【文章內(nèi)容簡介】 Pe = 3E0 I1cosΨ U1 I1 jXs I1 E0 ? Ψ θ Ψ Pe = 3 sin? U1E0 Xs 同步發(fā)電機的功角特性： 在 n、 If 和 U1 為常數(shù)時， Pe 與 ? 的關(guān)系 Pe = f (? ) 。 如同步發(fā)電機并網(wǎng)運行 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 51 0 Pe ? 90o PeM ※ 當 θ = 90o 時： Pe = 3 sin? U1E0 Xs Pe = PeM = 3 U1E0 Xs 2. 凸極同步發(fā)電機 U1 =－ E0＋ (R1＋ jXs ) I1 U1 =－ EQ＋ (R1＋ jXq ) I1 對比： 可得： Pe = 3EQ I1cosΨ = 3EQ Iq 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 52 或由相量圖得： U1 I1 ? R1I1 jXqI1 EQ jXdId E0 jXqIq Ψ ? EQ cosΨ = U1cos? ＋ R1I1 若忽略 R1，則 U1sin? = XqI1cosΨ XdId = E0－ U1cos? EQ = E0－ (Xd－ Xq) Id 整理，得 U1 I1 ? jXqI1 EQ jXdId E0 jXqIq Ψ ? 1 Xd 3E0U1 Xd Pe = sin? 1 Xq ＋ ( － ) sin2? 3U1 2 2= Pe1＋ Pe2 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 53 如果忽略 R1，則有 Pe = P1 = 3U1I1cos? 凸極同步發(fā)電機電磁功率的一種推導(dǎo)方法： 所以 U1sin? Xq Iq = E0－ U1cos? Xd Id = = 3U1I1cos (Ψ－ ? ) = 3U1I1cosΨ cos? ＋ 3U1I1sinΨ sin? = 3U1Iq cos?＋ 3U1Id sin? U1 I1 ? jXqI1 EQ jXdId E0 jXqIq Ψ ? 因為 Xq Iq = U1sin? Xd Id = E0－ U1cos? 故 1 Xd 3E0U1 Xd Pe = sin? 1 Xq ＋ ( － ) sin2? 3U1 2 2= Pe1＋ Pe2 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 54 討論： (1) 基本分量 3U1E0 Xd Pe1 = sin? Pe1 ∝ E0 ，當轉(zhuǎn)子有勵磁即 If ≠0 時存在。 (2) 附加分量 1 Xq Pe2 = ( － ) sin2? 3U12 2 1 Xd Pe2 是由于 Xd ≠Xq 而引起的， 與 If 是否存在無關(guān)。 0 Pe ? 90o PeM Pe1 Pe2 結(jié)論： ① Pe2 使 PeM?。 ② PeM 產(chǎn)生在 θ＜ 90o 處。 ③ 功角特性不再是正弦波。 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 55 轉(zhuǎn)矩平衡方程 1. 輸入 轉(zhuǎn)矩 2. 空載轉(zhuǎn)矩 3. 電磁 轉(zhuǎn)矩 T1 = P1 ?1 T0 = P0 ?1 Te = Pe ?1 T1 = Te＋ T0 = P1 n1 60 2? = P0 n1 60 2? = Pe n1 60 2? 三、電磁轉(zhuǎn)矩與矩角特性 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 56 同步發(fā)電機的矩角特性： 指在 n、 If 和 U1 為常數(shù)時， Te 與 ? 的關(guān)系 Te = f (? ) 。 Te = sin? ＋ ( － ) sin2? 1 Xq 3U1 2?1 1 Xd 3E0U1 Xd?1 2 Te = 3 sin? E0U1 Xs?1 隱極同步發(fā)電機的矩角特性： 凸極同步發(fā)電機的矩角特性： ※ 矩角特性與功角特性的變化規(guī)律相同。 Te1 Te2 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 57 三相同步發(fā)電機的運行特性 一、外特性 當 n = nN， If、 cos? = 常數(shù)時， U1L 與 I1L 的 關(guān)系，即 U1L = f (I1L)。 O U1L I1L UN IN 額定勵磁電流 IfN 在 nN 、 cos?N時，調(diào)節(jié) If， 使 I1L= IN、 U1L = UN 時的 勵磁電流 If = IfN。 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 58 ※ UNP —— 電樞的額定相電壓。 ※ 凸極同步發(fā)電機： VR = 18% ~ 30%； 隱極同步發(fā)電機： VR = 30% ~ 48%。 在 nN、 cos?N、 UN 時， If 與 I1 的關(guān)系， 即 If = f ( I1 )。 O If I1 VR = 100% E0－ UNP UNP 二、調(diào)節(jié)特性 IfN IN 電壓調(diào)整率 VR (在保持 nN、 cos?N、 IfN 時 ) 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 59 在保持 nN、 cos?N、 UN 時， If 與 I1 的關(guān)系， 即 ? = f (P2) 。 