電機第十 五章同步電機的并聯(lián)運行

1、第十五章第十五章 同步電機的并聯(lián)運行同步電機的并聯(lián)運行15-1 并聯(lián)合閘的條件與方法并聯(lián)合閘的條件與方法15-2 同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩方程同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩方程15-3 同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)功角特性同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)功角特性15-4 同步發(fā)電機與大電網(wǎng)并聯(lián)運行時同步發(fā)電機與大電網(wǎng)并聯(lián)運行時 有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定15-5 無功功率的調(diào)節(jié)和無功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線形曲線本章要點本章要點:25-1 并聯(lián)合閘的條件與方法并聯(lián)合閘的條件與方法二二、投入并聯(lián)的方法、投入并聯(lián)的方法 一、并聯(lián)合閘的條件一、并聯(lián)合閘的條件本節(jié)要點本節(jié)要點:一、并聯(lián)合閘的條件一、并聯(lián)合閘的條件 同步發(fā)電機

2、并聯(lián)到電網(wǎng)時，為了避同步發(fā)電機并聯(lián)到電網(wǎng)時，為了避免在電機和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流，并由免在電機和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流，并由此而在電機轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生沖擊扭矩，應(yīng)當(dāng)此而在電機轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生沖擊扭矩，應(yīng)當(dāng)使發(fā)電機相電動勢瞬時值使發(fā)電機相電動勢瞬時值 與電網(wǎng)電與電網(wǎng)電壓瞬時值壓瞬時值 一直保持相等。一直保持相等。gUSUsGSASBSCgAgBgCASUASUAgUgSAZZUI AUAI 并聯(lián)環(huán)流：并聯(lián)環(huán)流：電網(wǎng)電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電機一、并聯(lián)合閘的條件一、并聯(lián)合閘的條件1、發(fā)電機和電網(wǎng)連接的相序應(yīng)相同；、發(fā)電機和電網(wǎng)連接的相序應(yīng)相同；2、發(fā)電機和電網(wǎng)的頻率應(yīng)相同，即、發(fā)電機和電網(wǎng)的頻率應(yīng)相同，即 ； ff3、

3、發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓波形應(yīng)相同；、發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓波形應(yīng)相同；4、發(fā)電機和電網(wǎng)電壓的大小和相位波形應(yīng)相同。、發(fā)電機和電網(wǎng)電壓的大小和相位波形應(yīng)相同。ASUBSUCSU060sin2BSBUUAgUCgUBgU如果發(fā)電機和電網(wǎng)連接的相序不相同如果發(fā)電機和電網(wǎng)連接的相序不相同BSUBgUBU 以上條件中，以上條件中，第一條第一條必須滿足，必須滿足，其余條件允許稍有差別。其余條件允許稍有差別。 如果相序不同而投入并聯(lián)，則相當(dāng)如果相序不同而投入并聯(lián)，則相當(dāng)于電機的勵磁電動勢為正序而在電機端于電機的勵磁電動勢為正序而在電機端點上卻加上一組負序電壓，這是一種嚴點上卻加上一組負序電壓，這是一種嚴重的故障情況

4、，電流和轉(zhuǎn)矩沖擊都很大，重的故障情況，電流和轉(zhuǎn)矩沖擊都很大，必須避免。必須避免。1、發(fā)電機和電網(wǎng)連接的相序應(yīng)相同、發(fā)電機和電網(wǎng)連接的相序應(yīng)相同如果：如果：gsff 相量相量 和和 之間有相對運動，兩者的之間有相對運動，兩者的相位差將在相位差將在 0 0360 0 之間逐步變化，差值電壓：之間逐步變化，差值電壓：AgUASUAgASUUU 將忽大忽小，引起數(shù)值交變的環(huán)流將忽大忽小，引起數(shù)值交變的環(huán)流和電機內(nèi)的功率振蕩和電機內(nèi)的功率振蕩。2、發(fā)電機和電網(wǎng)的頻率應(yīng)相同，即、發(fā)電機和電網(wǎng)的頻率應(yīng)相同，即 ffASUBSUCSUAgUCgUBgUASUBSUCSUsggsAgUCgUBgU注注 意意27

