《电机学 教学课件 ppt 作者 曾令全 李书权 编 第18章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机学 教学课件 ppt 作者 曾令全 李书权 编 第18章（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第18章 同步发电机的并联运行,18-1 并联投入的条件和方法 18-2 同步发电机与大电网并联的功角特性 18-3 同步发电机与大电网并联的有功调节 18-3 同步发电机与大电网并联的无功调节,18-1 并联投入的条件和方法,无限大电网的概念：现代电力系统（电网）通常总是由许多发电厂并联组成，每个电厂内又有多台发电机在一起并联运行。 并联运行：把发电机并联到电网上运行的运行方式称为并联运行。 提高供电的质量； 并联运行的优点： 提高供电的可靠性； 提高供电的经济性。 研究同步发电机与电网并联运行问题，不仅具有理论意义，而且还有很大的实际意义。,一、同步发电机投入并联的条件和方法,同步发电机投
2、入并联时，为了避免电机和电网中产生冲击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转距，待投入并联的发电机应当满足：,1. 投入并联的条件,（1） 发电机的相序应与电网一致；,（2）发电机的频率应与电网相同；,（3） 发电机的激磁电动势应与电网电压大小相同，相位 相同，,分析：1）相序不同；2）频率不同；3）电压不同。,第一个条件必须满足，其余两个条件允许有些差别。,图18-1并连接线图和向量图,如何才能达到这些条件？,关于相序问题：一般大型同步发电机的转向和相序在出厂以前都已经标定。对于没有表明转向和相序的电机，可以利用相序指示器来确定。,要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的转速和发电
3、机的励磁电流就可以达到。,关于电动势的频率和大小：发电机的频率和励磁电动势为：,fpn1/60和E04.44fN1kN10,电动势的相位：可以调节发电机的瞬时速度来调整。,2. 投入并联的方法,投入并联所进行的调节和操作过程称为整步。,准确整步法：,把发电机调整到完全合乎投入并联的条件，然后投入电网。,最简单的同步指示器由三个指示灯组成，可以有两种接法：直接接法和交叉接法。,直接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的对应相之间，即接在 之间。,（1）直接接法,图18-2 灯光明灭的直接连接法,起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。,频率：调节发电机的转
4、速，到三个灯的亮度不再闪烁或闪烁频率很低时，就表示f f。,电压的大小：调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。,电压的相位：灯灭且UAA=0时即可合闸投入并联。,条件检查 相序： 灯光同时明暗，说明相序正确。,(2) 交叉接法,交叉接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的 之间。,图18-3 灯光旋转的交叉连接法,起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。,频率：调节发电机的转速，到灯光旋转速度很低时，就表示f f。,电压的大小：调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。,电压的相位：A相灯灭且BC相等亮度相同时，即可合闸投入并联。,条
5、件检查 相序： 灯光旋转，说明相序正确。,1号灯灭 2号灯灭 3号灯灭,若f f,若f f,1号灯灭 3号灯灭 2号灯灭,图18-4 灯光旋转的说明,自整步法,准确整步法的优点是投入瞬间电网和电机没有 （或很少）冲击；缺点是整步手续比较复杂，时间长，不能满足快速并网要求。,校验发电机的相序； 励磁绕组经限流电阻短路； 发电机的转速接近同步速； 并网； 加励磁电流。,图 18-5 自整步法,一、功率方程,I f B0 pFe 铁心损耗 （转子铁心中磁场恒定，无铁耗）,P1-pmec-pFe = Pem,n1,励磁损耗由另外的直流电源供给,Pem-pcua = P2,同步发电机的功率方程：,18-
6、2 同步发电机与大电网并联运行的功角特性,图 18-6 功率流程图,二、转矩方程,P1(pmec +pFe) = Pem,T1T0 = Tem,两边同时除以同步角速度1=2n1/60,三、电磁功率,Pempcua = P2,Pem = P2+pcua,= mI (U cos +I ra),= m I EQ cos0,= m U I cos +mI2ra,= m I E cos,=mEQIq,图 18-7 电势向量图,隐极同步发电机中,因为：,EQ = E0,Pem= m I E cos = m I EQ cos0 =mEQIq=mE0Iq,要进行能量转换，电枢电流中必须有有功分量 对E来说，I
