电机学 第15章 同步发电机并联运行理论(2)

第二项在隐极机中不存在，与端电压 U 及交直轴磁
阻的差异 X d X q 有关，称作凸极电磁功率。
凸极同步发电机的 PM 功角特性：
PM
m UE0 Xd
sin
mU 2 X d X q sin2
2Xd Xq
U2 m(
1
1
)sin 2
0
2 Xq Xd
• •
900
m E0U sin
Xd
1800
由于凸极机的电磁功率有两个正弦函数叠加
第三节 同步电机并网运行的理论基础
一、空载运行 同步发电机的理想并网条件:
发电机的端电压大小、频率以及相位与电网完全 相同，同步发电机定子绕组完全没有电流。
E&0 U&
v Ff 1
v B
E0 U , I 0
1．同步发电机空载运行时的功率及转矩
原动机只供给损耗功率
P1 pm pFe P0
2 n
60
T1 T0
原动机的拖动转矩 T1 等于空载转矩 T0 ，发电机不 向电网输出有功功率。
空载时改变发电机的励磁电流
增加励磁
E&0 jI&XC
U&
减少励磁
jI&XC U&
E&0
v Ff 1
v F
v B
v Fa
I&
E0 U , 900
P＝0，发出感性无功
v F
v Ff 1
v
I&Fva
B
E0 U , 900
二、负载运行
并联到电网上的发电机，能够调节的物理量： 励磁电流和原动机输出转矩。
速先的频。气首隙率调先 旋也节出 转不原动会现 磁机的 密变的是，Bv输转所。出以子由转气位于矩置隙电（磁T网1密以频TBv率0Fv，f 1不维为引会持起标改恒转志变定子），的领加E& 同步速度。
T1
代表转子位置的空间向量 增大瞬间，转子加速使得
则 PM P2 mUIcos
E&0
Q E0sin IX ccos
Icos E0sin
Xc
PM
P2
m UE0 Xc
sin
jI&X c
U&
I&
PM
P2
m UE0 Xc
sin
θ’ :气隙电势和空载电动势之间的角度 合成磁动势偏离励磁磁动势的角度
合成磁极中心线偏离转子磁极中心线的角度
功率角θ ：端电压和空载电动势之间的角度 等效合成磁动势偏离励磁磁动势的角度
会不同。
E&0
E&0
jI&X C
E&0 jI&XC
jI&X C
U&
I&
I&
• 0
U&
jX C
• I& 0
E&0
E&0
jI&X C
E&0 jI&X C
jI&X C
U&
I&
• 0
U&
jX C
I&
• I& 0
当励磁电流if =常数时，调节发电机输出的有功功 率，发电机的无功功率也会改变，输出有功功率 增大时，输出落后性无功功率会减小。
PM T
PM P2 Pcu mUI cos mI 2R
U cos IR E0 cos
PM P2 Pcu mE0I cos E&0
经过电磁感应作用，把机械功 率转化成电功率。
jI&X c
I&r U&
I&
第四节 有功功率的调节和静态稳定
一、同步发电机的功角特性
1.隐极发电机：若忽略电阻 r ，
三、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定
1．发电机的稳定问题
同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热 的限制，而且受到运行稳定性的限制。
稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力 系统，在正常负载调配和不正常事故中，这些电机 或电厂是否还能保持同步运行的问题。
稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。
（1）静态稳定：发电机在某一稳定运行状态，如果 在电网或原动机方面，突然发生一些微小干扰，在此 小干扰去掉后，发电机若能恢复到原来的稳定运行状 态，即认为该发电机是稳定的。
2. 转矩平衡和功率平衡
电磁转矩的出现，同步发电机转矩平衡式变为：
T1 T T0
功率平衡式：
T1 T T0 P1 PM p0
p0
pcu
P1
P1 T1
PM
PM T
P2 P1 p0 pcu
P2
P2 mUIc os
P1 —输入功率
PM —电磁功率
P2 —输出功率
电磁功率PM
而成，其最大电磁功率发生在 角小于 900电角度
的位置。若 i f 1 i f 2 则，PM1 PM 2 。
二、 调节有功功率时发电机输出无功功率 的变化
发电机励磁电流 i f = 常
数时，励磁电势 E0 = 常数，
调节发电机输出有功功率时，
因 角的不同，使得不仅输出
的不有同功，功而率且输出PM的无m U功XEc功0 si率n也
等效合成磁极中心线偏离转子磁极中心线的角度
功角特性：
PM
P2
m UE0 Xc
sin
（1）保持励磁电流 if
不变时，PM 值与 角
按正弦曲线变化。
PM
90, PM max
m UE0 Xc
if 1
请比较 if1和 if2 的大小
1
（2） PM 一定时，改变励磁 PM
电流 i f ，若 i f 1 i f 2 则
1 2
0
2
••
••
1 2
if 2
900
1800
2. 凸极式发电机 当忽略电枢电阻时，凸极式电 E&0
磁功率亦等于输出功率。
PM P2 mUIcos mUI cos( ) mUI cos cos mUI sin sin
mUIq cos mUId sin
jI&d xd
jI&q xq
P＝0，吸收感性无功 超前的无功电流
滞后的无功电流
E&0 U& jI&X c
I& E&0 U& jX c
除了 I 0 ，还包括有功功率或有功电流为零的状态。 结论：
原动机输出转矩不变时，改变发电机的励磁
电流只能使电枢绕助产生落后或领先的纯无功电 流，发电机不输出有功功率。
② 原如果在合闸前，发电机空载电压与电网电 压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机还 会有无功电流，即向电网发出无功功率。
U&
Iq X q U sin Id X d E0 U cos
I&q
PM
m UE0 Xd
sin
mU 2
Xd Xq 2Xd Xq
sin2
电磁转矩:
Pem
ห้องสมุดไป่ตู้
m UE0 Xd
sin
mU 2
Xd Xq 2Xd Xq
sin2
第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起
的，与励磁电势 E0 成正比，称为励磁电磁功率。
FvFvff11在领先空载Bv时一与个Bv角 度同相位 ；
1．同步发电机的电磁转矩 T
A
v B
v Ff 1
v B
v Ff 1
B q B sin
A
v B r Ff 1
+A
v B q
Sf
S
N
Nf .
v B d
f B ql i B sin l N f I f
制动力矩
T f r 2 p B sin l N f I f r 2 p C sin