【正文】 汽機(jī)驅(qū)動(dòng)（有時(shí)用小型汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)），但容量較小，以供照明電源為主。在汽輪機(jī)船上，發(fā)電機(jī)組由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，為全船電氣設(shè)備提供電源。這種汽輪發(fā)電機(jī)組大部已系列化，容量從 500 千瓦到 2500 千瓦不等 ,可以自由選擇。在柴油機(jī)船上，有 2～ 3 臺(tái)發(fā)電機(jī)組，由單獨(dú)設(shè)置的中速或高速柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。容量據(jù)全船電動(dòng)機(jī)械設(shè)備的數(shù)量確定 ，普遍采用 400 伏三相交流電 ,頻率有 50 赫茲和 60 赫茲兩種。 為使船舶在各種不同工況下，如航行、作業(yè)、停泊、應(yīng)急等情況下，都能連續(xù)、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行供電，船舶上常配置多種電站，主要有以下幾種： （ 1）主電站，正常情況下向全船供電的電站。 （ 2）應(yīng)急電站，在緊急情況下，向保證船舶安全所必需的負(fù)載供電的電站。 隨著船舶自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使船舶向著高度自動(dòng)化的方向發(fā)展。在船馬科：基于 GDI+技術(shù)的船舶電站同步表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 舶自動(dòng)化中，機(jī)艙自動(dòng)化是整個(gè)船舶自動(dòng)化中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是船舶制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)?？梢岳糜?jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)某些船用儀表的特定 功能，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶機(jī)艙的模擬功能，大大方便了日常學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)研究。 設(shè)計(jì)的基于 GDI+技術(shù)的船用儀表的設(shè)計(jì)與繪制，是從船用儀表的實(shí)際特性出發(fā)，利用 .NET 平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)用 GDI+繪制的儀器儀表，能夠動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)其功能，并且只要稍加改變，就可以應(yīng)用于其他儀表的設(shè)計(jì)。 基于 .NET Framework 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的 GDI+技術(shù) 作為圖形設(shè)備的接口，它的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)與繪圖程序之間的信息交換，處理所有的 Windows 程序的圖形輸出。實(shí)際設(shè)計(jì)中只需調(diào)用 GDI+庫(kù)輸出的類(lèi)的一些方法即可完成圖形操作，真正的繪圖工作由這些 方法交給特定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成。 GDI+使得圖形硬件和應(yīng)用程序相互隔離，從而可以應(yīng)用 GDI+繪圖技巧和面向?qū)ο蟮?C編程語(yǔ)言來(lái)制作外觀逼真且功能完善的儀表組件，而且靈活簡(jiǎn)單，本文就以船用儀表為例進(jìn)行闡述其編程技巧及其在其他組件中的通用性研究。 GDI+可以創(chuàng)建圖形、繪制文本以及將圖形圖像作為對(duì)象操作，它能提供較好的性能并且易于使用，在 Windows 窗體和控件上呈現(xiàn)圖形圖像，而且 GDI+中的圖形對(duì)象不是孤立工作的，它們常常是綜合在一起來(lái)繪制圖形， GDI+在代碼編寫(xiě)方面也簡(jiǎn)單得多，隨著圖形圖像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 ，基于 .NET 平臺(tái)的 GDI+技術(shù)的前景必將是非常廣闊的。 利用 GDI+技術(shù) 創(chuàng)建一個(gè)表面 對(duì)船舶同步表 進(jìn)行 繪制與設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)同步表在船舶電站中 ， 控制 待并發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行 ，利用 GDI+技術(shù)實(shí)現(xiàn)某些船用儀表的特定功能，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶機(jī)艙的模擬功能 。 