5、8頁頁當(dāng)當(dāng)SgUU 調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁279頁頁Sgff 當(dāng)當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機原動機的速度調(diào)節(jié)發(fā)電機原動機的速度 如果波形不同，例如如果波形不同，例如 為正弦為正弦波而波而 為非正弦波。為非正弦波。SUgU3、發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓波形應(yīng)相同、發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓波形應(yīng)相同 這時即使這時即使 的基波分量與的基波分量與 完全完全相同，仍會在電機和電網(wǎng)中產(chǎn)生高次諧相同，仍會在電機和電網(wǎng)中產(chǎn)生高次諧波環(huán)流，使運行損耗和溫升增高。波環(huán)流，使運行損耗和溫升增高。gUSU-XIU-1gUXSU.7, 5I.7, 5gU1gU.7, 5gU 如果頻率和波形都一樣，只是電如果頻率和波形都一樣，只是電機和電網(wǎng)

6、電壓的大小和相位不一致，機和電網(wǎng)電壓的大小和相位不一致，則在發(fā)電機和電網(wǎng)間由于差值電壓。則在發(fā)電機和電網(wǎng)間由于差值電壓。將產(chǎn)生一個環(huán)流將產(chǎn)生一個環(huán)流4、發(fā)電機和電網(wǎng)電壓的大小和相位波形應(yīng)相同、發(fā)電機和電網(wǎng)電壓的大小和相位波形應(yīng)相同 在極性相反的情況下投入并聯(lián)時，在極性相反的情況下投入并聯(lián)時，環(huán)流的瞬變狀態(tài)數(shù)值可達環(huán)流的瞬變狀態(tài)數(shù)值可達 （58）IN，產(chǎn)生強大的沖擊性電磁力，可能使定產(chǎn)生強大的沖擊性電磁力，可能使定子繞組端部受到損傷。子繞組端部受到損傷。二、投入并聯(lián)的方法二、投入并聯(lián)的方法 為了投入并聯(lián)所進行的調(diào)節(jié)和為了投入并聯(lián)所進行的調(diào)節(jié)和操作過程稱為同步（或整步）過程。操作過程稱為同步（或整

7、步）過程。實用的同步方法有兩種：實用的同步方法有兩種：1、準(zhǔn)同步法準(zhǔn)同步法2、自同步法自同步法 （一）準(zhǔn)同步法（一）準(zhǔn)同步法 把發(fā)電機調(diào)整到完全合乎投入并把發(fā)電機調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)條件再進行并聯(lián)合閘操作，叫做準(zhǔn)聯(lián)條件再進行并聯(lián)合閘操作，叫做準(zhǔn)同步。同步。 判斷這些條件是否滿足，常采用判斷這些條件是否滿足，常采用同步指示器。同步指示器。 最簡單的同步指示器由三對同步最簡單的同步指示器由三對同步指示燈（相燈）組成。指示燈（相燈）組成。 每對跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機的一相每對跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機的一相之間。之間。 具體接法有交叉接法和直接接法具體接法有交叉接法和直接接法兩種。兩種。ABCC2B2A2C1

8、B1A1ASUBSUCSUAgUCgUBgU3U1U2U相燈相燈燈光旋轉(zhuǎn)法的接線燈光旋轉(zhuǎn)法的接線 由電路對稱性可知電網(wǎng)和發(fā)電機中點由電路對稱性可知電網(wǎng)和發(fā)電機中點是等位點。是等位點。 由于相燈的電阻很大，流過相燈的電由于相燈的電阻很大，流過相燈的電流遠遠小于發(fā)電機的額定電流完全可以忽流遠遠小于發(fā)電機的額定電流完全可以忽略不計。略不計。 故發(fā)電機任一相電壓就是該相的勵磁故發(fā)電機任一相電壓就是該相的勵磁電動勢。電動勢。0ggEU gSUUU 而作用在每一對相燈上的電壓就而作用在每一對相燈上的電壓就等于該相電網(wǎng)電壓和發(fā)電機電壓之差，等于該相電網(wǎng)電壓和發(fā)電機電壓之差，即：即： 設(shè)發(fā)電機設(shè)發(fā)電機 的頻率

