【正文】 若保持勵(lì)磁電流不變，減少輸出功率到 20kW ，不計(jì)電阻，試求（ 1）功率角 ?；（ 2）功率因數(shù) cos??；（ 3）電樞電流；（ 4）輸出的無功功率 Q及其性質(zhì)。求該發(fā)電機(jī)輸出的有功功率 P2 和無功功率 Q2（ 電容性的還是電感性的）。同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行Date 90weipeiyu 制作 例： 一臺(tái) Y 聯(lián)結(jié)的水輪發(fā)電機(jī)，并聯(lián)在 UN = kV 的電網(wǎng)上運(yùn)行。時(shí)，電動(dòng)勢(shì) E0 的端點(diǎn)處于靜態(tài)穩(wěn)定極限的位置，如 下 圖所示 。同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行Date 89weipeiyu 制作 在 U形曲線上有一個(gè)不穩(wěn)定區(qū)，在不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，發(fā)電機(jī)將不能保持靜態(tài)穩(wěn)定。連線向右傾斜 。 以 cos?=1為基準(zhǔn)的曲線右方，發(fā)電機(jī)處于過勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)，功率因數(shù)是滯后的，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出感性的無功功率。同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行Date 88weipeiyu 制作 表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵(lì)磁電流也越大。對(duì)于 一個(gè)給定的有功功率輸出就有一 條 U形 曲線，有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一 簇“U”形曲線 。過勵(lì)時(shí)，電樞電流滯后，發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率；欠勵(lì)時(shí)，電樞電流超前， 發(fā) 電機(jī)輸出容性無功功率。?E0jxs II? I ( I ) 滯后于 U，? ?同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行Date 86weipeiyu 制作 說明 : 電網(wǎng)電壓不變，氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，由于過勵(lì)時(shí)主極磁動(dòng)勢(shì)增大，為保持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，電樞反應(yīng)的去磁分量必然要增大，即 ?角增大，電流變成滯后；反之，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)， IfIf0， E02E0， 則電樞電流除有功分量 外，還出現(xiàn)一個(gè)超前的無功分量，即輸出一個(gè)容性的無功功率。AB I ( I39。UE0Ijxs IE039。(3) 過勵(lì)磁 (當(dāng) If ＞ If0 時(shí) ) If ? → E0 ? → ? ? 。Date 85weipeiyu 制作 (2) 欠勵(lì)磁 （當(dāng) If ＜ If0 時(shí)） If ? → E0 ? → ? ? 。(2)負(fù)載 運(yùn)行調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，不改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的輸入，有功功率將保持不變， 由電磁功率表達(dá)式可得Date 84weipeiyu 制作 Pe = 3 sin?U1E0Xs= 3UIcos? =常數(shù)(1) 正常勵(lì)磁 當(dāng) If = If0 時(shí)， ? = 0， cos? = 1， Q2 = 0，發(fā)電機(jī)不輸出無功功率。如圖所示。如圖所示。如 圖所 示。3. 無 功功率的調(diào)節(jié)以隱極發(fā)電機(jī)為例， 不計(jì)磁路飽和電樞電阻，分析同步發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)，無功功率與勵(lì)磁電流的關(guān)系。當(dāng) ?90186。時(shí) ， Pcx最大，故同步發(fā)電機(jī)在空載時(shí)最為穩(wěn)定。時(shí)， Pcx=0，正處在穩(wěn)定的交界。Pcx可以表示發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定度?；蛘哒f在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時(shí)增大，或同時(shí)減小的 那 一部分是靜態(tài)穩(wěn)定的。 點(diǎn)運(yùn)行?！?失步 。a39。 = T39。0PM/T? 90o aT? T1= T + T0a 點(diǎn) ： 干擾使 T1 ? → ? ? → T ?抑制了 ? 進(jìn)一步增大 → b 點(diǎn)。就稱這時(shí)的 同步 發(fā)電機(jī)是 “ 靜態(tài)穩(wěn)定 ” 的，否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定。 ，這時(shí)電磁功率將隨著 δ的增大而減小 ；輸入功率扣掉空載損耗和減小了的電磁功率后還有剩余，剩余的功率將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速， δ角繼續(xù)增大，電磁功率 PM繼續(xù)減小，功率再不能保持平衡，發(fā)電機(jī)將 “失去同步 ”，或叫做失去 “靜態(tài)穩(wěn)定 ”。對(duì)于隱極發(fā)電機(jī)，當(dāng) δ=90186。當(dāng) ? 增大到某一數(shù)值，使相應(yīng)的電磁功率達(dá)到PM=P1p0（ TM=T1T0）時(shí)，轉(zhuǎn)子加速的趨勢(shì)即停止，發(fā)電機(jī)便處于新的平衡狀態(tài)。UE0Ff =F? F?????jxsIUIE0Ff (a) (b)增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率 P1時(shí)，即增加發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩 T1，這時(shí)T1＞ T0；同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行Date 77weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行結(jié)論： 要調(diào)節(jié)與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，這時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部會(huì)自行改變功率角 δ ，相應(yīng)地改變電磁功率和輸出功率，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。 功率角 ?=0， 如圖 (a)所 示，電磁功率PM=0，此時(shí)氣隙合成磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的軸一重合，發(fā)電機(jī)無功率輸出。(1)從 能量守恒觀點(diǎn)來看有功功率同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行這個(gè)過程從能量守恒觀點(diǎn)來看，發(fā)電機(jī)輸出有功功率是由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換來的 。要改變發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，必須相應(yīng)地改變由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率。