電壓產生的電流移相90°，作為電壓分量ILu，以進行自勵起壓；VD為三相橋式硅整流器:它將交流側迭加得到的勵磁電流?L整流成直流勵磁電流IL

。勵磁系統中要設置人工觸發起勵線路，利用蓄電池向勵磁系統提供電壓。

設電路為三相對稱，電流互感器不飽和。電流疊加相復勵單線原理圖2)等值電路分析電流疊加相復勵等值電路RE:勵磁回路等值電阻K:TA之變比ZL:LR之阻抗移相電抗器ZL

的電抗值XL

＞RL（LR的電阻值）,XL

＞RE,忽略RL和RE

滯后于電壓的角度即為功率因數角

。是用來產生電流補償和相位補償的,當發電機的負載發生變化引起電壓變化時,復勵分量起著自動調節電壓的作用。電壓分量ILu

：在數值上ILu=Uf/XL，相位上滯后于電壓90

角，是勵磁電流的基本分量，由它來決定發電機的輸出電壓的大小。電流分量ILi

：發電機勵磁電流IL是由發電機端電壓經移相電抗器提供的電壓分量ILu與由電流互感器提供的電流分量ILi所組成。

第四節電磁疊加的相復勵自勵恒壓裝置TE為三繞組相復勵變壓器，其原邊有一個電壓繞組N1,它與線性電抗器LR串聯后,接到發電機端電壓,構成自勵回路。它引入電壓分量并與N3配合實現相復勵。N1稱為電流繞組,串接在發電機主回路中,采樣的是發電機負載電流If

，與N2構成復勵回路。N2是輸出繞組,它外接于三相橋式硅整流器VD。R、C阻容元件用作整流元件的過壓保護。CQ是三相諧振起勵電容，以外接三角形方式與LR相聯接，其作用是在起壓時與LR發生串聯諧振、幫助起壓。由上式可知電磁迭加相復勵與電流迭加相復勵在數值和相位關系上基本相同，但電磁迭加型可通過調整匝數比獲得更好的相復勵恒壓特性。

相復勵裝置的調試:發電機空載電壓,可通過調節電壓分量來調整；發電機帶負載后電壓,可通過調節電流分量來調整。

第五節電磁疊加帶電壓曲折繞組的相復勵系統

繞組N4稱為電壓曲折繞組。N4與N3在同一個三相鐵芯柱A,B,C上,N3的三相A,B,C分別與N4的三相B,C,A反接串聯。它的聯接規律,是N3總是與滯后相鐵芯柱上的N4反接串聯。電壓曲折繞組N4的作用是,進一步加強功率因數變化時的相位補償,以提高調壓器的靜態調整特性。第六節晶閘管自勵恒壓勵磁系統返回晶閘管自勵恒壓裝置原理主要由測量移相比較環節,觸發控制環節及勵磁主回路三大環節組成閉環調節系統。

1.測量比較環節測量比較環節中包括測量濾波及比較兩個回路，其作用是采樣發電機電壓并經整流器變換為直流電壓，與給定的基準電壓值相比較，得出偏差信號，該偏差信號經放大后去控制發電機的勵磁。所以，測量比較環節的性能,直接影響勵磁系統的動態和靜態特性。通常要求測量比較電路具有較好的穩定性、線性度，足夠的靈敏度，以及優良的動態性能。（1）測量回路該系統測量回路主要由測量變壓器TC,和整流濾波電路VD組成.測量回路通常采用單相全波橋式整流、三相全波橋式整流、六相全波橋式整流，整流相數越多，則輸出電壓越平穩。（2）比較電路比較電路大多采用橋式比較電路,其作用是把測量整流電路輸出的電壓與基準電壓相比較，得到一個反映發電機電壓偏差的直流電壓信號。由于穩壓管具有恒壓特性，它常被用作比較電路的基準電壓元件。2.移相觸發環節及勵磁主回路（1）移相觸發環節觸發控制回路,主要由移相及脈沖形成電路組成。根據比較電路輸出的偏差電壓UK的大小和極性，移相電路對晶閘管發出相應控制觸發角的脈沖，調整晶閘管的導通角。由于三相橋式可控整流器能隨電壓偏差而輸出相應的勵磁電流，使電壓保持恒定，所以具有良好的靜態電壓調整特性。第七節可控相復勵自勵恒壓勵磁系統返回前述的相復勵裝置,雖然具有動態性能好,強勵能力強等特點，但其調壓精度不高。調壓特性的線性度差。為此在按進行不可控相復勵調壓的基礎上，又加上了一個按進行微調的自動電壓調節器AVR（AutomaticVoltageRegulator）。這就是所謂可控相復勵自勵恒壓勵磁系統，其原理圖如圖示。TYQ相復勵調壓裝置；YJQ電壓校正器；TA電流繞組；LR移相電抗器；TE