9、的頻率 fg 大于電網(wǎng)的頻大于電網(wǎng)的頻率率fS ，而電壓值相等：，而電壓值相等： 加于三對相燈的電壓：加于三對相燈的電壓：1UUU各不相等，先是當(dāng)各不相等，先是當(dāng) 移到與移到與 同相時，同相時，第一對相燈熄滅，然后發(fā)電機相量移過第一對相燈熄滅，然后發(fā)電機相量移過1200 使使 與與 同相時，第二對燈熄滅。同相時，第二對燈熄滅。AgUBSUCgUASU 如果再移過如果再移過 120 0 使使 與與 同相時，同相時，第第 3 對燈熄滅。對燈熄滅。BgUCSU 由此可見如將三對燈沿圓周均勻分布，由此可見如將三對燈沿圓周均勻分布，并按逆時針方向順序布置三對燈。并按逆時針方向順序布置三對燈。 燈光的熄滅

10、順序也是沿逆時針方向旋燈光的熄滅順序也是沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。電位差電位差 u 加在一對相燈上。加在一對相燈上。 以以 A 相為例，相為例，初相角均為零時作初相角均為零時作為時間為時間 t = 0，可得：，可得：gsuuu)2sin2(sin21tftfUsgtfftffUsgsg)(212sin)(212cos221ttUsgsg)(21sin)(21cos221u 的瞬時值以：的瞬時值以： 頻率（稱作拍頻）在頻率（稱作拍頻）在: )(21sgff 1220U1220U0之間往復(fù)變化。之間往復(fù)變化。)(21sgff 本身是一個頻率為本身是一個頻率為 的交流電動勢。的交流電動勢。u當(dāng)：當(dāng)：Hz

11、fg52Hzfs50u 的頻率為的頻率為51Hz，而其幅值以，而其幅值以1Hz的拍頻的拍頻頻率在變化。頻率在變化。每個相燈上的電壓為：每個相燈上的電壓為：u21001 U其端電壓有效值在其端電壓有效值在 之間之間往復(fù)變動。往復(fù)變動。變動的頻率為：變動的頻率為：fg - fs=2Hz，是拍頻的兩倍。，是拍頻的兩倍。其周期為：其周期為：sffsg5 . 01在此期間燈光亮、暗各一次。在此期間燈光亮、暗各一次。sffsg5 . 01gsuuuABCC2B2A2C1B1A1ASUBSUCSUAgUCgUBgU3U1U2U相燈相燈燈光旋轉(zhuǎn)法的接線燈光旋轉(zhuǎn)法的接線如果如果 HzffSg2 由于每秒鐘由于每

12、秒鐘 繞繞 轉(zhuǎn)兩圈，轉(zhuǎn)兩圈，故燈光每秒鐘也逆時針旋轉(zhuǎn)兩圈。故燈光每秒鐘也逆時針旋轉(zhuǎn)兩圈。AgUASU應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓使應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓使 Ug = US 并同時調(diào)節(jié)發(fā)電機的速率使并同時調(diào)節(jié)發(fā)電機的速率使 fg 盡盡可能接近可能接近 fS。 可以觀察到燈光的旋轉(zhuǎn)愈來愈慢?？梢杂^察到燈光的旋轉(zhuǎn)愈來愈慢。當(dāng)燈光旋轉(zhuǎn)已十分慢緩時，應(yīng)在第當(dāng)燈光旋轉(zhuǎn)已十分慢緩時，應(yīng)在第 1 對相燈全暗的瞬間合閘，將電機并入對相燈全暗的瞬間合閘，將電機并入電網(wǎng)。電網(wǎng)。 這時依靠電機的自整步作用，可這時依靠電機的自整步作用，可迅速自動地使發(fā)電機的速率調(diào)到準(zhǔn)確迅速自動地使發(fā)電機的速率調(diào)到準(zhǔn)確的同步速率，發(fā)電機牽入同步運

