第13章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行教材

電機(jī)學(xué)第13章同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行[內(nèi)容]

13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定

13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法13.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性13.4同步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線(xiàn)

[要求]●掌握同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行條件及方法?！裾莆胀桨l(fā)電機(jī)的功角特性和有功功率的調(diào)節(jié)方法?！窭斫夤堑碾p重物理意義，理解發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定概念。●掌握同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)方法及V形曲線(xiàn)。213.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法一、投入并聯(lián)的理想條件（1）發(fā)電機(jī)的電壓和電網(wǎng)電壓大小相等、相位相同：（3）發(fā)電機(jī)的相序和電網(wǎng)相序相同。（2）發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率相等：（必須滿(mǎn)足）允許稍有偏差現(xiàn)代電力系統(tǒng)由許多發(fā)電廠(chǎng)并聯(lián)組成，即由許多發(fā)電機(jī)并聯(lián)組成。發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)（也稱(chēng)并列）時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足一定條件，以避免在電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生沖擊電流。發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的：電壓相同、頻率相同、相序相同。3條件不滿(mǎn)足進(jìn)行并列時(shí)，出現(xiàn)的不良后果：大小不等相位不同此時(shí)，并列開(kāi)關(guān)S合閘前，開(kāi)關(guān)兩端存在電壓差，開(kāi)關(guān)合閘瞬間，在作用下，發(fā)電機(jī)中將產(chǎn)生沖擊電流，可達(dá)額定電流的5～8倍。（大小不等或相位不同）1.若13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法頻率不等

2．若此時(shí)，相量和的旋轉(zhuǎn)角速度不同，

兩相量之間相角差將在之間變化，

之間變化，電壓差在頻率相差越大，變化越激烈，投入并列越困難，交變的將在電機(jī)與電網(wǎng)之間引起很大的電流，在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生周期性交變的沖擊轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩。3.若相序不同它將產(chǎn)生巨大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機(jī)受到嚴(yán)重破壞。和電壓差為之間始終有相位差，13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法（1）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和三相繞組相序均有標(biāo)記，只要安裝正確，可保證相序一致；怎樣實(shí)現(xiàn)并列的三個(gè)條件？二、投入并聯(lián)的方法并列操作的過(guò)程稱(chēng)為整步過(guò)程，實(shí)現(xiàn)整步的方法有:準(zhǔn)整步法、自整步法。1.準(zhǔn)整步法就是把發(fā)電機(jī)調(diào)整到基本符合理想并聯(lián)條件后投入電網(wǎng)。判斷并列條件是否滿(mǎn)足，可采用“同步表”法或“燈光法”。（2）通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可使發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)電壓相等；（3）通過(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可使發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率相同。13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法（1）同步表法同步表就是在儀表的監(jiān)視下，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓和頻率，使之符合投入并列條件。●監(jiān)視電壓表PV1、PV2，調(diào)節(jié)If使

Ug

=Uc●監(jiān)視頻率表PF1、PF2，調(diào)節(jié)n

使fg

=fc此時(shí)，同步表指針偏擺緩慢，當(dāng)指針接近刻度上的紅線(xiàn)時(shí)，表示發(fā)電機(jī)滿(mǎn)足了并列條件，應(yīng)迅速合閘，投入并列運(yùn)行?！癖O(jiān)視同步表PS：若指針向“快”方向擺，表明fg

>fc

，此時(shí)應(yīng)減小轉(zhuǎn)速；若指針向“慢”方向擺，表明fg<fc

，此時(shí)應(yīng)增大轉(zhuǎn)速。13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法（2）燈光法（在實(shí)驗(yàn)室中采用）●直接接法（燈光熄滅法）若相序不同，三燈輪流亮暗應(yīng)改變發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)調(diào)節(jié)If使=0

若，三燈同時(shí)亮V

若，三燈時(shí)亮?xí)r暗應(yīng)調(diào)節(jié)n使三燈同時(shí)熄滅

滿(mǎn)足并列條件合閘投入并列13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法●交叉接法（燈光旋轉(zhuǎn)法）燈1熄滅燈2熄滅

