第604-同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

6.4同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行教學(xué)要求：1．熟練掌握同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)合閘的條件和方法熟練掌握同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的基本電磁關(guān)系、功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式3．熟練掌握有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)4．理解靜穩(wěn)定的物理概念和V形曲線的物理意義并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：1.電能的供應(yīng)可以互相調(diào)劑，合理使用。2.增加供電的可靠性。3.提高供電質(zhì)量，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的恒定范圍內(nèi)。4.系統(tǒng)愈大，負(fù)載就愈趨均勻，不同性質(zhì)的負(fù)載，互相起補(bǔ)償作用。5.聯(lián)成大電力系統(tǒng)，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理現(xiàn)代供電方式是由多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)、多座發(fā)電廠并聯(lián)運(yùn)行，組成一個(gè)大的電力系統(tǒng)，為負(fù)載供給電能。6.4.1投入并聯(lián)的條件和方法一、發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)的理想條件：發(fā)電機(jī)電壓的瞬時(shí)值＝電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值我們知道由發(fā)電廠生產(chǎn)的電能首先考慮的就是并網(wǎng)運(yùn)行，然后供給各個(gè)用戶(hù)，那么這里就存在著一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是在怎樣的條件下，發(fā)電機(jī)才能并網(wǎng)運(yùn)行？并聯(lián)投入時(shí)，避免產(chǎn)生沖擊電流和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩。發(fā)電機(jī)的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序相同（發(fā)電機(jī)相序決定于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，一般是固定的）在合閘時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一樣二、并聯(lián)合閘必須滿(mǎn)足四個(gè)條件：發(fā)電機(jī)頻率等于電網(wǎng)的頻率（各國(guó)電網(wǎng)頻率大致有兩種：50Hz或60Hz，我國(guó)為50Hz）發(fā)電機(jī)的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值，且波形一致那么，如果上述條件不滿(mǎn)足，將會(huì)怎樣呢？1）如果電壓的有效值不等：～ＸＸ產(chǎn)生一個(gè)電壓差：當(dāng)開(kāi)關(guān)K閉合時(shí)再整個(gè)回路中必然出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。2)如果電壓的相位不相同：亦產(chǎn)生一個(gè)電壓差，出現(xiàn)沖擊電流。3）如果頻率不等：同理，在頻率不相等的情況下并網(wǎng)運(yùn)行，也將會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊電流。4）如果發(fā)電機(jī)的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序不同231.準(zhǔn)同期法燈光旋轉(zhuǎn)法（1）接線圖如右：第1組燈對(duì)接，第2、3組燈交叉連接。為示零電壓表三、三相同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)方法V發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的角速度分別為ωs,ωG，UAs，UBs，UCs表示電網(wǎng)電壓，UAG，UBG，UCG表示發(fā)電機(jī)電壓。每組燈的電壓:132123123132（１）123（２）123（３）（2）燈光現(xiàn)象132123123132（４）123（５）123（６）正因?yàn)槲覀兯吹降氖切D(zhuǎn)的燈光因此叫做燈光旋轉(zhuǎn)法。這顯然不是我們所希望看到的，可以通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到改變頻率的目的（1）（2）（3）（4）（5）（6）123最亮最亮最亮123燈2和3交叉接于發(fā)電機(jī)的端點(diǎn)，不難想象，燈1熄滅，而2，3同時(shí)明亮?xí)r，應(yīng)該是發(fā)電機(jī)符合并網(wǎng)條件，即電壓同相位，同頻率，同大小，相序相同，可以合閘。？（3）合閘時(shí)刻（4）并網(wǎng)的步驟：1)

調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的頻率接近于電網(wǎng)頻率，從指示燈亮度的旋轉(zhuǎn)變化快慢判斷轉(zhuǎn)速是否接近同步轉(zhuǎn)速。2)

調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)的電壓等于電網(wǎng)的電壓，從示零電壓表或指示燈判斷。3)

重復(fù)1)和2)。4)

當(dāng)燈1熄滅，示零電壓表讀數(shù)為零，燈2，燈3有同樣亮度時(shí)迅速合上并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，將發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)上。利用同步指示燈進(jìn)行并聯(lián)的方法，在現(xiàn)代的電廠中已不再采用，而代之以各種半自動(dòng)或全自動(dòng)的并車(chē)裝置，不過(guò)它們的基本原理還是一致的。微機(jī)并列操作系統(tǒng)首先將勵(lì)磁繞組通過(guò)一限流電阻短接起來(lái)。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速（約差），合上并列開(kāi)關(guān)，再立即投入勵(lì)磁電流，由定、轉(zhuǎn)子間的電磁力自動(dòng)牽入同步。

自整步法的優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，能在緊急情況下將發(fā)電機(jī)迅速并入電網(wǎng)；但合閘時(shí)有沖擊電流。