三、效率特性 ※ 空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機： ?N = 96% ~ % ※ 空氣冷卻的汽輪發(fā)電機： ?N = 94% ~ % ※ 氫氣冷卻時， ?N 略有增加。 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 60 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行 并聯(lián)運行的優(yōu)點 (1) 保證電能供應(yīng)的質(zhì)量、可靠性。 (2) 提高供電系統(tǒng)的效率。 (3) 減少發(fā)電廠備用機組的容量。 (4) 合理調(diào)配和利用能源。 一、并聯(lián)運行的條件 1. 發(fā)電機的相序與電網(wǎng)相序一致 若不一致，相當于在電網(wǎng)端點上加上一組負序 電壓，這是一種嚴重的故障情況。 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 61 UU UV UW U1 V1 W1 U1 Q UU UV UW ? ? ? 發(fā)電機投入并聯(lián)示意圖 UU UV UW 如果相序不一致，則 ?UU = 0 ?UV ?UW UU UV UW ? ? ? ?UV = UV－ UV ? ?UW = UW－ UW ? V1 W1 W1 V第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 62 如果： ? ≠?? 對應(yīng)相量之間的相位差在 0o ~ 360o 之間變化。 對應(yīng)相量的差值不斷地在 0 ~ 2U1 之間變化。 頻率相差越大，這個變化的速度就越快。 若 Q 合閘，必定要產(chǎn)生沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 2. 發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相同 UU UV UW UU UW UV ? ? ? UV UU UV UW UU UW ? ? ? ?? ? UU UV UW UU UW UV ? ? ? ?UU ?UU 時刻 1 時刻 2 時刻 3 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 63 電壓相等包括相位相同和有效值相等，即 相量相等。 如果 若 Q 合閘，必定要產(chǎn)生沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 3. 發(fā)電機的端電壓與電網(wǎng)電壓相等 UU≠UU ， UV≠UV ， UW≠UW ， ? ? ? 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 64 二、并聯(lián)運行的方法 1. 準確整步法 把發(fā)電機調(diào)整到完全符合投入并聯(lián)的條件時， 才投入電網(wǎng)的方法。 缺點：手續(xù)繁瑣，費時較多。 2. 自整步法 只要求發(fā)電機的相序與電網(wǎng)一致即可并網(wǎng)。 缺點：會產(chǎn)生一定的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 整步過程：為了將發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行所 進行的調(diào)節(jié)和操作過程。 調(diào)節(jié) If → 調(diào)節(jié) E0 ；調(diào)節(jié) n → 調(diào)節(jié) f 。 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 65 三、有功功率的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定問題 無窮大電網(wǎng) 容量很大、頻率和電壓基本不受負載與其他 干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。 發(fā)電機并網(wǎng)運行時 發(fā)電機的頻率和端電壓受電網(wǎng)的約束， 并網(wǎng)時，使勵磁電動勢等于電網(wǎng)端電壓， 即 E0 = U1， ? = 0 Pe = 3 sin? U1E0 Xs = 0 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 66 → T1? → T1＞ T0 → n? → ? ? → 產(chǎn)生 Te、 Pe、 I P2 → Te ? → T1 = Te＋ T0 1. 有功功率的調(diào)節(jié)方法 θ = 0o， T1 = T0 → n＞ n0 → Te ? → ? ? → n ? → n = n0 → Te＞ T1 → n ? → n＜ n0→ ? ? → 振蕩 → 穩(wěn)定。 U1 E0 U1 I1 jXsI1 E0 ? 0 Pe ? a 90o 180o PeM ? Pe ? = 0o 時的相量圖 ? ≠0o 時的相量圖 工作點 第 5章 同 步 電 機 大連理工大學電氣工程系 67 2. 靜態(tài)穩(wěn)定 0 Pe /Te ? 90o 180o a39。 0 Pe /Te ? 90o 180o a Te ? T1= Te + T0 a 點 ： 干擾使 T1 ? → ? ? → Te ? 抑制了 ? 進一步增大