13、行。的同步速率，發(fā)電機牽入同步運行。（二）自同步法（二）自同步法 用準(zhǔn)同步法投入并聯(lián)的優(yōu)點是合閘時用準(zhǔn)同步法投入并聯(lián)的優(yōu)點是合閘時沒有沖擊電流，但是操作復(fù)雜很費時間。沒有沖擊電流，但是操作復(fù)雜很費時間。 當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障要求把備用的發(fā)電機當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障要求把備用的發(fā)電機迅速起動并投入并聯(lián)運行時，由于電網(wǎng)電迅速起動并投入并聯(lián)運行時，由于電網(wǎng)電壓和頻率很不穩(wěn)定，時刻在變化，采用此壓和頻率很不穩(wěn)定，時刻在變化，采用此方法更難投入，這時往往采用自同步法。方法更難投入，這時往往采用自同步法。自同步法并網(wǎng)的步驟如下：自同步法并網(wǎng)的步驟如下：1、先將發(fā)電機勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路。、先將發(fā)電機勵磁繞組經(jīng)限流電阻

14、短路。2、當(dāng)發(fā)電機升速到接近同步轉(zhuǎn)速時（要求、當(dāng)發(fā)電機升速到接近同步轉(zhuǎn)速時（要求電機和電網(wǎng)的頻率差在正負電機和電網(wǎng)的頻率差在正負5%以下），先以下），先合上并聯(lián)開關(guān)，再立即接入勵磁。合上并聯(lián)開關(guān)，再立即接入勵磁。 即可依靠定、轉(zhuǎn)子間的電磁力自動將電即可依靠定、轉(zhuǎn)子間的電磁力自動將電機牽入同步。機牽入同步。自同步法并網(wǎng)的自同步法并網(wǎng)的優(yōu)點優(yōu)點是：是：操作簡單、迅速，不需要增添復(fù)雜的設(shè)備。操作簡單、迅速，不需要增添復(fù)雜的設(shè)備。自同步法并網(wǎng)的自同步法并網(wǎng)的缺點缺點是：是：合閘及加勵磁時都有電流沖擊。合閘及加勵磁時都有電流沖擊。15-3 同步發(fā)電機的并聯(lián)運行的理論基礎(chǔ)同步發(fā)電機的并聯(lián)運行的理論基礎(chǔ) 單

15、是合上并聯(lián)的開關(guān)，還不能說單是合上并聯(lián)的開關(guān)，還不能說是一定能夠并聯(lián)運行。是一定能夠并聯(lián)運行。 比如，在并聯(lián)條件里發(fā)電機和電比如，在并聯(lián)條件里發(fā)電機和電壓和頻率與電網(wǎng)不是嚴格相等，合閘壓和頻率與電網(wǎng)不是嚴格相等，合閘后發(fā)電機和電網(wǎng)能不能同步呢？后發(fā)電機和電網(wǎng)能不能同步呢？ 怎樣給發(fā)電機帶上負載？怎樣給發(fā)電機帶上負載？ 如何分配電網(wǎng)中每臺發(fā)電機擔(dān)負如何分配電網(wǎng)中每臺發(fā)電機擔(dān)負的負載？的負載？1. 空載運行空載運行 同步發(fā)電機在理想條件下并聯(lián)到電網(wǎng)，同步發(fā)電機在理想條件下并聯(lián)到電網(wǎng)，原動機只供給同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動時所需要的原動機只供給同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動時所需要的損耗功率。損耗功率。0p空載損耗空載損耗風(fēng)阻

16、摩擦風(fēng)阻摩擦機械損耗機械損耗鐵損耗鐵損耗01pppPFem01pppPFem01pP01TT 原動機轉(zhuǎn)矩原動機轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩分析：調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流，看會不分析：調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流，看會不會改變空載運行狀態(tài)？會改變空載運行狀態(tài)？ABCC2B2A2C1B1A11fF0EU1fF0EUIaF如果勵磁電流增加如果勵磁電流增加sx I jax I jE如果勵磁電流減少如果勵磁電流減少1fF0EU1fF0EU0EU cjxUEI0sx I jEcjxUEI0調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)節(jié)勵磁電流 改變了改變了 fI0EI 的總性質(zhì)是無功電流的總性質(zhì)是無功電流電流滯后電網(wǎng)電壓電流滯后電網(wǎng)電壓 電角度電角度090U

