2009_32电机学－同步发电机的并联运行03.pdf

同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-4 同步发电机的功角特性功率角：指励磁电动势和电网电压这两个向量之间的夹角，用表示。功角特性：指同步电机接在电网上对称稳态运行时，电机的电磁功率与功率角之间的关系。同步发电机的功角特性功率角：指励磁电动势和电网电压这两个向量之间的夹角，用表示。功角特性：指同步电机接在电网上对称稳态运行时，电机的电磁功率与功率角之间的关系。0E&U&?隐极式同步发电机的功角特性隐极式同步发电机的功角特性sin0sMxmUEP=sinP101M=sMxmUET?凸极式同步发电机的功角特性称为基本电磁功率；凸极式同步发电机的功角特性称为基本电磁功率；MMdqdMPPxxUmxUEmP+=+=2sin)11(2sin20称为附加电磁功率。称为附加电磁功率。MPMP MMdqdMMTTxxUmxUEmPT+=+=2sin)11(2sin12101MT为基本电磁转矩为基本电磁转矩MT 为附加电磁转矩或凸极电磁转矩为附加电磁转矩或凸极电磁转矩?凸极式同步发电机的功角特性凸极式同步发电机的功角特性2）凸极同步发电机的功角特性）凸极同步发电机的功角特性无功功率无功功率2cos22cos220qdqdqdqddxxxxmUxxxxUmxUEmQ+=sinmUIQ=3）隐极同步电动机的功角特性）隐极同步电动机的功角特性无功功率无功功率ssxUmxUEmQ20cos=?功率角的物理意义功率角的物理意义1）功率角是和之间的时间相位差角，对发电机而言，角是励磁电动势超前于端电压的时间角。）功率角是和之间的时间相位差角，对发电机而言，角是励磁电动势超前于端电压的时间角。0E&U&0E&U&同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-4 同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性?功率角的物理意义2）由于励磁电动势是主磁场感应产生的，电枢端电压可认为由一电枢等效合成磁场感应产生。所以可以近似地赋予功率角以空间意义：主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角的物理意义2）由于励磁电动势是主磁场感应产生的，电枢端电压可认为由一电枢等效合成磁场感应产生。所以可以近似地赋予功率角以空间意义：主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。0E&U&0BuB0BuBU&I&uB0Bar I&x I j&aqqxI j&addxI j&0E&E&NS1n1nNS定子合成磁场等效磁极以隐极电机为例，饱和影响和电枢电阻略去不计，由于把电网看作无限大电网。所以以隐极电机为例，饱和影响和电枢电阻略去不计，由于把电网看作无限大电网。所以U常值，且常值，且f=常值。常值。同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-5 同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定NSU&I&sx I j&0E&0BuBNSU&I&sx I j&0E&0BuBsin02sMxUmEPP=?有功功率的调节有功功率的调节ssxUmxUEmQ20cos=在电网或原动机方面偶然发生一些微小扰动时，当扰动的原因消失以后，发电机能否回到原先的状态继续运行，这称为同步发电机的静态稳定问题。如果能回到原先的状态，发电机就是在电网或原动机方面偶然发生一些微小扰动时，当扰动的原因消失以后，发电机能否回到原先的状态继续运行，这称为同步发电机的静态稳定问题。如果能回到原先的状态，发电机就是“静态稳定静态稳定”的，反之，就是不稳定的。的，反之，就是不稳定的。?