20xx 屆輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第一章 同步表與同步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介 同步表工作原理 同步表又稱(chēng)整步表，是用來(lái)指示待并機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓間相位差、頻率差及其方向的儀表，船用同步表大多采用電磁式的。根據(jù)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方式，電磁式同步表可以分為：兩線(xiàn)圈交叉成 90o的、兩線(xiàn)圈交叉成 60o的、三線(xiàn)圈式的、單 相分相式的等。如圖 111 所示 圖 111 電磁式同步表結(jié)構(gòu)原理示意圖 （ a） 同步表結(jié)構(gòu)示意圖；（ b）同步表電路原理圖 三線(xiàn)圈電磁式同步表的結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖。同步表是由定子與轉(zhuǎn)子組成。定子上裝設(shè)有在空間互成 120o 的 3個(gè)繞組，用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。中間是轉(zhuǎn)子部分，勵(lì)磁繞組固定在底盤(pán)上本身不轉(zhuǎn)動(dòng)，用以產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)。中央是轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的上下各有一塊同樣大小的扇形鐵片組成的 Z 形鐵芯，轉(zhuǎn)軸的上端有指針，轉(zhuǎn)軸上無(wú)線(xiàn)圈，它的兩頭是通過(guò)寶石軸承加以固定，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。同步表沒(méi)有游絲和導(dǎo)電片，因此沒(méi)有反作用力矩，指針可以 360o 自由轉(zhuǎn)動(dòng)。定子 3個(gè)繞組通過(guò)電壓互感器分別接在待并機(jī)組的 U、 V、 W三相電壓上，產(chǎn)生一個(gè)徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其大小是固定的，隨著時(shí)間的推移按順時(shí)針?lè)较蜃餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子鐵芯上勵(lì)磁繞組通過(guò)電壓互感器接在電網(wǎng)的 R、 S 相上，這樣在鐵芯的勵(lì)磁線(xiàn)圈中就通過(guò)由電網(wǎng)電壓 RS 所產(chǎn)生的單相交流電，從而產(chǎn)生了一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)，脈動(dòng)頻率 馬科：基于 GDI+技術(shù)的船舶電站同步表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 是由電網(wǎng)頻率所決定。如圖 112所示 圖 112 同步表轉(zhuǎn)子磁通圖 這一脈動(dòng)磁場(chǎng)的方向，原來(lái)是軸向的，由于扇形鐵片的導(dǎo)磁系數(shù)很高，絕大部分磁力線(xiàn)因扇形鐵片而由軸向改變?yōu)閺较蛎}動(dòng)磁場(chǎng)，如右圖所示。這樣在同步表的空間就有一個(gè)鐵芯勵(lì)磁線(xiàn)圈產(chǎn)生的徑向脈動(dòng)磁場(chǎng)中 ΦB 和一個(gè)定子三相繞組產(chǎn)生的徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ΦG。它們的頻率分別為電網(wǎng)頻率 fB 與待并發(fā)電機(jī)的頻率 fG。此兩磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)吸引著扇形鐵片，使扇形鐵片停留在合成磁場(chǎng)最大的位置上，這也就決定了 指針的位置。由于在定子和轉(zhuǎn)子電路中均串人有很大的電阻 R1與 R2，這樣就可把電路近似地看做電阻性電路，即同步表定、轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈中流過(guò)的電流與所加的電壓基本上是同相位。 若待并發(fā)電機(jī)的頻率 fG 超過(guò)電網(wǎng)頻率 fB，則電網(wǎng)的脈動(dòng)磁場(chǎng) ΦB 達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中 ΦG在空間的位置將每轉(zhuǎn)一周要多轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。也就是待并發(fā)電機(jī)每一電壓周期要吸引扇形鐵片與指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。因此只要待并機(jī)的頻率高于電網(wǎng)的頻率，同步表的指針就不停地順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，即指針向 “快 ”的方向旋轉(zhuǎn)。 同理，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率 fG 低于電 網(wǎng)頻率 fB，則同步表的指針將向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，即指針向 “慢 ”的方向旋轉(zhuǎn)。