发电机控制原理教程

四、功率三角形 ：视在功率（S）、有功功率（P）及无功功 率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所 示。它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。 S与P之间的夹角Ф为功率因数角，它反映了该交流电路中电 压与电流之间的相位差（角）。
三、发电机的并列运行
1．发电机的同期并列: 两个(或两个以上)电 源并联，必须是两个电源电压瞬时值任何 时刻都基本相同，这是因为电源的内阻抗 是很小很小的，两个电源如果存在电势差， 则它们之间就会形成很大的环流，这是不 允许的。因此在发电机并入电网前必需对 机端电压进行同期判别
2.数字控制器 当对于近年的电控喷油式柴油机如CAT3512B，就没有 执行器，取而代之的是ECM数字式速度控制器，其喷油时 间及大小是靠ECM电子控制器控制。
3512B发动机电控系统
传感器
喷油器
电控模块
钻机配套发电机及其控制系统组成
发电机控制系统介绍
发电机控制系统介绍
主发电机及辅助发电机 UPS、蓄电池：发电前提供电源
•现场发电机照片
辅 助 系统 1.电液执行器 电液执行器柴油机调速系统中最常见一种执 行机构，其基本原理为：外加一直流电流到执 行器内的盘式电机上，盘式电机能根据电流的 大小转动相应的角度，并拉动与之相连的连杆 动作，去调节系统喷油。当无电流输入时，连 杆在弹簧的作用下自动复位。
三、视在功率 ：交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率
或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在 功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常 用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。 视在功率即 不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率， 又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出 100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。
•柴油发电机发电原理 • ．如上所述，不论是导线在磁场中运动切割 磁力线，或是通过线圈的磁通量发生变化,在导 线或线圈上都会产生感应电势。因为运动的位 移是相对的，只要是通过线圈平面的磁通量发 生变化，那就不论是线圈在磁场里旋转、或是 磁场旋转相对线圈运动，其效果都是相同的， 都会在线圈上产生感应电势。因为容量增大和 引出线工艺的需要，实际上大部分发电机都是 旋转磁场式的，在发电机中间旋转的磁场称为 转子，在发电机外面的线圈称为定子
4.电压调节的特性 在单车运行时，调节发电机的 励磁电流大小，实际上就是调节 发电机电压。 在发电机并网运行后，调节发 电机励磁电流大小，发电机电压 要受电网上其他发电机影响，此 时励磁电流会影响发电机组间无 功电流的分配。 拐点：低频率拐点设置决定了 在低频时何时开始降压。 压频曲线：压频曲线决定了在 拐点以下电压的下降率。
6.并车： 电压相同 频率相同 相位角相差在一定范围内
2．发电机的有功功率：
发电机的有功功率是由原动机来提供，原动机出力越大， 所做的有功就越多；但对单机运行的发电机来说，由于受供 电频率的限制，原动机的出力并非任意的，他必须保持额定 频率运行，这样对单机运行的发电机，需要发多少有功不取 决于自己，而是取决于（用户）负载的大小，当发电机负载 越重，转子的转速就会下降，这是因为负载上电流流过定子 绕组其有功分量产生的力矩与原动机的转动力矩方向是相反 的，要克服这种由有功负载而产生的阻力矩，保持转速不变 就必需加大原动机的出力，维持转速（频率）不变，这任务 是由调速器来完成的，它必须根据负荷的变化不断地调整原 动机的出力，实现频率恒定。 如发电机并网运行，因电网容 量是很大很大的，单凭一台机的出力是不足以把整个电网的 频率提上去的，因此在发电机并网运行时，加大原动机的出 力实际上是在电网中多承担一点有功，表现出来的是定子电 流（有功分量）增加，功率因数提高(趋向于1)。
1、检查线路 •用1000V绝缘表检测发电机每相对地绝缘，并检查发电机进线主电缆相序及有 无短接、混接； •用万用表检测发电机控制电缆的正确性（将执行器、测速传感器、励磁与发 电机控制柜的电缆断开，检测信号线间电阻），检查测速及执行器屏蔽电缆是 否接好。具体参考值为：执行器32欧姆、测速传感器90欧姆、励磁串联12欧姆 、励磁并联4欧姆； •在不通电的情况下用蓄电池24V电源测试控制回路，把发电机控制开关打到相 关控制位置时相应的继电器应该正确动作。 •用万用表检测测量变压器、电源变压器、励磁变压器初级和次级绕组间的阻 值，检查测量变压器到速度调节器（如2301A）、电压调节器（DECS-100） 及同期检测回路的相序 。检测方法：用万用表电阻档测量发电柜三相变压器a 端子到2301A电压检测端子a和MFR13电压检测端子a，阻值应该为0，测量b 端子和c端子时也应该为0。
3．发电机的无功功率和电枢反映： 发电机电压的建立除了转子在定子线圈里转动， 主要是靠转子的磁场来形成的，前面说过一台发电 机在转速一定情况下，磁场强度越强（励磁电流越 大），发电机产生的电压就越高。对单机运行的独 立系统，调节励磁是可以调节这独立电网电压的， 但如果发电机是并网运行就有如调速器加大开度一 样，发电机的转速也不会升高，只是转化为有功； 发电机并网后增加励磁电流，因电网的容量很大， 我们认为单台机机端电压升高是不能把整个电网电 压提上去的，表现出的是无功分量电流的增加，实 际上是无功分配。励磁它本身并不做功的，励磁电 流越大，所发的无功负荷就越多。