勵(lì)磁繞組須經(jīng)一限流電阻短接，因?yàn)槿绻_(kāi)路，將在勵(lì)磁繞組中感應(yīng)出危險(xiǎn)的高電壓；如果直接短路，將在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生很大的沖擊電流。2.自整步（自同步）法﹪6.4.2同步發(fā)電機(jī)功率平衡一、功率平衡方程式輸入功率：P1=Pem+pmec+pFe+pad電磁功率：Pem=pcu+P2功率平衡：P1=pmec+pFe+pcu+P2在發(fā)電機(jī)中，定子銅耗是極小的一部分，為了分析簡(jiǎn)單，常常忽略，因此：

Pem=P2=mUIcosφ同步發(fā)電機(jī)中有哪些損耗？正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子有沒(méi)有鐵耗？輸入功率電磁功率輸出功率定子銅耗附加損耗鐵心損耗機(jī)械損耗同步發(fā)電機(jī)有功功率的流程圖二、轉(zhuǎn)矩平衡P1=Pem+（pmec+pFe+pad）T1=Tem+T0穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩＝制動(dòng)轉(zhuǎn)矩P1Pem（pmec+pFe+pad）ωωω+由此可見(jiàn)：輸入轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩6.4.3同步發(fā)電機(jī)的功角特性一、功角特性的定義功角：端電壓和勵(lì)磁磁勢(shì)之間的相位差角，一般用θ表示，也有用δ表示。功角特性：發(fā)電機(jī)有功功率或無(wú)功功率與功角之間的關(guān)系稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的功角特性。有功功率的功角特性：

無(wú)功功率的功角特性：功角的物理意義在空間上：合成磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間夾角。NSN0主磁極氣隙合成磁場(chǎng)的磁極S在時(shí)間上：端電壓和勵(lì)磁磁勢(shì)之間的相位差角。二、隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性為一正弦曲線當(dāng)功角=90度時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值。即式中，Pem單位是W；Ω1單位是rad/s；T單位是N·m。

它正比于E0（即勵(lì)磁電流）,反比于同步電抗。從功角特性可以決定電磁轉(zhuǎn)矩與功角之間的關(guān)系，由此可以得出相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，為三、凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性如同隱極電機(jī)功角特性推導(dǎo)方法一樣，可以得到凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性。如果略去電阻損耗，

式中為基本電磁功率；為附加電磁功率最后，可得：第一項(xiàng)是勵(lì)磁電流在氣隙磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力所引起的，與勵(lì)磁電勢(shì)成正比，稱(chēng)為勵(lì)磁電磁功率。第二項(xiàng)在隱極機(jī)中不存在，與無(wú)關(guān)，與端電壓即合成等效磁極及縱橫軸磁阻的差異有關(guān)即，稱(chēng)作附加電磁功率或磁阻功率。凸極機(jī)的功角特性曲線1800090018000900180009000900附加電磁功率基本電磁功率電磁轉(zhuǎn)矩式中為基本電磁轉(zhuǎn)矩；為附加電磁轉(zhuǎn)矩，又稱(chēng)磁阻轉(zhuǎn)矩。6.4.4有功功率的調(diào)節(jié)及靜態(tài)穩(wěn)定概念一、有功功率的調(diào)節(jié)在忽略銅耗的前提下，Pem=P2=mUIcosφ＝

從功率平衡的觀點(diǎn)來(lái)看，Pem和P1是成正比關(guān)系的，所以，想要增加電機(jī)輸出的有功功率，只有增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率P1。從功角特性看，若增加原動(dòng)機(jī)的輸出功率，則T1>Tem+T0，發(fā)電機(jī)加速，θ

增加

，Pem增加，發(fā)電機(jī)的輸出功率增加。若減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，則T1<Tem+T0，發(fā)電機(jī)減速，θ

減少

，Pem減小，發(fā)電機(jī)的輸出功率減小。結(jié)論:調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的功率來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不能調(diào)節(jié)有功功率例如If增加，則E0增加，Pem增加，制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩增加，發(fā)電機(jī)減速，θ

減小，Pem減小，回到原來(lái)的功率平衡。二、有功功率的調(diào)節(jié)的基本規(guī)律

遵循同步發(fā)電機(jī)功角特性0三、同步電機(jī)的靜穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題同步發(fā)電機(jī)輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，而且受到運(yùn)行穩(wěn)定性的限制。穩(wěn)定問(wèn)題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定兩種。穩(wěn)定問(wèn)題包括由若干個(gè)發(fā)電廠或發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)，在正常負(fù)載調(diào)配和不正常事故中，這些電機(jī)或電廠是否還能保持同步運(yùn)行的問(wèn)題。靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題：發(fā)電機(jī)在某一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，即發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電壓U和頻率f都為恒定值，勵(lì)磁電流If不變，其輸入功率和輸出功率都不變的運(yùn)行狀態(tài)。如果在電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面，突然發(fā)生一些微小的瞬現(xiàn)即逝的干擾后，發(fā)電機(jī)如能自行恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，即認(rèn)為該發(fā)電機(jī)的運(yùn)行是靜穩(wěn)定的。09001800090009001800q09001800090009001800qTq