静态稳定静态稳定同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-5 同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定静态稳定条件：以角表示。对于隐极同步发电机，运行在静态稳定条件：以角表示。对于隐极同步发电机，运行在 0 90 范围内，发电机是静态稳定的。运行在范围内，发电机是静态稳定的。运行在 90 180 范围内，发电机是静态不稳定的。当 范围内，发电机是静态不稳定的。当=90 时，是静态稳定和不稳定的转折点，称为静态稳定极限。极限电磁功率时，是静态稳定和不稳定的转折点，称为静态稳定极限。极限电磁功率?静态稳定静态稳定090180abAAA BBB MTT=1MMTTMMTT+MT对于凸极同步发电机，由功角特性，发电机运行在对于凸极同步发电机，由功角特性，发电机运行在 0 m 范围内，发电机是静态稳定的。在范围内，发电机是静态稳定的。在m ddTM则同步发电机是静态稳定的；则同步发电机是静态稳定的；0ddTM则同步发电机是静态不稳定的；则同步发电机是静态不稳定的；0=ddTM为静态稳定极限，此时发电机保持静态稳定的能力为零。为静态稳定极限，此时发电机保持静态稳定的能力为零。dTM/d愈大，保持静态稳定的能力（保持同步的能力）愈强，也就是说，稳定性愈高。一般把愈大，保持静态稳定的能力（保持同步的能力）愈强，也就是说，稳定性愈高。一般把dTM/d称为 同步电机的同步转矩系数。隐极电机凸极电机称为 同步电机的同步转矩系数。隐极电机凸极电机cos01sMxUEmddT=2cos)11(cos201dqdMxxUxUEmddT+=090180MTMTddTMddTMmaxMTdTM/d 的正、负标志同步机是否稳定运行，而 的正、负标志同步机是否稳定运行，而dTM/d的大小，标志同步机稳定运行的能力。的大小，标志同步机稳定运行的能力。?静态稳定静态稳定1）隐极汽轮发电机的额定运行点一般设计在）隐极汽轮发电机的额定运行点一般设计在=3 040 范围内，以保证一定大小的同步转矩系数，即电机具备一定的稳定能力。2）凸极发电机的静态稳定极限处于 范围内，以保证一定大小的同步转矩系数，即电机具备一定的稳定能力。2）凸极发电机的静态稳定极限处于 m(E01，称为过励。定子电流相量落后于端电压相量，发电机除了向电网发出有功功率外，还向电网发出感性无功功率（或称落后无功功率）。E01，称为过励。定子电流相量落后于端电压相量，发电机除了向电网发出有功功率外，还向电网发出感性无功功率（或称落后无功功率）。1I&sxI j1&01E&2I&sxI j2&02E&3I&sxI j3&03E&U&4I&sxI j4&04E&第三情况，在正常励磁基础上减小励磁电流，此时E03第三情况，在正常励磁基础上减小励磁电流，此时E03E01，称为欠励，定子电流相量超前于端电压相量，发电机除了向电网发出有功功率外，还向电网发出容性无功功率（或称超前无功功率），也可以说发电机从电 网吸取感性无功功率。E01，称为欠励，定子电流相量超前于端电压相量，发电机除了向电网发出有功功率外，还向电网发出容性无功功率（或称超前无功功率），也可以说发电机从电 网吸取感性无功功率。1I&sxI j1&01E&2I&sxI j2&02E&3I&sxI j3&03E&U&4I&sxI j4&04E&如果进一步减小励磁电流，励磁电动势电动势进一步减小，并且功率角和超前的功率因数角将继续增大使定子电流值更大。但这种变化是有限度的，当功率角如果进一步减小励磁电流，励磁电动势电动势进一步减小，并且功率角和超前的功率因数角将继续增大使定子电流值更大。但这种变化是有限度的，当功率角90 时，发电机已达到稳定运行的极限状态，进一步减小励磁电流将不能稳定运行。时，发电机已达到稳定运行的极限状态，进一步减小励磁电流将不能稳定运行。1I&sxI j1&01E&2I&sxI j2&02E&3I&sxI j3&03E&U&4I&sxI j4&04E&?