在分析中都認(rèn)為電網(wǎng)電壓 U=常數(shù)，電網(wǎng)頻率 f=常數(shù)。因此電網(wǎng)的電壓和頻率不會(huì)因并聯(lián)上去的同步發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)的影響而改變，即電網(wǎng)的電壓和頻率恒定為常值。四、有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)為了簡(jiǎn)化分析，設(shè)發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，不計(jì)磁路飽和，不計(jì)電樞電阻，且電網(wǎng)為 “無窮大電網(wǎng) ”。 采用 “自整步 ”的并車方法，其步驟如下： 先將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組經(jīng)過約等于勵(lì)磁繞組電阻 10倍的電阻短路；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升到接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，先合上開關(guān)，將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，接著立即加上勵(lì)磁；即可利用電機(jī)的 “自整步作用 ”使它迅速被牽入同步。 Date 73weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行2. 自整步法 準(zhǔn)整步法并車的優(yōu)點(diǎn)是能使新投入的發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)不受或僅受輕微沖擊，但其裝置比較復(fù)雜。以上兩種方法顯然是燈光旋轉(zhuǎn)法較好，因?yàn)閺臒艄獾霓D(zhuǎn)向可明確指示操作者應(yīng)將轉(zhuǎn)速調(diào)高還調(diào)低。 Date 72weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行如果發(fā)電機(jī)的頻率低于電網(wǎng)頻率，則燈光將按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)方向，適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光旋轉(zhuǎn)速度變得很低，就可準(zhǔn)備合閘。Date 71weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行UC?UA?UB?UAUBUCUA? UB?UC?△ UCB?△ UAA?UAUBUC△ UCB? △ UBC? △ UBC?UA?UB? UC?△ UCB?△ UAA?UAUBUC△ UBC?UA?UB?UC?△ UCB?△ UAA?UAUBUC△ UBC?由相量圖可見，在不同的時(shí)刻，加于三組同步燈的電壓各不相等。Date 70weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行下面用相量圖分析各組燈上的電壓。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速使燈光明暗頻率很低時(shí)，就可以準(zhǔn)備合閘。UC?UA?UB?UAUBUCUA? UB?UC?△ U△ U△ UUAUBUCUAUBUCUA?UB?UC?△ U△ U△ UDate 69weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行應(yīng)在三組燈全暗時(shí)合閘，此時(shí)開關(guān)兩側(cè)電位差已很小，即發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓差 ?U?0。 下面通過相量圖來分析。 當(dāng)兩頻率越為接近時(shí)，燈光的閃爍便越緩慢根據(jù)燈光的閃爍情況，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)電勢(shì)的頻率，盡可能接近電網(wǎng)的頻率。在不同瞬間兩組相量有不同的位置，各組同步指示燈上所受的電壓將不斷地變化。 Date 67weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行當(dāng)待并車的發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率不同時(shí)，兩邊電壓將有不同的旋轉(zhuǎn)速度，即發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)兩組電壓之間將有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 利用三組同步指示燈來檢驗(yàn)合閘的條件。(4) 波形相同Date 66weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行三、并聯(lián)投入方法 把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)所進(jìn)行的操作過程稱為整步 (并車 )過程，實(shí)際整步方法有兩種即準(zhǔn)整和自整步法。下面分析不滿足這些條件時(shí)，將會(huì)造成怎樣的后果。Date 64weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行第 4條在制造 發(fā)電機(jī)時(shí) 得到保證。4. 發(fā)電機(jī) 的電壓波形應(yīng)與電網(wǎng)電壓波形相同，即均為正弦波形。 2. 發(fā)電機(jī) 電壓的頻率應(yīng)與電網(wǎng)的頻率相等。 解： (1)由相量圖(2)功率的基值取 SN=mUNPINP，電磁功率的標(biāo)么值為 Date 60weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的特性代入數(shù)據(jù)得 為求得 Pmax，令 ，求 PM=Pmax時(shí)的 ?角，即 令 上式變?yōu)镈ate 61weipeiyu 制作 同步發(fā)電機(jī)的特性由于 所以即解之： (舍去 ) 所以(3)過載能力 Date 62weipeiyu 制作 136 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行一、 并聯(lián)運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)可以根據(jù)負(fù)載的變化來調(diào)節(jié)投入運(yùn)行的機(jī)組數(shù)目，提高機(jī)組的運(yùn)行效率 ；便于輪流檢修，提高供電的可靠性，減少發(fā)電機(jī)檢修和事故的備用容量 ；對(duì)于由火力電廠和水力發(fā)電廠聯(lián)合組成的電力系統(tǒng)，并聯(lián)運(yùn)行尚可達(dá)到合理調(diào)度電能，充分利用水能，使發(fā)電成本降低的目的 ；許多發(fā)電廠并聯(lián)在一起時(shí)，形成強(qiáng)大的電網(wǎng)，因此負(fù)載變化對(duì)電壓和頻率的影響就很小，從而提高了供電的質(zhì)量和可靠性。OPM? 90o PmaxPM39?！?基本電磁功率。② Pmax 產(chǎn)生在 ? ＜ 90o 處。 ② 1xqPM = ( － ) sin2 ? 3U221xdPM 是由于 xd ≠xq 而引起的，與 If 是否存在無關(guān)。 = sin? PM39。 2. 凸極式同步發(fā)電機(jī)的功角特性 如果忽略 電樞電阻，則有 PM = P2 = 3UIcos? = 3UIcos (??) = 3UIcos? cos ? ＋ 3UIsin? sin? = 3UIq cos?＋ 3UId sin?由相量圖 xq Iq = Usin ? xd Id = E0－ Ucos ?Date 57weipeiyu 制作 Usin ? xqIq = E0－ Ucos ? xdId =所以 UI ?jxqIEQjxdIdE0jxqIq?NOG?IdIq ?PM = 3UIq cos?＋ 3UId sin? Usin?xq = 3U cos? E0－ Ucos?xd + 3U sin? PM 3UE0xd = sin ? 1