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文檔簡介
1、第十三章第十三章 同步發(fā)電機在大電網上運行同步發(fā)電機在大電網上運行13.1 13.1 同步發(fā)電機的并聯運行同步發(fā)電機的并聯運行13.2 13.2 隱極同步發(fā)電機的功角特性隱極同步發(fā)電機的功角特性13.3 13.3 凸極同步發(fā)電機的功角特性凸極同步發(fā)電機的功角特性13.4 13.4 同步發(fā)電機的有功功率調節(jié)同步發(fā)電機的有功功率調節(jié)13.5 13.5 無功功率的調節(jié)和無功功率的調節(jié)和V V形曲線形曲線13.6 13.6 同步電動機與同步補償機同步電動機與同步補償機13.1 13.1 同步發(fā)電機的并聯運行同步發(fā)電機的并聯運行并聯運行的優(yōu)點:并聯運行的優(yōu)點:提高提高電網質量電網質量:U=const、f
2、=const,無窮大電網無窮大電網或或無窮大匯流排無窮大匯流排減少電網減少電網儲備容量儲備容量,在電網內統一調度發(fā)電容量,在電網內統一調度發(fā)電容量可根據負荷變化改變并網發(fā)電機臺數,提高發(fā)電廠可根據負荷變化改變并網發(fā)電機臺數,提高發(fā)電廠運行經濟性運行經濟性可以提高電廠建設的效益,根據工農業(yè)的發(fā)展增加可以提高電廠建設的效益,根據工農業(yè)的發(fā)展增加發(fā)電機臺數發(fā)電機臺數提高提高用電可靠性用電可靠性:單機運行方式、大容量負載、故:單機運行方式、大容量負載、故障檢修等情況對電網影響小障檢修等情況對電網影響小相同的相序相同的相序相等的電壓相等的電壓 相等(或相近)的頻率相等(或相近)的頻率相位相同相位相同一、
3、并聯運行的條件一、并聯運行的條件條件不滿足時產生的后果:條件不滿足時產生的后果:電機和電網之間有環(huán)流,危害電機安全運行電機和電網之間有環(huán)流,危害電機安全運行產生拍振電流和電壓,引起電機內功率振蕩產生拍振電流和電壓,引起電機內功率振蕩電機和電網之間有高次諧波環(huán)流,增加損耗,溫度升電機和電網之間有高次諧波環(huán)流,增加損耗,溫度升高,效率降低高,效率降低二、并聯運行的方法二、并聯運行的方法為了投入并聯所進行的調節(jié)和操作過程,稱為為了投入并聯所進行的調節(jié)和操作過程,稱為整步過程整步過程整步方法:整步方法:準確整步法準確整步法和和自整步法自整步法v準確整步法:準確整步法:直接接法直接接法(燈光暗黑法燈光暗
4、黑法)KA1B1C1A2B2C2123電網,f1發(fā)電機,f2231A1A2B1B2C1C2直接接法步驟:直接接法步驟:1、接線:接線:雙方對應相通過指示燈相接雙方對應相通過指示燈相接2、當三組燈同時明暗時,說明雙方、當三組燈同時明暗時,說明雙方相序相序相同相同 若相序不同,現象為燈光旋轉法,任意對調兩相若相序不同,現象為燈光旋轉法,任意對調兩相3、調節(jié)、調節(jié)If,使雙方,使雙方電壓電壓相等相等4、燈光閃爍頻率越慢,雙方、燈光閃爍頻率越慢,雙方頻率頻率越接近越接近 若閃爍較快,可調節(jié)原動機的轉速使雙方頻率相近若閃爍較快,可調節(jié)原動機的轉速使雙方頻率相近5、當閃爍極其緩慢,在燈光變暗時、當閃爍極其
5、緩慢,在燈光變暗時(同同相位相位)合閘,合閘, 并車完成并車完成直接接法實驗現象直接接法實驗現象交叉接法交叉接法(燈光旋轉法燈光旋轉法)KA1B1C1A2B2C2123電網,f1發(fā)電機,f2231A1A2B1B2C1C2A1B1C1A2B2C2最佳合閘時刻A2A2A2A2A2A1B1C1A1B1C1A1B1C1A1B1C1A1B1C1B2B2B2B2B2C2C2C2C2C21111112222223333331組燈滅2組燈滅3組燈滅3組燈最亮1組燈最亮2組燈最亮設f2f1,按相對運動令電網發(fā)電機=交叉接法步驟:交叉接法步驟:1、接線接線:任意對調其中兩相后通過指示燈相接:任意對調其中兩相后通過