17、E 0UE 0電流超前電網(wǎng)電壓電流超前電網(wǎng)電壓 電角度電角度090 改變同步發(fā)電機的勵磁電流，只改變同步發(fā)電機的勵磁電流，只能使得電樞繞組產(chǎn)生滯后或超前的純能使得電樞繞組產(chǎn)生滯后或超前的純無功電流，發(fā)電機沒有輸入或輸出有無功電流，發(fā)電機沒有輸入或輸出有功功率。功功率。2、負載運行、負載運行并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：勵磁電流勵磁電流原動機的拖動轉(zhuǎn)矩原動機的拖動轉(zhuǎn)矩1） 同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩氣隙合成磁場和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩氣隙合成磁場和轉(zhuǎn)子

18、電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T 是一制動轉(zhuǎn)矩是一制動轉(zhuǎn)矩1fFFsinBbflIbfsinflIbfsinflIbf一個等效集中繞組電流一個等效集中繞組電流fIpr22sinflIbfr 為轉(zhuǎn)子半徑為轉(zhuǎn)子半徑prfT2sin2)2(2ffFkpLBTpr 1214ffFI12ffFIsin2)2(2ffFkpLBTsin2)2(2ffFkpLBTsinC1fFF1TT電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 方向與原動機方方向與原動機方向相反。向相反。1）轉(zhuǎn)矩平衡和功率平衡）轉(zhuǎn)矩平衡和功率平衡01TTT01TTT01pPPM 同步發(fā)電機由原動機拖動在對稱負同步發(fā)電機由原動機拖動在對稱負載下穩(wěn)定運行時，由原動機輸入的機械載

19、下穩(wěn)定運行時，由原動機輸入的機械功率功率P1在扣除發(fā)電機的發(fā)電機的機械損在扣除發(fā)電機的發(fā)電機的機械損耗耗pmec、鐵耗、鐵耗 p0 和附加損耗和附加損耗 pad 后，即后，即轉(zhuǎn)化為電磁功率轉(zhuǎn)化為電磁功率PM。)(1adFemecMpppPP 對于勵磁損耗對于勵磁損耗 pcuf 的處理則因的處理則因勵磁系統(tǒng)而異。對于同軸勵磁機，勵磁系統(tǒng)而異。對于同軸勵磁機，P1中還應(yīng)扣除輸入勵磁的全部功率中還應(yīng)扣除輸入勵磁的全部功率pf 后才是后才是 PM。 對于單獨拖動的電動機（勵磁機對于單獨拖動的電動機（勵磁機組），發(fā)電機的勵磁損耗由勵磁機組），發(fā)電機的勵磁損耗由勵磁機組供給而與組供給而與 P1 無關(guān)。無關(guān)

20、。1P0pRmIpcua2MPcos2mUIP 電磁功率電磁功率PM是通過電磁感應(yīng)作用由是通過電磁感應(yīng)作用由氣隙合成磁場傳遞到定子的電功率。氣隙合成磁場傳遞到定子的電功率。 發(fā)電機帶負載時還要扣除電樞銅發(fā)電機帶負載時還要扣除電樞銅耗耗 ， 才是輸出的電功率才是輸出的電功率P2，即：，即：RIpcua23cuaMpPP2cuaMpPP2cuaMpPP2RmImUI2cos1fF0EIRIUCxI jcoscos0EIRUcos0mIEPM TPM15-4 有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定1、同步發(fā)電機的功角特性、同步發(fā)電機的功角特性1）隱極發(fā)電機的功角特性）隱極發(fā)電機的功角特性0

21、EIUCxI jcos2mUIPPMsincos0EIxCCxEIsincos0CMxmUEPPsin02 是同步發(fā)電機的功率角是同步發(fā)電機的功率角同步發(fā)電機功率角的物理意義同步發(fā)電機功率角的物理意義CMxmUEPPsin02勵磁電流不變，勵磁電流不變， 也不變也不變0E因為是無限大電網(wǎng)，因為是無限大電網(wǎng)， 是常數(shù)是常數(shù)UCx 是同步電抗不飽和值，是常數(shù)。是同步電抗不飽和值，是常數(shù)。調(diào)節(jié)電磁功率，只能調(diào)節(jié)功率角調(diào)節(jié)電磁功率，只能調(diào)節(jié)功率角如何調(diào)節(jié)功率角如何調(diào)節(jié)功率角0EUaxI jsxI jI 與與 夾角是夾角是0EUE1fF 與與 夾角是夾角是0EEF 轉(zhuǎn)速是電氣旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)速是電氣旋轉(zhuǎn)速度F

