同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行

第四篇同步電機福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院電機學(xué)教研組電機學(xué)多媒體課件系列2006.8同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!目錄第十三章同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行

13.1同步發(fā)電機的并聯(lián)運行

13.2隱極同步發(fā)電機的功角特性

13.3凸極同步發(fā)電機的功角特性

13.4同步發(fā)電機的有功功率調(diào)節(jié)

13.5無功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線

13.6同步電動機與同步補償機同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!§13.1同步發(fā)電機的并聯(lián)運行并聯(lián)運行的優(yōu)點：提高電網(wǎng)質(zhì)量：U=const、f=const，無窮大電網(wǎng)或無窮大匯流排減少電網(wǎng)儲備容量，在電網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)一調(diào)度發(fā)電容量可根據(jù)負荷變化改變并網(wǎng)發(fā)電機臺數(shù)，提高發(fā)電廠運行經(jīng)濟性可以提高電廠建設(shè)的效益，根據(jù)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展增加發(fā)電機臺數(shù)提高用電可靠性：單機運行方式、大容量負載、故障檢修等情況對電網(wǎng)影響小同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!相同的相序相等的電壓相等（或相近）的頻率相位相同一、并聯(lián)運行的條件條件不滿足時產(chǎn)生的后果：電機和電網(wǎng)之間有環(huán)流，危害電機安全運行產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機內(nèi)功率振蕩電機和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，溫度升高，效率降低同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!直接接法步驟：1、接線：雙方對應(yīng)相通過指示燈相接2、調(diào)節(jié)If，使雙方電壓相等3、當三組燈同時明暗時，說明雙方相序相同若相序不同，現(xiàn)象為燈光旋轉(zhuǎn)法，任意對調(diào)兩相4、燈光閃爍頻率越慢，雙方頻率越接近若閃爍較快，可調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速使雙方頻率相近5、當閃爍極其緩慢，在燈光變暗時合閘，并車完成同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!交叉接法(燈光旋轉(zhuǎn)法)同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!交叉接法實驗現(xiàn)象同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!課時小結(jié)1、同步發(fā)電機并聯(lián)運行的優(yōu)點和條件？2、同步發(fā)電機并聯(lián)運行的方法有哪些？簡要描述直接接法和交叉接法的接線圖、并聯(lián)步驟、合閘時刻？3、準確整步法和自整步法的優(yōu)缺點分別是什么？4、注意：同步發(fā)電機剛并網(wǎng)時刻處于空載運行情況，需進行功率調(diào)節(jié)！同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!一、功率表達式由相量圖可知（以下為每相值）：由等效電路可知：以為參考軸，則有：同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!二、功角特性：PM=f(δ)，P2=f(δ)電動機P<0、δ<0發(fā)電機P>0、δ>0正弦函數(shù)幅值：同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!四、考慮ra后的功角特性發(fā)電機情況下的原點電動機情況下的原點結(jié)論：存在ra

→Pmax↓→δ|pmax<π/2π/2-π/2同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!討論：1、基本電磁功率：由定子電流和氣隙磁場相互作用產(chǎn)生 與U、E0（If）有關(guān)、δ=90°時達最大值2、附加電磁功率：由Xd≠Xq產(chǎn)生，與E0（If）無關(guān) 頻率為2fN，當δ=45°時達最大值3、最大電磁功率：在δ=45°~90°之間 同U、E0、Xd下，凸極的功率Pmax略大4、功角δ： 是轉(zhuǎn)子磁場與氣隙合成磁場的相位角 大小決定電磁功率的大小 正負決定同步電機運行方式