6、指示燈相接2、當三組燈明亮發(fā)生旋轉時,說明雙方、當三組燈明亮發(fā)生旋轉時,說明雙方相序相序相同相同 若相序不同,現象為燈光熄滅法,任意對調兩相若相序不同,現象為燈光熄滅法,任意對調兩相3、調節(jié)、調節(jié)If,使雙方,使雙方電壓電壓相等相等4、燈光旋轉速度越慢,雙方、燈光旋轉速度越慢,雙方頻率頻率越接近越接近 若旋轉較快,可調節(jié)原動機的轉速使雙方頻率相近若旋轉較快,可調節(jié)原動機的轉速使雙方頻率相近5、當旋轉極其緩慢,在直接相燈光變暗時、當旋轉極其緩慢,在直接相燈光變暗時(同同相位相位)合閘合閘 并車完成并車完成優(yōu)點:此法可看出電機頻率比電網高還是低優(yōu)點:此法可看出電機頻率比電網高還是低交叉接法實驗現象
7、交叉接法實驗現象準確整步法的準確整步法的優(yōu)點優(yōu)點:投入瞬間電網和電機沒有沖擊:投入瞬間電網和電機沒有沖擊缺點缺點:整步過程比較復雜費時:整步過程比較復雜費時v自整步法:自整步法:原動機帶至原動機帶至nn1不加不加If下電樞接入電網(此時勵磁繞組通過下電樞接入電網(此時勵磁繞組通過電阻短接)電阻短接)加加If,使發(fā)電機的轉子牽入同步,使發(fā)電機的轉子牽入同步步驟:步驟:優(yōu)點:優(yōu)點:簡單、迅速簡單、迅速缺點:缺點:合閘時沖擊電流大合閘時沖擊電流大空載運行、功率調節(jié)課時小結課時小結1、同步發(fā)電機并聯運行的優(yōu)點和、同步發(fā)電機并聯運行的優(yōu)點和條件條件?(重點重點)2、同步發(fā)電機準確整步的直接接法和交叉接法
8、的、同步發(fā)電機準確整步的直接接法和交叉接法的接線圖、并聯步驟、合閘時刻接線圖、并聯步驟、合閘時刻?(重點重點)3、準確整步法和自整步法的優(yōu)缺點分別是什么?、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)電機剛并網時刻處于空載運行情、注意:同步發(fā)電機剛并網時刻處于空載運行情況,需進行功率調節(jié)!況,需進行功率調節(jié)!13.2 13.2 隱極同步發(fā)電機的功角特性隱極同步發(fā)電機的功角特性同步同步 發(fā)電機功率流程如下圖:發(fā)電機功率流程如下圖:acuaMadFemecMrmIPPPpPPPPPP22011)(P1n1PMpm+pFe+pP2pCuaP1PMP2pmpFe+ppCua同步發(fā)電機同步發(fā)
9、電機一、功率表達式一、功率表達式由相量圖可知(以下為每相值):由相量圖可知(以下為每相值):IEIErIUIPIUUIPaM0022coscoscos由等效電路可知:由等效電路可知:sZUEI0以以 為參考軸,則有:為參考軸,則有:U)(2(0100sassxrtgzZEEuUsin)sin(ZUEsin)sin(ZUEP PPI)2()2(200202M20ssMssssZEPZUZUZEI得:、代入將則有:三相總功率)每相值,的影響,則:若忽略(sin)(sinsinZ 0sin0 02max02sMsMssaxUEmPPPxUEPPjxr二、功角特性:二、功角特性:PM=f(),P2=f
10、()電動機電動機P0、0 、0正弦函數正弦函數幅值:幅值:sxUEP0max三、轉矩特性三、轉矩特性sin011sMxUEpPT過載能力:過載能力:最大輸出功率最大輸出功率 Pmax 與額定功率與額定功率 PN 之比之比NNssNMxUExUEPPksin1sin00max由相量圖可見:由相量圖可見:X Xs s功角功角 k kM M、k kk k=C=Co o/X/Xs s-電磁轉矩特性電磁轉矩特性四、考慮四、考慮ra后的功角特性后的功角特性發(fā)電機情況發(fā)電機情況下的原點下的原點電動機情況電動機情況下的原點下的原點結論:結論:存在存在ra Pmax|pmax0 發(fā)電機;發(fā)電機; p0)后后,產