调节励磁即可调节无功功率现象的解释调节励磁电流即可无功功率这一现象，也可以用电枢电流相位与电枢反应性质(加磁或去磁)之间的联系进行解释。调节励磁即可调节无功功率现象的解释调节励磁电流即可无功功率这一现象，也可以用电枢电流相位与电枢反应性质(加磁或去磁)之间的联系进行解释。由于发电机接于恒压的交流电网上，所以无论励磁如何变化，电枢绕组交链的总磁通值由于发电机接于恒压的交流电网上，所以无论励磁如何变化，电枢绕组交链的总磁通值(包括励磁磁通、电枢反应磁通和电枢漏磁通包括励磁磁通、电枢反应磁通和电枢漏磁通)应保持不变。过励时，励磁磁通增大，为保持电枢的磁通不变，电枢反应的去磁分量就要增大，换言之，必须增大，因此电流变成滞后，发电机发出感性无功功率。反之，欠励时电枢反应的去磁分量一定要减小，在许多情况下还将变为加磁，此时角就将变小或变成负值，因此电流相量将超前于端电压相量或励磁电动势相量，发电机发出容性无功功率。应保持不变。过励时，励磁磁通增大，为保持电枢的磁通不变，电枢反应的去磁分量就要增大，换言之，必须增大，因此电流变成滞后，发电机发出感性无功功率。反之，欠励时电枢反应的去磁分量一定要减小，在许多情况下还将变为加磁，此时角就将变小或变成负值，因此电流相量将超前于端电压相量或励磁电动势相量，发电机发出容性无功功率。?V形曲线在原动机功率不变时，改变励磁电流将引起电机无功功率的改变，随之定子总电流V形曲线在原动机功率不变时，改变励磁电流将引起电机无功功率的改变，随之定子总电流 I 也将改变。当励磁电流等于也将改变。当励磁电流等于“正常励磁时正常励磁时”，电流，电流 I 数值最小。为什么？数值最小。为什么？?V形曲线在V形曲线在“正常励磁正常励磁”基础上，无论增大或减小励磁电流基础上，无论增大或减小励磁电流if，都将使定子电流，都将使定子电流 I 增大。采用试验方法，在保持电网电压增大。采用试验方法，在保持电网电压 U 和发电机输出有功功率和发电机输出有功功率 P2 不变的条件下，改变励磁电流不变的条件下，改变励磁电流 if，测定对应的定子电流，测定对应的定子电流 I，从而得到二者之间的关系曲线。由于这条曲线形状和英文字母，从而得到二者之间的关系曲线。由于这条曲线形状和英文字母“V”很相象，所以称为同步发电机的很相象，所以称为同步发电机的V形曲线。形曲线。图11-22 同步发电机的V形曲线I1cos=常数=MP常数=MP0=MP不稳定区欠励过励正常励磁超前滞后8.0cos=(超前)8.0cos=(滞后)fi对于每一个有功功率值都可作出一条对于每一个有功功率值都可作出一条V形曲线，功率值愈大，曲线愈上移。每条曲线的最低点，对应于形曲线，功率值愈大，曲线愈上移。每条曲线的最低点，对应于cos1，这点的电枢电流最小，全为有功电流，这点的励磁就是，这点的电枢电流最小，全为有功电流，这点的励磁就是“正常励磁正常励磁”。将各曲线最低点连接起来得到一条。将各曲线最低点连接起来得到一条cos1 的曲线。在这条作为基准的曲线的右方，发电机处于过励状态，功率因数是滞后的，发电机向电网输出滞后的无功功率（即感性无功功率）；而在其左方，发电机处于欠励运行状态，功率因数是超前的，发电机从电网吸取滞后的无功功率，或向电网发出超前无功功率（即容性无功功率）。的曲线。在这条作为基准的曲线的右方，发电机处于过励状态，功率因数是滞后的，发电机向电网输出滞后的无功功率（即感性无功功率）；而在其左方，发电机处于欠励运行状态，功率因数是超前的，发电机从电网吸取滞后的无功功率，或向电网发出超前无功功率（即容性无功功率）。图11-22 同步发电机的V形曲线I1cos=常数=MP常数=MP0=MP不稳定区欠励过励正常励磁超前滞后8.0cos=(超前)8.0cos=(滞后)fiV形曲线左侧有一个不稳定区（对应于 形曲线左侧有一个不稳定区（对应于 90）。由于愈欠励愈靠近不稳定区，因此发电机一般不宜在欠励状态下运行。实验注意：欠励，失步，立即增大励磁电流）。由于愈欠励愈靠近不稳定区，因此发电机一般不宜在欠励状态下运行。实验注意：欠励，失步，立即增大励磁电流