二、各模块参数的设置 1，速度调节器设置 对于2301A速度调节器，在起车之前必须手动预设置柴油机转速， 防止起车后转速过高发生危险。具体设置是用小螺丝刀调节2301A 模块上的参数设置旋钮。对于2301D速度调节器，在正式起车之前 也需要修改并下载参数。 2，SPM-D11参数设置 3，DECS-100参数下载 4，S7-200程序下载
发电机控制系统原理
发电机在石油钻机系统中的作用 现在的电动钻机钻机中，发电机为所有用电设备 提供电源，保证井队作业的正常进行。 柴油发电机：是以柴油机为原动机，燃烧燃油为 动力，带动发电机。这种发电机容量小，一般只有 数KW到数MW 主要由柴油机和发电机两部分组成。柴油机主要 是提供机械动能，发电机的作用是把柴油机提供的 机械能转换为电能。 因此，柴油机功率的大小，直接决定了整个机组 的功率大小，而发电机容量的大小，则决定了整个 系统容量的大小。
三，发电机转速调节（只针对2301A模块） 对于2301A模块，需要手动调节柴油机怠速和额 定转速。具体步骤如下： 序 号 1 2 调节内容和方法
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短接2301控制板上辅助调节端子，把控制旋旋钮打 到IDLE，启动柴油机 把控制旋钮打到RATED，顺时针调节上的RATED SPEED旋钮到柴油机额定转速1500rpm（60Hz系统为 1200rpm） 把控制旋钮打到IDLE，逆时针调节上的LOW IDLE SPEED旋钮到柴油机怠速1000rpm（60Hz系统为 850rpm）
机端电压可表示为:
在电力系统负载中最大量的是带电感 的电阻性负载，它的特性是介乎于电 阻负载和电感负载之间，负载上的电 流相位比电压相位滞后一个相位角ψ， 此时负载上的电流向量比电压向量滞 后ψ：
一、有功功率 ：在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可 逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率， 简称“有功”，用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。 它反 映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其 它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为 其他能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率 的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2， 就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘 积。
速度调节器 通过调节油门大小控制速度
4.控制原理 发电机调速系统一般采用速度调节器对柴油机执行器进 行控制，从而对柴油机机械式喷油泵进行调节，以此控制 进油量的大小。 2301A启动过程:当检测到执行器速度传感器采集飞轮上 齿数脉冲到速度传感器，把该频率值转化为一与速度成正 比的电压值。在跟给定电压做比较后放大输出到执行器控 制柴油机。
• 发电机工作原理
• 1、电磁感应原理 英国物理学家法拉第从1822年起，经过十 年的努力，终于在1831年发现了磁也能生电。 • 电磁感应原理：导体在磁场中运动，切割磁 力线后会产生感应电势。即磁生电。
电磁感应演示
•感应电动势的大小取决于导体的匝数和 导体内磁通变化率，其方向是它将在线 圈内产生感应电流来建立磁场用以阻止 原磁场产生的磁通变化。 •E= - N dΦ/dt (Φ为穿过导体的磁通) • • 对于恒定磁场中的运动导体有 E= BLV
二、无功功率 ：在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件， 在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此， 在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将 会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值） 的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在整个周期 内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场 能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。
为了反映以上事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源 往复交换的功率称之为无功功率，简称“无功”，用“Q”表示。 单位是乏（Var）或千乏(KVar)。 无功功率是交流电路中由于电 抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的 那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换 的最大速率。 实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它 们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无 功功率，电动机和变压器就不能建立工作磁场。
3.剩磁起励发电
剩磁起励系统电压调节器电源来自于连接于发电机出 线上的电源变压器。当需要发电时，电压调节电源只能 由发电机剩磁发出的电来提供。这就要求电压调节的起 励工作电压很低。我们用的DECS-100电压调节器起励电 压为6VAC。 常用柴油机：CAT系列、济柴发电机组（汾西发电机 ）