因此 可以根據(jù)同步表指針轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)判斷差頻的方向。另外，同步表指針是按差頻角速度 B??G 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。 船用同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行 船用同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行 現(xiàn)代船舶大多采用交流電站，隨著船舶噸位、電氣化、自動(dòng)化程度的提高，電站20xx 屆輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 容量也日益增加。為了滿(mǎn)足船舶供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)型，一般的船舶電站均配置了兩臺(tái) 以 上的同步發(fā)電機(jī)組作為主電源，并且這兩臺(tái)以上的發(fā)電機(jī)可以通過(guò)公用母線(xiàn)向全船荷供 電，這就是通常所說(shuō)的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。 為什么要采用并聯(lián)運(yùn)行的方式呢？而船舶工況變化較大，因而用電量的變化也很大，例如船舶在停泊和裝卸貨兩種不同的工況時(shí)，用電量可能相差 3倍甚至更多，采用兩臺(tái)以上較小容量的發(fā)電機(jī)可以根據(jù)負(fù)荷的大小改變運(yùn)行的方式，使發(fā)電機(jī)經(jīng)常處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。如果電站只采用一臺(tái)大容量的發(fā)電機(jī)，使它滿(mǎn)足最大負(fù)荷的需要，那么在小負(fù)載時(shí)，發(fā)電機(jī)降處于輕載而是效率大為降低，并且選擇備用機(jī)組容量時(shí)也必須考慮和這臺(tái)大容量的發(fā)電機(jī)容量相同，從而使投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都會(huì)增加；另外，為了維護(hù)檢修的方便， 也需要采用并聯(lián)運(yùn)行的方式，要檢修運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組而不允許電站停電時(shí)，就必須先將備用機(jī)組投入并聯(lián)運(yùn)行，然后再?gòu)碾娋W(wǎng)上切除欲檢修的機(jī)組。 在自動(dòng)化要求較高的船舶中，還需設(shè)置自動(dòng)并車(chē)的裝置，使 待 并 發(fā)電機(jī)自動(dòng)投入電網(wǎng) 并聯(lián)運(yùn)行，以便提高船舶供電的可靠性。 發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn) 船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行多位兩臺(tái)或多臺(tái)同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)。以?xún)膳_(tái)為例分析同容量發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的一些特點(diǎn)。 1． 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率總是等于負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率， 即： PPP ?? 21 Q ?? 21 由于發(fā)電機(jī)以及船舶電網(wǎng)的容量都不大，當(dāng)有大容量的用電設(shè)備投入船舶電網(wǎng)或從電網(wǎng)中被切除時(shí)，會(huì)直接引起并聯(lián)機(jī)組的有功功率和無(wú)功功率同時(shí)變化，同時(shí)也會(huì)引起電網(wǎng)電壓和頻率的變化。 2． 當(dāng)電網(wǎng)的用電負(fù)荷保持不變時(shí)，若單獨(dú)增加一臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率，可使該發(fā)電機(jī)輸出的有功功率增加；與此同時(shí)，將會(huì)引起另一臺(tái)并聯(lián)機(jī)組輸出的有功率自動(dòng)減少。此外，由于輸入的機(jī)械功率的增加使轉(zhuǎn)速升高，而另一臺(tái)機(jī)組因輸出的有功功率減少也使轉(zhuǎn)速上升，結(jié)果將 使電網(wǎng)的頻率有所升高。如果單獨(dú)減少一臺(tái)機(jī)組輸入的機(jī)械功率 ,則變化與上述相反。只有同時(shí)向相反方向調(diào)節(jié)兩并聯(lián)機(jī)組輸入的機(jī)械功率時(shí)，才能保持電網(wǎng)的頻率不變。 3． 單獨(dú)增加一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí)，該發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率增加，而另一臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率將自動(dòng)減少。