燈3熄滅與有相對(duì)速度，燈光熄滅順序1-2-3（燈光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）。若,則時(shí)，三個(gè)指示燈將交替亮暗，形成燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

頻率相差越大，則燈光旋轉(zhuǎn)速度越快。若,則燈光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

調(diào)節(jié)n，使燈光轉(zhuǎn)速減慢，直到不旋轉(zhuǎn)再調(diào)節(jié)If，直到燈1熄滅，燈2、燈3亮度相同滿(mǎn)足并列條件，可合閘并列。13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法操作步驟：（1）驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的相序；（2）將勵(lì)磁繞組跨接一個(gè)（5～10）Rf

的限流電阻形成閉合回路;（3）把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近于同步轉(zhuǎn)速（差值小于5%）；（4）合上發(fā)電機(jī)的并列開(kāi)關(guān)，并立即加上直流勵(lì)磁，依靠定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)形成的電磁轉(zhuǎn)矩，把發(fā)電機(jī)拉入同步。2.自整步法當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障而要求迅速將備用發(fā)電機(jī)投入時(shí)，采用自整步法投入并列。優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)單、迅速，不需要添加復(fù)雜設(shè)備，便于實(shí)現(xiàn)重合閘。缺點(diǎn):并列合閘及投入勵(lì)磁時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。自整步法優(yōu)點(diǎn)：投入并列時(shí)沒(méi)有明顯的電流沖擊。缺點(diǎn)：操作復(fù)雜，操作時(shí)間較長(zhǎng)。準(zhǔn)整步法13.1同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)條件與方法13.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性一、功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁功率：輸入的機(jī)械功率

：機(jī)械損耗：定子鐵心損耗：附加損耗：定子銅損耗（可忽略不計(jì)）：輸出的電功率

：電磁功率（機(jī)電轉(zhuǎn)換功率）

空載損耗總的損耗功率方程式：轉(zhuǎn)矩方程式：二、隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性功角特性是指:證明：由相量圖得功角特性表達(dá)式：稱(chēng)為功率角，簡(jiǎn)稱(chēng)功角。

最大功率：最大功率對(duì)應(yīng)的功角稱(chēng)為功率極限角。隱極同步發(fā)電機(jī)的功率極限角

電磁轉(zhuǎn)矩：13.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性三、凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性由相量圖得：凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性：13.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性（基本電磁功率）（附加電磁功率

）功率極限角：附加電磁功率有三個(gè)特點(diǎn)：①與勵(lì)磁電流無(wú)關(guān)，即使仍然存在；

②在時(shí)，達(dá)最大值；

③只有的凸極同步電機(jī)才存在它是因交、直軸磁阻不等而產(chǎn)生的，所以又稱(chēng)為磁阻功率。13.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性電磁轉(zhuǎn)矩：基本電磁轉(zhuǎn)矩附加電磁轉(zhuǎn)矩又稱(chēng)磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)于隱極發(fā)電機(jī):所以，可以把隱極同步發(fā)電機(jī)看成是凸極同步發(fā)電機(jī)的特例。13.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定一、功角的雙重物理意義發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)：轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)領(lǐng)先于合成磁場(chǎng)等效磁極軸線(xiàn)，角為正值，電磁功率也為正值。稱(chēng)為合成磁通d二、有功功率的調(diào)節(jié)現(xiàn)代電力系統(tǒng)可稱(chēng)為無(wú)窮大電網(wǎng)，其頻率和電壓保持不變。同步發(fā)電機(jī)并列到無(wú)窮大電網(wǎng)之后，其頻率和端電壓受電網(wǎng)約束，保持不變。發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的有功功率是可以調(diào)節(jié)的。開(kāi)始投入并列時(shí)：此時(shí)，發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)上處于空載狀態(tài)，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅用以克服發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。以隱極發(fā)電機(jī)為例分析