δ>0發(fā)電機；δ<0電動機同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!課時小結(jié)1、隱極、凸極同步發(fā)電機的功角特性表達式、曲線？（三相總功率、最大功率及對應(yīng)的功角）2、同步發(fā)電機的過載能力與功角的關(guān)系？3、凸極同步發(fā)電機附加功率產(chǎn)生的原因？同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!二、靜態(tài)穩(wěn)定的概念定義：電機在運行時，受到外界的干擾，從而導(dǎo)致運行 偏離原先的運行點，而當干擾撤去后,電機又能自行 回到原先的點繼續(xù)工作，就叫做電機的靜態(tài)穩(wěn)定。分析：如圖a點為穩(wěn)定點，d點為不穩(wěn)定點同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)發(fā)電機：（隱極機） 0<δ<π/2為穩(wěn)定區(qū)，π/2<δ<π為不穩(wěn)定區(qū)電動機：（隱極機） -π/2<δ<0為穩(wěn)定區(qū)，-π<δ<-π/2為不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定產(chǎn)生的后果1、產(chǎn)生很大的沖擊電流2、轉(zhuǎn)子超速解決措施：快速勵磁裝置同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!§13.5無功功率調(diào)節(jié)和V形曲線一、無功功率的功角特性：Q=f(δ)輸出的無功功率：Q=UIsinθ以隱極電機為例，由相量圖可知：ΨδIF不變時同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!1）正常勵磁：當Ia與U同相，即cosθ=1→P>0、Q=0→Ia為最小值同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!3）欠勵(減小勵磁電流)：E0↑(相對正常勵磁)→cosθ<1→出現(xiàn)了無功電流(超前)→P>0、Q<0

If↓↓→δ↑>=90o→失去穩(wěn)定→受Ia和穩(wěn)定限制結(jié)論： 當發(fā)電機與大電網(wǎng)并聯(lián)運行時，調(diào)節(jié)If的大小，就可以改變發(fā)電機輸出無功功率的大小和性質(zhì)。同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!課時小結(jié)1、如何調(diào)節(jié)同步發(fā)電機輸出的有功功率？2、同步發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定定義、穩(wěn)定范圍、穩(wěn)定條件？3、同步發(fā)電機動態(tài)穩(wěn)定的定義？4、如何調(diào)節(jié)同步發(fā)電機輸出的無功功率？5、根據(jù)有功、無功的功角特性及曲線，分析同步發(fā)電機的功率調(diào)節(jié)現(xiàn)象？(改變原動機輸入和改變勵磁電流)同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!隱機同步電動機相量圖過勵狀態(tài)

以隱極同步電動機為例：I為電機流向電網(wǎng)的電流ID為電網(wǎng)流向電機的電流I的有功分量與U反相，電動機從電網(wǎng)吸收有功功率直軸去磁電樞反應(yīng)—過勵E滯后U，位移角δ<0，即：氣隙磁場超前轉(zhuǎn)子磁場電機從電網(wǎng)吸收超前電流，有超前的功率因數(shù)Ψδ同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!二、同步電動機的起動結(jié)論：同步機僅在同步運行時才能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。若同步電動機直接起動，則產(chǎn)生如下現(xiàn)象：同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!異步啟動法在磁極表面上裝阻尼繞組(起動繞組)步驟：轉(zhuǎn)子勵磁繞組通過電阻閉合→加U1→產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場Fa→阻尼繞組中感應(yīng)電流→與Fa相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩→n↑→n≈n1，加If→產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場Ff→依靠Fa與Ff間相互吸引力，牽入同步速阻尼繞組注意的問題：1、勵磁繞組不允許開路，否則會產(chǎn)生高壓2、勵磁繞組不允許直接短路，否則會產(chǎn)生單軸轉(zhuǎn)矩→半同步膠住同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!二、并聯(lián)運行的方法為了投入并聯(lián)所進行的調(diào)節(jié)和操作過程，稱為整步過程整步方法：準確整步法和自整步法準確整步法：直接接法(燈光暗黑法)同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!直接接法實驗現(xiàn)象同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!交叉接法步驟：1、接線：任意對調(diào)其中兩相后通過指示燈相接2、調(diào)節(jié)If，使雙方電壓相等3、當三組燈明亮發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，說明雙方相序相同若相序不同，現(xiàn)象為燈光熄滅法，任意對調(diào)兩相4、燈光旋轉(zhuǎn)速度越慢，雙方頻率越接近若旋轉(zhuǎn)較快，可調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速使雙方頻率相近5、當旋轉(zhuǎn)極其緩慢，在直接相燈光變暗時合閘并車完成優(yōu)點：此法可看出電機頻率比電網(wǎng)高還是低同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!準確整步法的優(yōu)點：投入瞬間電網(wǎng)和電機沒有沖擊