7、cos 就是电流的有功分量 对EQ来说，Icos=Iq 就是电流的有功分量,与前的分析相符，交轴电流产生交轴电枢反应，使气隙磁场轴线移位，气隙磁场与主极磁场轴线间有相位差。,Iq 决定了（功率角）的大小。,：功率角,交轴电流越大，交轴电枢反映越强 也就越大。,交轴电枢电流对产生电磁转矩和进行能量转换具有直接关系 。,图 18-8 功角示意图,四、功角特性,当E0和U保持不变时，发电机发出的电磁功率与功率角之间的关系Pemf()称为功角特性。,设法消去Id和Iq,图18-9 凸极机功角特性曲线,为基本电磁功率,基本电磁功率与励磁电动势成正比，与端电压成正比，与功角的正弦成正比，与直轴同步电抗成反
8、比。,当时，达到最大值。,附加电磁功率与励磁电动势（电流）的大小无关，且仅当 时 才存在，它是由凸极效应（即交、直轴磁阻不相等）所引起，故亦称为磁阻功率。在隐极同步电机中附加电磁功率等于零。,当时达到最大值。,称为附加电磁功率,总的电磁功率，发电机运行时，在为4590之间达到最大值Pe(max),其具体位置和数值视Pem1(max) 和 Pem2(max)的相对大小而定。,对于隐极电机，由于XdXqXs，附加电磁功率为零，故Pem就等于基本电磁功率,对于凸极电机，电磁功率Pem亦可以写成,要注意，式中的EQ为虚拟电动势，EQ本身也是功角的函数。,功率角的空间含意,功率角 亦可近似的看作是合成磁
9、场滞后空载磁场的角度。,图18-10 功角的空间含义,例18-1有一台70000kVA、13.8kV（Y接）、cos=0.85 （滞后）的三相水轮发电机直接与电网相接，已知电机参数为：Xd2.272，Xq=1.90, 电枢电阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角和激磁电动势(不计磁饱和)。,额定相电压,额定相电流,解 ：先按算出额定负载时的角,18-3 有功功率的调节和静态稳定,1. 有功功率的调节,以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并联时有功功率的调节。为简化分析，略去电枢电阻和磁饱和的影响。,准确整步法并网时，,，功率角0,图18-11 有功功率的调节,电磁转距Tem0，发电机在
10、电网上处于空载状态；原动机的驱动转矩仅用于克服发电机的空载阻转矩。,欲使发电机输出有功功率，根据能量守恒原理，应当增加发电机的输入功率，即调节原动机，这可以由开大汽轮机的汽门（或水轮机的水门）来实现。,原动机的功率增加时，驱动转矩T1也增大，发电机的转子加速，于是与转子主磁场相对应的电动势E0将超前于电网电压U以角。,根据功角特性，此时发电机将向电网输出一定的有功功率P2。,同时转子上将受到一个制动的电磁转矩Tem，使驱动转矩和制动的电磁转矩重新取得平衡；转子转速仍然保持为同步转速。此时发电机已处于负载运行状态，如图中的A点所示。,图18-12 隐极机功角特性曲线,由此可见，要增加发电机的输出
11、有功功率，必须增加原动机的输出功率，使功率角 增大，电磁功率和输出功率便会相应的增加；直到90时，电磁功率达到最大值Pem（max）。,在电机的最大功率增大到Pem（max）时，不能再增加输入功率。否则驱动转矩与制动转矩不能实现平衡，发电机将会失去同步。,2. 静态稳定,稳态运行于某一工作点的同步发电机，当外界（电网或原动机）发生微小的扰动时，工作点发生偏移，扰动消失后，发电机能回到原先状态稳定运行，称为同步发电机静态是稳定的；否则是静态不稳定的。,正常工作于A点或B点，看发电机的稳定运行情况。,图18-13 整步功率和静态稳定,当90时，发电机是静态稳定的。,3.整步功率系数,以隐极电机为例
12、，说明同步发电机与无穷大电网并联时无功功率的调节。,忽略电枢电阻，原动机的输入功率保持不变。,根据功率平衡关系可知，在调节励磁前后，发电机的电磁功率和输出的有功功率均应近似的保持不变。,1. 无功功率的调节,18-4 无功功率的调节和U形曲线,图18-14 不同励磁电流时的相量图,正常励磁 cos=1,过励 加大励磁电流，电枢电流将滞后于电网电压。,欠励 减小励磁电流，电枢电流将超前于电网电压。,调节励磁电流就可以调节无功功率这一现象，还可以用磁动势平衡关系来解释。,发电机与无穷大电网并联时，其端电压恒为常值，所以无论励磁如何变化，电枢绕组的合成磁通近似不变。,反之，减小励磁电流而变为“欠励”时，主磁通减少，为了维持合成磁通不变，发电机必须输出超前电流，以减小去磁性的电枢反应，甚至使电枢反应变为增磁性，以补偿主磁通。,当增加励磁电流并达到“过励”时，主磁通增多，为维持电枢绕组的合成磁通不变，发电机应输出滞后电流，使去磁性的电枢反应增加，以补偿过多的主磁通。,注意：正常励磁、过励、欠励是由功率因数角决定的；而电枢反应去磁或助磁是由内功率因数角决定的。,2. V形曲线,图18-15 同步发电机的U形曲线,