22、pfn60轉(zhuǎn)速是原動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是原動機的轉(zhuǎn)速1fFCMxmUEPPsin02 所以，調(diào)節(jié)電磁功率，就是調(diào)節(jié)同所以，調(diào)節(jié)電磁功率，就是調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的原動機轉(zhuǎn)速。步發(fā)電機的原動機轉(zhuǎn)速。并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：并聯(lián)到電網(wǎng)的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量是：勵磁電流勵磁電流原動機的拖動轉(zhuǎn)矩原動機的拖動轉(zhuǎn)矩同步發(fā)電機功角特性同步發(fā)電機功角特性sin02CMxmUEPP0MP090090CMxmUEP0max2）凸極發(fā)電機的電磁功率）凸極發(fā)電機的電磁功率U0EIdIqIqqxI jddxI jcos2mUIPPM

23、)cos( mUIPMsinsincoscosmUImUIsincosdqmUImUIU0EIdIqIqqxI jddxI jsincosdqMmUImUIPsinUxIqqcos0UExIddqqxUIsinddxUEIcos0sincoscossin0dqMxUEmUxUmUPsincoscossin0dqMxUEmUxUmUPcossin)11(sin20dqdxxmUxUEm2sin)2(sin20qdqddxxxxmUxUEm 可以看到，凸極發(fā)電機功角特性公可以看到，凸極發(fā)電機功角特性公式的第一項與空載電動勢式的第一項與空載電動勢 成正比，它成正比，它是勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力

24、所引是勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引起的，稱為勵磁電磁功率。起的，稱為勵磁電磁功率。0E 公式中的第二項，在隱極發(fā)電機中公式中的第二項，在隱極發(fā)電機中沒有，它與勵磁電流無關(guān)，是由于合成沒有，它與勵磁電流無關(guān)，是由于合成等效磁極吸引凸極鐵磁產(chǎn)生電磁力所引等效磁極吸引凸極鐵磁產(chǎn)生電磁力所引起的，稱為凸極電磁功率。起的，稱為凸極電磁功率。2sin)2(sin20qdqddMxxxxmUxUEmPMP0090 最大電磁功率發(fā)生在最大電磁功率發(fā)生在 小于小于 的地方的地方090 對于凸極發(fā)電機，當(dāng)轉(zhuǎn)子不加勵磁對于凸極發(fā)電機，當(dāng)轉(zhuǎn)子不加勵磁電流，電流，E0= 0 時仍有附加電磁功率產(chǎn)生，時仍有附加電磁

25、功率產(chǎn)生，這又是為什么呢？這又是為什么呢？ 此功率主要由于交、直軸的磁阻此功率主要由于交、直軸的磁阻互不相等而引起，故稱為磁阻功率?；ゲ幌嗟榷穑史Q為磁阻功率。2、調(diào)節(jié)有功功率時發(fā)電機、調(diào)節(jié)有功功率時發(fā)電機輸出無功功率的變化輸出無功功率的變化U0E I CxI j 0ECxI j0ECx I jII當(dāng)勵磁電流當(dāng)勵磁電流 恒定恒定fI調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出有功調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出有功功率時，發(fā)電機的無功率時，發(fā)電機的無功率功率 也會改變。也會改變。發(fā)電機輸出有功功率發(fā)電機輸出有功功率減小時，無功率減小時，無功率 增大。增大。3、同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定、同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時的靜態(tài)穩(wěn)定 所

