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总复习_2013_同步发电机的并联运行

发布时间:2013-12-07 09:31:55  

同步发电机的并联运行
?并联投入条件
1.发电机的电压幅值等于电网电压幅值,且波形一致。

2.投入时,发电机的电压相位与电网电压相位一致。
3.发电机的电压频率等于电网的电压频率。 4.发电机的三相电压相序与电网三相电压相序一致。

同步发电机的并联运行
?隐极式同步发电机的功角特性

mUE0 PM ? sin ? xs

同步发电机的并联运行
?凸极式同步发电机的功角特性

UE0 U 1 1 PM ? m sin ? ? m ( ? ) sin 2? xd 2 xq xd ? ?? ? PM ? PM

2

? PM

称为基本电磁功率;
称为附加电磁功率,只与电网电压U 有关, 而与 E0 无关。

?? PM

同步发电机的并联运行
忽略全部损耗

P ? PM ? P2 ? mUI cos ? 1

同步发电机的并联运行
?凸极式同步发电机的功角特性

Q ? mUI sin ?
UE0 U 2 x d ? x q mU 2 x d ? x q Q?m cos ? ? m ? cos 2? xd 2 xd xq 2 xd xq
2 UE0 U Q?m cos ? ? m xs xs

同步发电机的并联运行
?功率角θ 的物理意义
? ? 1)功率角是 E0 和 U 之间的时间相位差角,对发电机而 ? ? 言,θ 角是励磁电动势 E超前于端电压 U的时间角。 0

? 2)由于励磁电动势 E0 是主磁场 B0 感应产生的,电枢 ? 端电压 U 可认为由一电枢等效合成磁场 Bu 感应产生, 所以可以近似地赋予功率角θ 以空间意义:主磁场 B0 与电枢等效合成磁场 Bu 之间的空间角。

? E0
? jI d xad ? jI x

q aq

? E?

? jIx? ? U ? Ira

定子合成磁 场等效磁极

S

S

Bu B0

?

n1

N

?
?

N
n1

? I

同步发电机的并联运行
?有功功率的调节 对一台并联在无限大电网上运行的同步发电机,要调 节其输出功率,必须调节来自原动机方面的输入功率。 而随着输出功率的变化,当励磁不作调节时( E0保持 不变),电机功率角、无功功率必然随之变化。

mE0U P2 ? P M ? sin ? ? P1 ? p0 xs 2 UE0 U Q?m cos ? ? m xs xs

同步发电机的并联运行
?静态稳定
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,这个问题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”的, 反之,就是不稳定的。

同步发电机的并联运行
?静态稳定

dTM ? 0 则同步发电机是静态稳定的; d?

dTM ? 0 则同步发电机是静态不稳定的; d?
dTM ?0 d?
为静态稳定极限,此时发电机保持静态稳 定的能力为零。

同步发电机的并联运行
?静态稳定
dTM/dθ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/dθ称 为 同步电机的同步转矩系数。

隐极电机

dTM m UE0 ? cos ? d? ?1 xs
dTM m UE0 1 2 1 ? [ cos ?

? U ( ? ) cos 2? ] d? ?1 x d xq xd

凸极电机

同步发电机的并联运行
?静态稳定 过载能力:最大电磁转矩 (或最大电磁功率 )与额定 电磁转矩(或额定电磁功率)之比,称为过载能力,用 km表示。

TM max PM max km ? ? TN PN

同步发电机的并联运行
?无功功率的调节
保持发电机输出有功功率不变:

mE0U PM ? sin ? ? 常数 xs P 2 ? mUI cos ? ? 常数

即E0 sin ? ? 常数 即I cos ? ? 常数

C Ix cos ? ? s E0 ? ? jIxs Ix sin ? s ? U
I cos ? ? I B
对一台并联在无 限大电网上运行的同 步发电机,原动机方 面的输入功率不做调 节,仅调节励磁电流, 同步发电机输出有功 功率不变、无功功率 变化。

A

??
D

同步发电机的不对称运行
1.正序电抗

? xs ? x? ? xa ? x1 ? ? xd ? x? ? xad ?x ? x ? x ? aq ? q

同步发电机的不对称运行

对于凸极同步发电机,考虑到电枢电阻远小于电抗, 机端短路时,短路电流中的正序分量基本为一感性的直 ??I ? I 。所以不对称短路时,凸极机的正序 轴电流,即 d 电抗可近似地用 xd 代替,即 x1≈xd(不饱和值)。

同步发电机的不对称运行
2.负序电抗
直轴负序电抗(又称为直轴超瞬态电抗)的表达式。

x2 d

1 ? ? x? ? ? xd? 1 1 1 ? ? xad x f xkd

同步发电机的不对称运行
交轴负序电抗(又称为交轴超瞬态电抗)表达式

x2 q ? x? ?

1 1 1 ? xaq xkq

? ? xq?

同步发电机的不对称运行
负序电抗的数值是变化的,负序磁场通过直轴时 为 x2d,通过交轴时为 x2q,负序电抗在x2d和x2q之间, 一般我们取它们的平均值,即

x2 ?

x2 d ? x2 q 2

?

? ? xd? ? xq? 2

? ? x2 ? x2 d x2 q ? xd? xq?

同步发电机的不对称运行
如果电机没有阻尼绕组

x2 d ? x? ?

1 1 1 ? xad x f

? ? xd

x2 q ? x? ? xaq ? xq
? 式中:xd 称为直轴瞬态电抗。
对于隐极同步发电机,只要以 xad=xaq=xa 代入 即可求出 x2 。

同步发电机的不对称运行

从等效电路可知 , xσ < x2 < x1

同步发电机的不对称运行
3. 零序电抗

本质是一个漏电抗,零序电抗 x0 小于 xσ

例题
同步电机电枢绕组匝数增加时,同步电抗将( );同 步电机铁心饱和程度增加时,同步电抗将( )。(填 增大或减小)

同步发电机机端三相短路,则其电枢电流近似为 轴 电流,它与励磁电流之间的关系为 ,电枢反应 性质为 。

例题
一台三相隐极同步发电机,并联在电网上额定运 行。UN=380V,Y接,IN=84A, cos ? N ? 0.8 (滞 后),每相同步电抗为 Xs =1.5 欧。若调节励磁电流 ? 与原动机,使定子绕组每相电势 E0 ? 300 V ,功率 角 ? ? ? 8? ,不计定子绕组电阻

,试求:(1)调节后 同步发电机的电枢电流与功率因数;(2)调节前后, 同步发电机向电网输出的有功功率各为多少?(3)调 节前后,同步发电机向电网输出的无功功率各为多少?

例题
一台并联于无限大电网上的隐极同步发电机,如 调节有功功率输出而保持无功功率输出不变,试画出电 枢电流和励磁电势相量的末端变化轨迹(忽略电枢绕组 电阻)。


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