此外，增加勵(lì)磁電流使空載電動(dòng)勢(shì)增大，而另一臺(tái)發(fā)電輸出的無(wú)功功率的減少使其去磁效應(yīng)減少兩者都使電網(wǎng)的電壓有所上升。單獨(dú)馬科：基于 GDI+技術(shù)的船舶電站同步表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 減少一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，則變化與上述相反。只有同時(shí)反方向調(diào)節(jié)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，才能保持電網(wǎng)的電壓不變。 船舶同步 發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行的條件 在船上通常有三種情況需要并車(chē)操作。一是需要滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的需求，當(dāng)單機(jī)負(fù)荷達(dá)到 80%額定容量時(shí)，且負(fù)荷仍有可能增加，這時(shí)就要考慮并聯(lián)另一臺(tái)發(fā)電機(jī)；二是當(dāng)進(jìn)出港 ， 靠離碼頭或進(jìn)出狹水道等的機(jī)動(dòng)航行狀態(tài)時(shí)，為了船舶航行的安全，需要兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行；三是當(dāng)需要用備用機(jī)組替換下運(yùn)行供電的機(jī)組時(shí)，為了保證不中斷供電，需要通過(guò)并車(chē)進(jìn)行替換。 準(zhǔn)同步并車(chē)方式是目前船舶上普遍采用的一種并車(chē)方法。為了使并聯(lián)運(yùn)行的交流同步發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定地工作，每臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)必須滿(mǎn)足如下條件： 1 待并機(jī)組的 相序與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）的相序一致； 2 待并機(jī)組的電壓與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）的電壓大小相等； 3 待并機(jī)組電壓的初相位與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）電壓的初相位相同； 4 待并機(jī)組電壓的頻率與運(yùn)行機(jī)組（或電網(wǎng)）電壓的頻率大小相等。 由于在發(fā)電機(jī)組安裝時(shí)已經(jīng)對(duì)發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序進(jìn)行測(cè)定保證相序一致的條件。因此并車(chē)操作就是檢測(cè)和調(diào)整待并發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率和相位，使之在滿(mǎn)足上述三個(gè)條件的瞬間通過(guò)發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)的合閘投入電網(wǎng)。這樣就可以保證在并車(chē)合閘時(shí)沒(méi)有沖擊電流，并且并車(chē)后能保持穩(wěn)定的同步運(yùn)行。 實(shí)際 并車(chē)時(shí)，除相序外，其他條件不可能做到完全一致，而且必須有一定的頻差才能快速投入并聯(lián)運(yùn)行。 （ 1） 當(dāng)頻率相等、初相位一致、電壓不相等時(shí)，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并車(chē)瞬間將在兩機(jī)組間產(chǎn)生一個(gè)無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流、對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)起到均壓作用。由于發(fā)電機(jī)在并車(chē)瞬間呈現(xiàn)很小的等值電抗，因此當(dāng)電壓差較大時(shí)，合閘瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)均不利。巨大的沖擊電流產(chǎn)生的沖擊電動(dòng)力，會(huì)損傷發(fā)電機(jī)電樞繞組、主開(kāi)關(guān)觸頭，使匯流排變形等。一般并車(chē)操作時(shí)，電壓差 △ U 不得超過(guò)額定電壓的 10%。 （ 2） 待并機(jī)組與運(yùn)行機(jī)組電壓 相等、頻率相等，但初相位不同，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并車(chē)瞬間在待并機(jī)主開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭間會(huì)有一電壓差，在兩機(jī)組間會(huì)出現(xiàn)滯后電壓差 90176。的環(huán)流，此時(shí)的環(huán)流不再是純無(wú)功性質(zhì)。把環(huán)流有功和無(wú)功分解，得到有功分量環(huán)流的和無(wú)功分量的環(huán)流，在有功環(huán)流的作用下，一臺(tái)減速而另一臺(tái)加速，最終使得并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)達(dá)到相位一致而進(jìn)入同步運(yùn)行。