26、謂同步發(fā)電機的穩(wěn)定問題指，若干所謂同步發(fā)電機的穩(wěn)定問題指，若干個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，在正常負個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，在正常負載調(diào)配和不正常事故中，這些電機能否還載調(diào)配和不正常事故中，這些電機能否還能保持同步運行的問題，同步電機的穩(wěn)定能保持同步運行的問題，同步電機的穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。 所謂靜態(tài)穩(wěn)定是指：發(fā)電機與電網(wǎng)所謂靜態(tài)穩(wěn)定是指：發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電壓和頻率恒定，勵磁恒并聯(lián)運行時，電壓和頻率恒定，勵磁恒定，輸入和輸出功率也不變。定，輸入和輸出功率也不變。 如果出現(xiàn)干擾，干擾除去后，發(fā)電如果出現(xiàn)干擾，干擾除去后，發(fā)電機是否能恢

27、復(fù)穩(wěn)定運行。機是否能恢復(fù)穩(wěn)定運行。 所謂動態(tài)穩(wěn)定指：發(fā)電機突加負所謂動態(tài)穩(wěn)定指：發(fā)電機突加負載或切除負載運行時，或在發(fā)生突然載或切除負載運行時，或在發(fā)生突然短路，電壓突變，發(fā)電機失磁等非正短路，電壓突變，發(fā)電機失磁等非正常運行中，以及參數(shù)變化時，電機是常運行中，以及參數(shù)變化時，電機是否還能保持同步運行的問題。否還能保持同步運行的問題。1fFFpfnF60 電氣旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速原動機轉(zhuǎn)速1fFTF電磁轉(zhuǎn)矩11TFf原動機轉(zhuǎn)矩TT 1同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩角度特性同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩角度特性sin0CMxmUEPMPTsin0CxmUET0090TT0900ddT0900ddT假如微小的干擾使假如微小的干擾使T

28、TT1090微小的干擾去掉后微小的干擾去掉后1TT T0TT發(fā)電機的運行是穩(wěn)定的發(fā)電機的運行是穩(wěn)定的090假如微小的干擾使假如微小的干擾使TTT10901TT T0TT發(fā)電機不能平衡穩(wěn)定地運行發(fā)電機不能平衡穩(wěn)定地運行090理論上，在同步發(fā)電機功角特性中理論上，在同步發(fā)電機功角特性中 是同步發(fā)電機有功功率的調(diào)節(jié)范圍。是同步發(fā)電機有功功率的調(diào)節(jié)范圍。0900290頁頁在隱極發(fā)電機中額定運行點一般設(shè)計在在隱極發(fā)電機中額定運行點一般設(shè)計在004030在凸極發(fā)電機中額定運行點一般設(shè)計在在凸極發(fā)電機中額定運行點一般設(shè)計在003020 當(dāng)當(dāng) =1800 以后，電磁功率變?yōu)樨撝?，以后，電磁功率變?yōu)樨撝?，意味?/p>

29、電機向電網(wǎng)輸出負功率，即電網(wǎng)向意味著電機向電網(wǎng)輸出負功率，即電網(wǎng)向電機輸入正功率變成同步電動機。電機輸入正功率變成同步電動機。 這將使電機產(chǎn)生更大的加速度，這將使電機產(chǎn)生更大的加速度， 角角將迅速沖過將迅速沖過3600重新進入發(fā)電機狀態(tài)。重新進入發(fā)電機狀態(tài)。 當(dāng)當(dāng) 角第二次來到角第二次來到 A 點處，雖然再次點處，雖然再次出現(xiàn)功率平衡，但因前面累積的加速，已出現(xiàn)功率平衡，但因前面累積的加速，已使轉(zhuǎn)子當(dāng)時的速度顯著高于同步轉(zhuǎn)速。使轉(zhuǎn)子當(dāng)時的速度顯著高于同步轉(zhuǎn)速。 所以所以 角還要增大，又會沖到角還要增大，又會沖到C點。在點。在A C的減速過程肯定不足以使原來的高轉(zhuǎn)的減速過程肯定不足以使原來的高轉(zhuǎn)