缺點：整步過程比較復(fù)雜費時自整步法：原動機帶至n≈n1不加If下電樞接入電網(wǎng)（此時勵磁繞組通過電阻短接）加If，使發(fā)電機的轉(zhuǎn)子牽入同步步驟：優(yōu)點：簡單、迅速缺點：合閘時沖擊電流大空載運行、功率調(diào)節(jié)同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!§13.2隱極同步發(fā)電機的功角特性同步發(fā)電機功率流程如下圖：同步發(fā)電機同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!三、轉(zhuǎn)矩特性過載能力：最大輸出功率Pmax與額定功率PN之比由相量圖可見：Xs↓→δ功角↓→kk↑=Co/Xs→kM↑同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!§13.3凸極同步發(fā)電機的功角特性一、功率表達式由相量圖可知（以下為每相值，忽略ra）：同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!二、功角特性：P2=PM=P’M+P’’M=f(δ)PMP’’MP’M同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!三、轉(zhuǎn)矩特性式中: T’為基本電磁轉(zhuǎn)矩； T’’為附加電磁轉(zhuǎn)矩，又稱磁阻轉(zhuǎn)矩。同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!§13.4同步發(fā)電機的有功功率調(diào)節(jié)一、有功功率調(diào)節(jié)當單機并網(wǎng)后，發(fā)電機處于空載：P1=p0、T1=T0當增加軸上輸入功率(P1>p0)后，產(chǎn)生電磁功率:P1-p0=PM空載時：PM=0→δ=0，即Fδ與Ff重合負載時：調(diào)節(jié)原動機P1↑→T1>T0→轉(zhuǎn)子加速n↑→Ff超前Fδ

→δ↑→PM

↑→輸出有功P2增加↑ 當δ↑到PM=P1-p0時，T1=TM+T0→則不再加速 （經(jīng)過幾次振蕩后，電機處于新的平衡狀態(tài)）物理現(xiàn)象：利用功角δ解釋空間：Fδ與Ff夾角時間：U與E0相位角同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!靜態(tài)穩(wěn)定條件結(jié)論：當δ=0→Pss最大→空載最穩(wěn)定當δ=π/2→Pss=0→穩(wěn)定能力不存在當δ>π/2→Pss<0→失去穩(wěn)定同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!二、動態(tài)穩(wěn)定的概念定義：當并網(wǎng)的發(fā)電機發(fā)生負載突變、突然短路、 電壓突變或發(fā)電機失磁等非常運行時，發(fā)電機能 繼續(xù)保持同步運行，則稱之為動態(tài)穩(wěn)定。分析:右圖為電網(wǎng)電壓下降情況U1<U2<U3同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!二、調(diào)節(jié)勵磁電流If改變無功功率當輸出有功功率不變時：同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!2）過勵（增加勵磁電流）：E0↑→cosθ<1→電動勢變化到E’0→出現(xiàn)了無功電流(滯后)→P>0、Q>0

If↑↑→δ↓→穩(wěn)定↑→受Ia和If的限制同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!三、同步發(fā)電機的V型曲線在P=const時，Ia=f(If)的關(guān)系曲線P↑→曲線上移曲線最低點：Ia最小，cosθ=1，正常勵磁If>If1，過勵狀態(tài)If<If1，欠勵狀態(tài)。存在穩(wěn)定極限If1IaIf同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!§13.6同步電動機與同步補償機同步電動機的優(yōu)點：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負載大小無關(guān) 功率因數(shù)可調(diào)同步補償機：補償電網(wǎng)Q和cosθ的同步電動機一、同步電動機的運行分析發(fā)電機p1>0空載p1=0電動機p1<0減少P1轉(zhuǎn)軸上帶負載同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!幾點討論：調(diào)節(jié)同步電動機的If，可以改變輸入電流的功率因數(shù)，從滯后→等于1→超前與異步電動機的區(qū)別：異步電機沒有直流勵磁，它所需的勵磁均由交流電供給，故異步電動機的功率因數(shù)總是滯后的。同步電動機的優(yōu)點：功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，把過勵的同步電動機接在電網(wǎng)上，可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步發(fā)電機在大電網(wǎng)上運行共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!同步電動機的轉(zhuǎn)矩：異步轉(zhuǎn)矩：當空氣隙磁場與轉(zhuǎn)子間存在相對運動