11、生電磁功率,產生電磁功率: P1-p0=PM空載時:空載時:PM=0=0,即,即F與與Ff重合重合負載時:負載時:調節(jié)原動機調節(jié)原動機P1T1T0轉子加速轉子加速nFf超前超前F PM 輸出有功輸出有功P2增加增加 當當到到PM=P1-p0時,時,T1=TM+T0則不再加速則不再加速v物理現象:物理現象:利用功角利用功角解釋解釋空間:空間:F與與Ff夾角夾角時間:時間:U與與E0相位角相位角P1n1PMpm+pFe+pP2pCuaP1PMP2pmpFe+ppCua同步發(fā)電機功率流程圖同步發(fā)電機功率流程圖P0=注:經過幾次振蕩后,電機處于新的平衡狀態(tài)注:經過幾次振蕩后,電機處于新的平衡狀態(tài)二、靜
12、態(tài)穩(wěn)定的概念二、靜態(tài)穩(wěn)定的概念v定義:定義:電機在運行時,受到外界的電機在運行時,受到外界的干擾干擾,從而導致運行,從而導致運行偏離偏離原先的運行點,而當原先的運行點,而當干擾撤去干擾撤去后后,電機又能電機又能自行自行回到原先的點回到原先的點繼續(xù)工作,就叫做電機的靜態(tài)穩(wěn)定。繼續(xù)工作,就叫做電機的靜態(tài)穩(wěn)定。v分析:分析:如圖如圖a點為穩(wěn)定點,點為穩(wěn)定點,d點為不穩(wěn)定點點為不穩(wěn)定點PM制動P1 驅動abcdPssPMv靜態(tài)穩(wěn)定條件靜態(tài)穩(wěn)定條件穩(wěn)定度。表示發(fā)電機運行的穩(wěn)定比整功率:(曲線上升部分)條件:ssxUEddPddPsMssMP cosP 0 0結論:結論:當當=0Pss最大最大空載最穩(wěn)定空
13、載最穩(wěn)定當當=/2Pss=0穩(wěn)定能力不存在穩(wěn)定能力不存在當當 /2 Pss0失去穩(wěn)定失去穩(wěn)定v穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)發(fā)電機:發(fā)電機:(隱極機)(隱極機)0/2 為穩(wěn)定區(qū),為穩(wěn)定區(qū),/2 為不穩(wěn)定區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)電動機:電動機:(隱極機)(隱極機) -/2 0為穩(wěn)定區(qū),為穩(wěn)定區(qū),- -/2為不穩(wěn)定區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)v不穩(wěn)定產生的后果不穩(wěn)定產生的后果1、產生很大的沖擊電流、產生很大的沖擊電流2、轉子超速、轉子超速解決措施:快速勵磁裝置解決措施:快速勵磁裝置二、動態(tài)穩(wěn)定的概念二、動態(tài)穩(wěn)定的概念v定義:定義:當并網的發(fā)電機發(fā)生負載突變、突然短路、當并網的發(fā)電機發(fā)生負載突變、突然短路、電壓突變或發(fā)電機失
14、磁等電壓突變或發(fā)電機失磁等非常運行非常運行時,發(fā)電機能時,發(fā)電機能繼續(xù)繼續(xù)保持同步運行保持同步運行,則稱之為動態(tài)穩(wěn)定。,則稱之為動態(tài)穩(wěn)定。v分析分析:右圖為電網電壓下降情況右圖為電網電壓下降情況U1U2U30、Q=0 Ia為最小值為最小值 2)過勵(增加勵磁電流):)過勵(增加勵磁電流):E0 cos0、Q0 If穩(wěn)定穩(wěn)定受受Ia和和If的限制的限制3)欠勵)欠勵(減小勵磁電流減小勵磁電流):E0 (相對正常勵磁相對正常勵磁) cos0、QIf1,過勵狀態(tài),過勵狀態(tài)If0空載空載p1=0電動機電動機p10減少減少P1轉軸上帶負載轉軸上帶負載過勵狀態(tài)過勵狀態(tài)欠勵狀態(tài)欠勵狀態(tài)I為電機流向電網的電流