相復勵變壓器；Uf

發電機端電壓；CL整流濾波電路；CF移相觸發電路；VD全波橋式整流電路；L勵磁電路；一、可控相復勵變壓器式可控相復勵裝置可控相復勵自勵恒壓裝置，采用在電磁迭加相復勵裝置的三繞組變壓器中加一個直流磁化繞組的方法。當發電機的電壓偏離給定電壓時，AVR的輸出電流IT就有相應的改變，使得可控相復勵變壓器TE的飽和程度發生變化。在電流繞組N3和電壓繞組N1的電流為某一值時，輸出繞組N2所感應出的電流將作相應的變化。這樣能按照電壓偏差進一步調整發電機勵磁電流的大小。

二、可控移相電抗器式可控相復勵裝置

在整流器的交流側并聯一個三相飽和電抗器，進行交流側的分流控制。當出現電壓偏差時，AVR的電流IT控制飽和電抗器的飽和程度，從而改變分流，以達到調壓的目的。三、可控電抗器分流的調壓器它在整流器的交流側并聯一個三相飽和電抗器，進行交流側的分流控制。當出現電壓偏差時，AVR的電流IT控制飽和電抗器的飽和程度，從而改變分流，以達到調壓的目的。

四、交流側晶閘管分流的調壓器

晶閘管并聯在相復勵裝置的交流側實現交流側的分流。當電壓出現偏差時，AVR輸出與電壓偏差相應的觸發電流,改變晶閘管的導通角進行分流。通常在晶閘管電路中串聯一適當的阻抗，以限制晶閘管導通時的分流電流,。與飽和電抗器交流側分流的電路相比,晶閘管分流是斷續的,而飽和電抗器交流側分流是連續的。五、直流側晶閘管分流的調壓器它與交流側晶閘管分流的可控相復勵裝置不同的是晶閘管并聯在直流側，工作原理大致相同。可控相復勵自動調壓裝置是帶有電壓校正器的相復勵裝置，它具有調壓精高，無功功率分配均勻，起勵可靠，強勵倍數高，動態性能好等特點，因而獲得了廣泛的應用。第八節無刷發電機勵磁系統

同步發電機轉子的勵磁電流，是通過電刷和滑環引進

發電機勵磁繞組。由于電刷的磨損，增加了維護和保

養工作，磨損產生的碳粉又會導致發電機絕緣下降，

產生的電火花不僅會影響無線電通訊，在油輪上使用

極為危險。為從根本上解決這一問題，采用了具有同

軸交流勵磁機和旋轉硅整流器的無刷同步發電機。

后圖為無刷同步發電機勵磁系統返回主發電機G和勵磁機LG都是三相同步發電機

TYQ相復勵調壓裝置G:主發電機EX:勵磁發電機CT:電流互感器X:電抗器F1:第一勵磁繞組F2:第二勵磁繞組（控制繞組）DCT:差動電流互感器CCR:電阻VR:可調電位器RT:電抗器第九節船舶同步發電機組間無功功率自動分配

當兩臺并聯運行發電機的電壓不相等,而頻率、相位相等時,則在兩機組之間將產生一個無功性質的環流,其結果將使電壓較高的發電機輸出無功功率增大,而電壓較低的發電機輸出的無功功率減少（發電機負載電流功率因數低的,無功功率大；功率因數高的,則無功功率小）。由此可見,當同步發電機并聯運行時,通過改變發電機的勵磁電流來調節其電勢,即能調整無功輸出、實現無功功率轉移。返回《規范》規定:并聯運行的交流發電機組，當負載在總額定功率的20％～100％范圍內變化時，應能穩定運行，其功率分配的誤差應符合下列要求：各發電機實際承擔的無功功率與按發電機額定功率分配比例的計算值之差，應不超過最大發電機額定無功功率的

10％。有差特性：兩機的調壓特性應盡可能一致,則兩機的無功功率均分且穩定。發電機調壓調整特性無差特性：并聯運行時,若有外界干擾時,無確定的工作點不能穩定并聯運行。Q兩臺發電機并聯運行時，轉移和分配兩臺發電機的無功功率是通過調節發電機組的勵磁電流來實現的。兩機并聯運行無功功率分配（有差）

Q1)直流均壓線

對容量相同的發電機并聯運行,采用直流均壓線聯接。

當兩臺發電機并聯運行時,兩勵磁繞組的勵磁電壓相等,保證了兩臺發電機勵磁電流相等,實現了兩臺發電機的無功功率均勻分配。2)交流均壓線

對容量不同的同步發電機并聯運行,可采用交流均壓線。

兩臺發電機調壓裝置的移相電抗器通過均壓線并聯,該聯接在三相整流器之前的交流側。當兩臺發電機電勢不相等時,通過交流均壓線的聯接可使發電機輸出電壓均衡（即空載電動勢相等）；負載后，保持無功功率按比例均勻分配（由電