環(huán)流的有功分量對(duì)應(yīng)的功率稱(chēng)為整20xx 屆輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 步功率，其中超前的發(fā)電機(jī)輸出整步功率，滯后的發(fā)電機(jī)吸收整步功率。整步功率對(duì)應(yīng)的整步轉(zhuǎn)矩，對(duì)于超前發(fā)電機(jī)而言是阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速下降，對(duì)于滯后發(fā)電機(jī)而言是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速上升 ，最終將兩機(jī)拉入同相位同步運(yùn)行。該過(guò)程稱(chēng)為 “牽入同步 ”過(guò)程。無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流、對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)起到均壓作用。為了減少?zèng)_擊電流，一般并車(chē)操作時(shí)要求相位差小于 oS 15 △ ? 。 （ 3） 待并機(jī)與運(yùn)行機(jī)電壓相等，初相位相同，但頻率不相等時(shí)并車(chē)。在合閘瞬間不會(huì)出現(xiàn)電壓差，也就沒(méi)有環(huán)流。但由于頻率不相等，隨時(shí)間后移，就會(huì)出現(xiàn)相位差，只要相位差一出現(xiàn)，環(huán)流就隨之產(chǎn)生，即出現(xiàn)整步轉(zhuǎn)矩，一臺(tái)減速而另一臺(tái)加速。只要頻率差不大，最終依靠整步轉(zhuǎn)矩都能牽入同步。若頻差 Δf 太大，往往難以拉入同步，同時(shí)合 閘后環(huán)流也不斷增大，對(duì)發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)都不利，應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。通常在并車(chē)操作時(shí)要求頻差 Δf 小于 Hz，以 Hz 最好。 發(fā)電機(jī)并車(chē)時(shí)，合閘瞬間任一條件不滿(mǎn)足，都會(huì)在發(fā)電機(jī)組之間產(chǎn)生沖擊電流。沖擊電流的無(wú)功分量起均壓作用；有功分量產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩起整步作用。只要沖擊電流不大，對(duì)并車(chē)操作是有利的。若沖擊電流太大，會(huì)造成并車(chē)失敗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致全船停電，甚至造成發(fā)電機(jī)組的損壞。 船舶同步發(fā)電機(jī)手動(dòng)并聯(lián)運(yùn)行 1 指示燈法并車(chē) 檢查和調(diào)整待并發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、初相位，使之滿(mǎn) 足準(zhǔn)同步并車(chē)的條件，然后進(jìn)行合閘，使發(fā)電機(jī)拉入同步。如果由手工完成這個(gè)過(guò)程，稱(chēng)為手動(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē)操作；若由自動(dòng)裝置來(lái)完成，則稱(chēng)為自動(dòng)并車(chē)操作。 當(dāng)待并發(fā)電機(jī)組起動(dòng)，并建立了電壓之后，可通過(guò)發(fā)電機(jī)控制屏上的電壓表檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)電壓是否與運(yùn)行機(jī)的電壓相等，應(yīng)使電壓差在 177。10%以?xún)?nèi)。只要發(fā)電機(jī)調(diào)壓器工作正常，一般都能滿(mǎn)足這個(gè)要求，無(wú)需特別調(diào)整。手動(dòng)并車(chē)操作關(guān)鍵要檢測(cè)和調(diào)整待并機(jī)的頻率和初相位，使之滿(mǎn)足準(zhǔn)同步并車(chē)要求。要注意的是，不應(yīng)在電網(wǎng)負(fù)載波動(dòng)比較大（如有大功率電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、變速等）的情況下進(jìn)行并車(chē)操作。 一般通 過(guò)調(diào)速開(kāi)關(guān)（油門(mén)）來(lái)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使待并機(jī)的頻率接近運(yùn)行機(jī)的頻率。然后進(jìn)一步檢測(cè)待并機(jī)與電網(wǎng)的頻率差是否小于 Hz，初相位是否一致。檢測(cè)這兩個(gè)并車(chē)條件的方法有同步指示燈法和整步表法。 根據(jù)同步指示燈的不同連接方式可分為燈光明暗法和燈光旋轉(zhuǎn)法。 （ 1） 燈光明暗法是將三盞同步指示燈分別跨接在待并車(chē)發(fā)電機(jī)和運(yùn)行發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相上，每個(gè)燈泡兩端