13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定欲使發(fā)電機(jī)輸出有功功率，根據(jù)能量守恒原理，應(yīng)開(kāi)大汽輪機(jī)的汽門(mén)(水輪機(jī)的水門(mén))來(lái)實(shí)現(xiàn)。即

結(jié)論：增大來(lái)自原動(dòng)機(jī)輸入的功率，便可增大發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，在功率極限角范圍內(nèi)，輸入的機(jī)械功率越大，輸出的有功功率就越大。（處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，A點(diǎn)）此時(shí)，沒(méi)調(diào)節(jié)，大小沒(méi)變。13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定三、靜態(tài)穩(wěn)定的概念定義：并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，短時(shí)受到外界（電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)）擾動(dòng)后，若能恢復(fù)到原來(lái)平衡運(yùn)行狀態(tài)，則發(fā)電機(jī)是“靜態(tài)穩(wěn)定”的，否則就是不穩(wěn)定的。以隱極發(fā)電機(jī)為例分析：

輸入功率與功角特性有a、b兩交點(diǎn)（忽略損耗）（二者不可能平衡）（二者平衡時(shí)，可在a’點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行）13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定注意隱極發(fā)電機(jī)：功率極限角為凸極發(fā)電機(jī)：功率極限角略小于（功角特性曲線(xiàn)上升段）穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：結(jié)論（功角特性曲線(xiàn)下降段）不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)：愈小，越大，穩(wěn)定性越好穩(wěn)定判據(jù)：比整步功率：

13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定對(duì)于隱極發(fā)電機(jī)：靜態(tài)過(guò)載能力：反映了同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定程度。靜態(tài)穩(wěn)定程度增大。[例13.3.1]通常13.3同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定13.4同步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線(xiàn)一、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)以隱極發(fā)電機(jī)為例分析：保持有功功率不變，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可以調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率的大小和性質(zhì)。

因?yàn)殡娋W(wǎng)上的負(fù)載主要為感性負(fù)載，所以發(fā)電機(jī)通常向電網(wǎng)輸出有功功率感性無(wú)功功率保持有功不變調(diào)節(jié)If時(shí)的相量圖極限狀態(tài)If↓

發(fā)電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定極限

欠勵(lì)狀態(tài)If↓

輸出P

輸出Q(容性)正常勵(lì)磁If

輸出P

Q=0過(guò)勵(lì)狀態(tài)If↑

輸出P

輸出Q(感性)13.4同步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線(xiàn)同步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率調(diào)節(jié)時(shí)各物理量的變化情況變差變好穩(wěn)定穩(wěn)定性交軸、直軸增磁交軸、直軸去磁交軸、直軸去磁電樞反應(yīng)有功、容性無(wú)功有功、感性無(wú)功有功輸出功率功率角功率因數(shù)功率因數(shù)角增大增大電樞電流減小增大勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)If減小If增大If勵(lì)磁電流欠勵(lì)過(guò)勵(lì)正常勵(lì)磁勵(lì)磁狀態(tài)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流條件：保持端電壓和有功功率不變物理量●通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功功率輸出時(shí)，對(duì)有功功率不會(huì)產(chǎn)生影響，但減小勵(lì)磁電流，會(huì)影響電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性能?！裢ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的功率來(lái)調(diào)節(jié)有功功率輸出時(shí)，由于功角改變了，不僅有功功率發(fā)生變化，無(wú)功功率也將發(fā)生變化。有功、無(wú)功調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：改變輸入功率改變勵(lì)磁電流原因結(jié)果調(diào)有功，無(wú)功也變。調(diào)無(wú)功，有功不變。13.4同步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線(xiàn)二、V形曲線(xiàn)正常勵(lì)磁時(shí)

，電樞電流最小，與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，在輸出功率保持不變時(shí)：

P增大，V形曲線(xiàn)上移，

最低點(diǎn)連線(xiàn)是稍向右傾的曲線(xiàn)，說(shuō)明要保持