《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 4.2.5 同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)

同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)同步電機(jī)

接在電網(wǎng)上運(yùn)行的負(fù)載類型很多，多數(shù)負(fù)載除了消耗有功功率外，還要消耗電感性無功功率，如接在電網(wǎng)上運(yùn)行的異步電機(jī)、變壓器、電抗器等，電網(wǎng)的總無功功率由電網(wǎng)中全部發(fā)電機(jī)共同負(fù)擔(dān)。調(diào)節(jié)原因

并列在無窮大容量電力系統(tǒng)上的發(fā)電機(jī)，若只向電力系統(tǒng)輸送有功功率，而不能滿足電力系統(tǒng)對(duì)無功功率的要求時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)電壓的降低。因此并列后的發(fā)電機(jī)，不僅要輸送有功功率，還應(yīng)輸送無功功率，同步發(fā)電機(jī)輸出無功功率的性質(zhì)和大小就是通過改變勵(lì)磁電流If來實(shí)現(xiàn)。

為了分析的方便做了幾點(diǎn)假定：①忽略電樞電阻；②利用隱極同步發(fā)電機(jī)分析，結(jié)論適用于凸極同步發(fā)電機(jī)；③無功調(diào)節(jié)的同時(shí)輸出有功功率不變。

空載時(shí)電樞電流和電樞磁動(dòng)勢(shì)為零，E0=U，F(xiàn)f=F

，這時(shí)的勵(lì)磁電流稱為“正?！眲?lì)磁電流If0，如圖(a)所示。

若增大勵(lì)磁電流(If

>If0),則E0

>U，由于電網(wǎng)電壓不變，發(fā)電機(jī)必然輸出一個(gè)滯后的無功電流(感性)，它產(chǎn)生去磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa,以維持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)F

不變(F

=Ff+Fa)，如圖（b），這時(shí)勵(lì)磁電流稱為過勵(lì)的勵(lì)磁電流，如圖所示。UE0Ff=F

UE0FfF

FaIjxtI(a)（b）空載運(yùn)行

若減小勵(lì)磁電流(If<If0)，則E0<U，發(fā)電機(jī)輸出一個(gè)超前的無功電流(容性)，它產(chǎn)生助磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa，以維持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)F

不變(F

=Ff+Fa)；這時(shí)勵(lì)磁電流稱為欠激的勵(lì)磁電流，如圖（c）所示。UE0FfF

FaIjxsI(c)

結(jié)論：當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出的無功功率也將發(fā)生變化，過勵(lì)時(shí)發(fā)出感性的無功功率，欠勵(lì)時(shí)發(fā)出容性的無功功率。

空載運(yùn)行

負(fù)載運(yùn)行

調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，不改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的輸入，有功功率將保持不變，由功率表達(dá)式可得：

根據(jù)上式，在恒定的有功功率下調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)，E0的軌跡在ab線上，I的軌跡在cd線上。

負(fù)載運(yùn)行(1)正常勵(lì)磁(If=If0)，I與U

同相，

=0，cos=1，Q2=0，發(fā)電機(jī)不輸出無功功率。

(2)欠勵(lì)磁（If

＜If0），I超前U

，發(fā)電機(jī)輸出電容性無功功率。

(3)過勵(lì)磁（If>If0），I滯后U

，發(fā)電機(jī)輸出電感性無功功率。

說明:電網(wǎng)電壓不變，氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，由于過勵(lì)時(shí)主極磁動(dòng)勢(shì)增大，為保持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，電樞反應(yīng)的去磁分量必然要增大，即

角增大，電流變成滯后。

負(fù)載運(yùn)行

反之，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)，If<If0，E02<E0，則電樞電流除有功分量外，還出現(xiàn)一個(gè)超前的無功分量，即輸出一個(gè)容性的無功功率。

結(jié)論：發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能改變無功功率的性質(zhì)。過勵(lì)時(shí)，電樞電流滯后，發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率；欠勵(lì)時(shí)，電樞電流超前，發(fā)電機(jī)輸出容性無功功率。

并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表示電樞電流I和勵(lì)磁電流If的關(guān)系曲線I=f(If)稱為“U”形曲線。對(duì)于一個(gè)給定的有功功率輸出就有一條U形曲線，有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇“U”形曲線，特點(diǎn)如下：

1.每條曲線的最低點(diǎn),cosφ=1,定子電流最小，且全為有功電流。這些點(diǎn)的連線向右傾斜，表明要輸出純有功功率，必須相應(yīng)增加勵(lì)磁電流。以cos

=1為基準(zhǔn)的曲線右方，發(fā)電機(jī)處于過勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)，功率因數(shù)是滯后的，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出感性的無功功率。U形曲線以cos

=1為基準(zhǔn)的曲線左方，發(fā)電機(jī)處于欠勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)，功率因數(shù)是超前的，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出容性的無功功率。U形曲線(2)不穩(wěn)定區(qū)域邊緣

=90o，連線向右傾斜，表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵(lì)磁電流也越大。(3)每條曲線上的電流變化量ΔI為無功分量。(4)勵(lì)磁電流從零開始增大時(shí)，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小后增大。鞏固與提高鞏固與提高2、一臺(tái)三相隱極式同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，已知電網(wǎng)電壓為400V，每相電抗Xs=1.2

，Y接法，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率80kW時(shí)，cos=1。若保持勵(lì)磁電流不變，減少輸出功率到20kW，不計(jì)電阻，試求（1）功率角

；（2）功率因數(shù)