15、,為電機流向電網的電流,ID為電網流向電機的電流為電網流向電機的電流I的有功分量與的有功分量與U反相,電機從電網吸收有功功率(電動機)反相,電機從電網吸收有功功率(電動機)E0滯后滯后U,位移角,位移角0,即:,即:氣隙磁場超前轉子磁場氣隙磁場超前轉子磁場共同點:共同點:Id直軸去磁電樞反應直軸去磁電樞反應 過勵過勵Id直軸助磁電樞反應直軸助磁電樞反應 欠勵欠勵電動機有超前的功率因數電動機有超前的功率因數電動機有滯后的功率因數電動機有滯后的功率因數過勵狀態(tài)過勵狀態(tài)欠勵狀態(tài)欠勵狀態(tài)區(qū)別:區(qū)別:幾點討論:幾點討論:調節(jié)同步電動機的調節(jié)同步電動機的If ,可以,可以改變輸入電流的功率因改變輸入電流的
16、功率因數數,從滯后,從滯后等于等于1超前超前與異步電動機的區(qū)別:異步電機沒有直流勵磁,它與異步電動機的區(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,故所需的勵磁均由交流電供給,故異步電動機的功率因異步電動機的功率因數總是滯后數總是滯后的。的。同步電動機的優(yōu)點:功率因數可以調節(jié),把過勵的同步電動機的優(yōu)點:功率因數可以調節(jié),把過勵的同步電動機接在電網上,可以改善電網的功率因數。同步電動機接在電網上,可以改善電網的功率因數。二、同步電動機的起動二、同步電動機的起動結論:同步機僅在同步運行時才能產生恒定的電磁轉矩。結論:同步機僅在同步運行時才能產生恒定的電磁轉矩。若同步電動機直接起動,則產生
17、如下現象:若同步電動機直接起動,則產生如下現象:同步電動機的轉矩:同步電動機的轉矩:異步轉矩:異步轉矩:當空氣隙磁場與轉子間存在相對運動時當空氣隙磁場與轉子間存在相對運動時產生的電磁轉矩(只存在于過渡過程,正常運行時,產生的電磁轉矩(只存在于過渡過程,正常運行時,s=0,不產生異步轉矩),不產生異步轉矩)同步轉矩:同步轉矩:由直流勵磁的轉子磁場與定子磁場相互由直流勵磁的轉子磁場與定子磁場相互作用產生的電磁轉矩(大小與作用產生的電磁轉矩(大小與sin成正比)成正比)磁阻轉矩磁阻轉矩(凸極極):由于(凸極極):由于xqxd而產生的轉矩而產生的轉矩vmaxvv2TT 450T 9002sin2)(時
18、,當時,、當qdqdvxxxxUpT異步啟動法異步啟動法在磁極表面上裝阻尼繞組在磁極表面上裝阻尼繞組(起動繞組起動繞組)步驟:步驟:轉子勵磁繞組通過電阻閉合轉子勵磁繞組通過電阻閉合加加U1產生旋轉磁場產生旋轉磁場Fa阻尼繞組中感阻尼繞組中感應電流應電流與與Fa相互作用產生轉矩相互作用產生轉矩n nn1,加,加If產生轉子磁場產生轉子磁場Ff依靠依靠Fa與與Ff間相互吸間相互吸引力,牽入同步速引力,牽入同步速調節(jié)調節(jié)If得到合適的得到合適的Ia和和cos阻尼繞組阻尼繞組異異 步步起起 動動牽牽 入入同同 步步調節(jié)勵磁調節(jié)勵磁完成起動完成起動注意事項:注意事項:起動繞組電阻越大,起動轉矩起動繞組電阻越大,起動轉矩Tst越大,但是牽入越大,但是牽入轉矩轉矩Tpi卻越小,不利于牽入同步。卻越小,不利于牽入同步。異步起動階段,勵磁繞組不允許開路,否則會感異步起動階段,勵磁繞組不允許開路,否則會感應高壓;也不允許直流短路,否則會產生應高壓;也不允許直流短路,否則會產生“單軸轉單軸轉矩矩Tc,半同步膠住。,半同步膠住。其他起動方法:其他起動方法: 1、輔助電動機起動法、輔助電動機起動法2、變頻起動法、變頻起動法同
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