30、速降到同步轉(zhuǎn)速。速降到同步轉(zhuǎn)速。 所以所以 還要增大，最后電機轉(zhuǎn)速愈來愈快，還要增大，最后電機轉(zhuǎn)速愈來愈快，只能由機組的過渡保護裝置發(fā)生動作把原動機只能由機組的過渡保護裝置發(fā)生動作把原動機停調(diào)。停調(diào)。這個過程叫發(fā)電機失去同步。這個過程叫發(fā)電機失去同步。15-5 無功功率的調(diào)節(jié)和無功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線形曲線 以隱極電機為例，并略去電樞電以隱極電機為例，并略去電樞電阻和飽和影響，而電網(wǎng)則看作是阻和飽和影響，而電網(wǎng)則看作是“無無窮大電網(wǎng)窮大電網(wǎng)”，于是，于是 電壓電壓 U 和和 頻率頻率 f 都都不受負載變化或其它擾動的影響而保不受負載變化或其它擾動的影響而保持為常值。持為常值。 并入此無窮大電網(wǎng)

31、的任一同步發(fā)并入此無窮大電網(wǎng)的任一同步發(fā)電機，其頻率和端電壓也將受到電網(wǎng)電機，其頻率和端電壓也將受到電網(wǎng)的約束而與電網(wǎng)相一致，這是并聯(lián)運的約束而與電網(wǎng)相一致，這是并聯(lián)運行的特點。行的特點。 忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極同忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極同步電機為例，說明在原動機輸入有功功率步電機為例，說明在原動機輸入有功功率P1 保持不變的情況下調(diào)節(jié)勵磁電流保持不變的情況下調(diào)節(jié)勵磁電流 If 時，時，其無功功率將怎樣改變。其無功功率將怎樣改變。 由功率平衡關(guān)系可知，在調(diào)節(jié)勵磁前由功率平衡關(guān)系可知，在調(diào)節(jié)勵磁前后，發(fā)電機的電磁功率后，發(fā)電機的電磁功率 PM 和輸出功率：和輸出功率：MPP 2常數(shù)

32、sin0CMxUmEPcosmUIPem常數(shù)常數(shù) 由于電網(wǎng)電壓和發(fā)電機的同步電由于電網(wǎng)電壓和發(fā)電機的同步電抗均為常數(shù)，故得：抗均為常數(shù)，故得：sin0E常數(shù)常數(shù)cosI常數(shù)常數(shù)0EtxI jUsintxIcostxIIcosIDCAB由于：由于：sin0E常數(shù)常數(shù)0E末端的變化軌跡為垂直線末端的變化軌跡為垂直線CD。01EtxI jUI當(dāng)當(dāng)U = 常數(shù)和常數(shù)和P2 = 常數(shù)時不同勵磁電流時的同步發(fā)電機常數(shù)時不同勵磁電流時的同步發(fā)電機相量圖相量圖02E2ItxI j203E3ItxI j3 第一種情況：勵磁電流較大，第一種情況：勵磁電流較大，E01值較值較高，高，I1滯后于滯后于U1，輸出無功功

33、率，這時發(fā)，輸出無功功率，這時發(fā)電機稱為運行在電機稱為運行在過勵過勵狀態(tài)。狀態(tài)。 第二種情況：第二種情況：I1和和U1同相，定子電流同相，定子電流因不含無功功分量而數(shù)值得最小，這時的因不含無功功分量而數(shù)值得最小，這時的勵磁電流較小，稱作勵磁電流較小，稱作正常正常勵磁勵磁。第三種情況：如果繼續(xù)減小勵磁電流，則第三種情況：如果繼續(xù)減小勵磁電流，則定子電流又將變大而且超前于電壓定子電流又將變大而且超前于電壓U，發(fā)，發(fā)電機開始向電網(wǎng)輸出超前的無功功率，發(fā)電機開始向電網(wǎng)輸出超前的無功功率，發(fā)電機處在電機處在“欠勵欠勵”狀態(tài)。狀態(tài)。第四種情況：如果進一步減小勵磁電流，第四種情況：如果進一步減小勵磁電流，使使 E0 更加減小，功率角更加減小，功率角 和超前的功率和超前的功率因數(shù)角因數(shù)角 也將繼續(xù)增大使定子電流更大，也將繼續(xù)增大使定子電流更大，但這種變化是有限度的，當(dāng)?shù)@種變化是有限度的，當(dāng) =900 已達靜已達靜穩(wěn)定極限。穩(wěn)定極限。 在第四種情況后，如