1）在a點(diǎn)，P1=Pem，即輸入P1和輸出Pem相等，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行a2）來(lái)一個(gè)干擾，假定使得P1增加到P1'，顯然電機(jī)的轉(zhuǎn)速將增大，因?yàn)楣呛娃D(zhuǎn)速成正比關(guān)系變化，所以，功角也將增大，推出Pem也增大，這樣一來(lái)，我們可以看出在b點(diǎn)電機(jī)將達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，從而繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。bP1T1nθPem新的平衡點(diǎn)b09001800090009001800q09001800090009001800qTqa‘３）設(shè)原來(lái)運(yùn)行在下降段，(在a’點(diǎn))。來(lái)一個(gè)干擾，假定使得P1增加到P1′

，顯然電機(jī)的轉(zhuǎn)速將增大，功角增大，而Pem減小，這樣一來(lái)，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加，發(fā)電機(jī)不能在下降段達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)。b’P1T1nθPem不能平衡點(diǎn)1）當(dāng)功角在00---900之間變化時(shí)，發(fā)電機(jī)有自動(dòng)保持同步的能力，是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。在穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，電磁功率的改變只會(huì)改變功角的大小，而轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不會(huì)改變的，永遠(yuǎn)以同步速旋轉(zhuǎn)。2）而在900—1800之間，電機(jī)是不穩(wěn)定運(yùn)行的，在功角=900時(shí)，輸入的機(jī)械功率到達(dá)與最大電磁功率相等，即由此可以推出,對(duì)隱極發(fā)電機(jī)，同步電機(jī)靜穩(wěn)定判據(jù)

發(fā)電機(jī)是靜態(tài)穩(wěn)定的，或，靜態(tài)穩(wěn)定。

發(fā)電機(jī)是靜態(tài)不穩(wěn)定的

，或，靜態(tài)不穩(wěn)定。時(shí)為靜態(tài)穩(wěn)定極限

。最大轉(zhuǎn)矩（或最大電磁功率）與額定電磁轉(zhuǎn)矩（或額定電磁功率）之比稱(chēng)為過(guò)載能力，用表示：

發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力

隱極機(jī)：一般為1.5～2左右。一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無(wú)窮大電網(wǎng)，（滯后），如果保持激磁電流不變，在負(fù)載功率減為原來(lái)的75%時(shí)，求這種情況下的功角θ、功率因數(shù)cosφ及電樞電流I的標(biāo)么值（設(shè)）。例題解：空載電動(dòng)勢(shì)：負(fù)載減為原來(lái)3/4時(shí)：功角：無(wú)功功率：功率因數(shù)：定子電流：6.4.4無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線

一、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)有功功率的調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率P1來(lái)實(shí)現(xiàn)。若勵(lì)磁電流不變，改變發(fā)電機(jī)的有功功率，無(wú)功功率也會(huì)改變，但發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在調(diào)節(jié)無(wú)功功率時(shí)，假定發(fā)電機(jī)輸出的有功功率不變，于是：

由于m、U、Xs均是定值，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出一定的有功功率并保持不變ABCDE0的變化必須滿(mǎn)足在CD直線，而相應(yīng)的I的變化必須在AB線上。E0sinθ=常數(shù)Icosφ=常數(shù)1）當(dāng)I與U同相，即=1。此時(shí)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的全部功率都是有功功率，無(wú)功功率為零，此時(shí)的電樞電流為最小值，所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流我們叫做正常勵(lì)磁電流。ABCD

2）增加勵(lì)磁電流，則空載電動(dòng)勢(shì)E0相應(yīng)增加，看圖可見(jiàn)，電樞電流由I1,I2,電動(dòng)勢(shì)變化到E02，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)了無(wú)功電流，并且是滯后，即此時(shí)發(fā)電機(jī)將向外輸出滯后性的無(wú)功功率，整個(gè)狀態(tài)我們稱(chēng)之為過(guò)勵(lì)。ABCD3）減小勵(lì)磁電流，則電動(dòng)勢(shì)亦減?。ㄔ谡?lì)磁電流對(duì)應(yīng)的情況下），由圖可見(jiàn)，此時(shí)電流超前，即向外輸出超前性質(zhì)的無(wú)功功率的電流，整個(gè)狀態(tài)我們稱(chēng)之為欠勵(lì)。由上可見(jiàn)，對(duì)于無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，可以通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。ABCD二、同步發(fā)電機(jī)的V型曲線

將不同勵(lì)磁電流及與其對(duì)應(yīng)的電樞電流畫(huà)成曲線，此曲線稱(chēng)V形曲線，曲線的最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的，電樞電流最小，此時(shí)的勵(lì)磁電流為