航空电机学第六章
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（1）造成电压、频率扰动，影响用电设备正常工 作，影响保护装置误动作。
（2）类似短路瞬变状态，发电机受损。并网必须
控制相位差。
航空航天器供电系统 @2012
10
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制
自动并联装置检测 Δf、Δu、Δφ，决定并网动作时 刻。当在允许范围时，自动并网。 考虑因素：
U
j2
UJ4
UJ3
(I B2 I B1 )
图6-73 纯无功电流偏差的矢量关系
图6-74 纯有功电流偏差的矢量关系
34
航空航天器供电系统 @2012
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压矢量图
b1 b2 b1 b2
Ub
Ua a1
0
Uc
Ub 0 U U
t t 0
du c dt
t t 0
0
0 2tg 1 (f s )
航空航天器供电系统 @2012
22
6.5 飞机交流电源的并联运行 频差检测
us
2f sm t 0 sm t 0 0
t0 1 t g1 ( f sm ) f sm
-2π -π
uc
航空航天器供电系统 @2012
12
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
电网电压 检测电路 通线圈
自动并网 检测电路
或门电路
触发电路
断线圈
13
航空航天器供电系统 @2012
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
未闭锁
航空航天器供电系统 @2012
14
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
29
6.5 飞机交流电源的并联运行 无功电流均衡典型线路工作原理
交流侧叠加
航空航天器供电系统 @2012
30
6.5 飞机交流电源的并联运行 电流偏差信号的产生
航空航天器供电系统 @2012
31
6.5 飞机交流电源的并联运行 定量计算
I L1 1 I B1 K1
I L2 1 I B2 K1
1 U j1 jX I j1 jX ( I B1 I B 2 ) 2K I
U j2
1 jX ( I B 2 I B1 ) 2K I
K1 K 2 K I
航空航天器供电系统 @2012
33
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压信号综合
使无功起作用，有功电流偏差不起作用。
第六章 恒速恒频交流电源
6.1 概述 6.2 齿轮差动式液压恒速传动装置 6.3 飞机无刷交流发电机 6.4 无刷交流电机电压调节系统 6.5 飞机交流电源的并联运行 6.6 飞机交流电源的控制 6.7 飞机交流电源的故障及其保护
航空航天器供电系统 @2012
1
6.5 飞机交流电源的并联运行
交流发电机并联条件及并网控制
U0 Xd
P
3U P 3u I o'' sin 2X d
'' '' ''
2
0
u '' U o cos 2
2
0
2
Δφ大，则冲击电流大； Δφ=π，冲击电流最大； Δφ=π/2，冲击功率最大。
航空航天器供电系统 @2012
9
6.5 飞机交流电源的并联运行 冲击电流的影响
U b1 U b 2
UB UB
U b2
1 UB K
UB
IB
I B1
I B2
U b2
U b1
I B1 I B2
I B2
I B1
U J1
I B2
I B1
(I B2 I B1)
(I B1 I B2 )
(I B1 I B2 )
du s dt
us uc
-2π
-π
Δφ 0
wt
du c U SM 0 | t t0 sin dt 2 s 0 U SM 0 U SM cos sin 2 2 2
s t u s t t U SM sin 0 2 tt u c ( U SM sin )e 2
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
u s U SM
s t sin 2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
航空航天器供电系统 @2012
航空航天器供电系统 @2012
7
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压相位
I
X d
U01 JF1
X d u
JF2 U02
U01
u
j I X d
jI X d
U 02
图6-59 并联发电机单相等值电路（a）和（b）并联投入矢量图
u U o cos
航空航天器供电系统 @2012
4
6.5 飞机交流电源的并联运行 无静差频率特性
f f01 f02
0
P
图6-55 转速无静差的交流发电系统特性
航空航天器供电系统 @2012
5
6.5 飞机交流电源的并联运行 有静差频率特性
（b）调节有静差 由二者共同确定，牵入同步，有功负载均分有差：频 率调定差和频率负载特性。 f
交流发电机无功功率调节原理及其自动均衡
交流发电机有功功率调节及均衡
航空航天器供电系统 @2012
2
6.5 飞机交流电源的并联运行 交流发电机并联条件及其并网控制
并联条件：五个。
（1）波形：相同，正弦性，谐波，否则会有高频电流。 THD＜5%，波峰系数 1.41±0.10。 （2）相序：一致，对应端相联。电机转向和排线，更换后 按线柱的连接。 （3）频率f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节 电路，△f＜1%。（重点） （4）电压值：有调压器，偏差不会太大。（重点） （5）电压相位：（投入瞬时） 差满足要求。（重点）
c1
a2
a
c
c2
b2
b1
b1
b2
Ub
• • •
Z1 A1 I1 U01 I
Z2 I2 U02 Uc A2
U o1 - I1 Z1 = U o
• •
• • •
•
U o2 - I 2 Z 2 = U o
•
1
JF1
JF2
2
U o1 - U o 2 I1 - I 2 = Z
Z1 Z 2 Z
图 6-58 带调压器的两台交流发电机并联运 行单相等值电路 1、2-调压器。
f01
f
f02
1
f0
2
fc
0
0
P1
P2
P
P
P3
图6-56 转速有静差交流系统特性
图6-57 两台调定频率不同静差也不 同的发电系统并联后有功分配关系
6
航空航天器供电系统 @2012
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压值
有调压器，偏差不会太大。 只要电压有差，即产生电流偏差，电流偏差导致无功负 载有差别。
航空航天器供电系统 @2012
17
6.5 飞机交流电源的并联运行 变压器原副边电压波形
uF U F1 U F2 u 2 sin 1 t 2 sin 2 t Ku Ku Ku
UF 2 2U F 1 2 1 2 u 2 (sin 1 t sin 2 t ) sin t cos t Ku Ku 2 2
I j1
1 1 1 ( I L1 I L 2 ) (I B1 I B2 ) 2 K1 2
I j2
1 1 1 ( I L 2 I L1 ) (I B2 I B1 ) 2 K1 2
航空航天器供电系统 @2012
32
6.5 飞机交流电源的并联运行 信号转换
由均衡互感器转化为电压信号。 JH1、JH2的性质。 副边负载阻抗很大，相当于开路。→磁化电感。 副边电压大小、方向取决于原边电流。
20
6.5 飞机交流电源的并联运行 电容电压波形
us uc
-2π
-π
Δφ 0
wt
• 第一阶段：（-2π- - π) C1充电； • 第二阶段：（-π- -Δφ) C1充电； • 第三阶段：（ -Δφ – 0）C1放电。
航空航天器供电系统 @2012
21
6.5 飞机交流电源的并联运行 电容放电曲线计算
1）冲击电压、电流允许值
2）电压、频率调节器的调节精度 3）控制设备动作时间误差
航空航天器供电系统 @2012
11
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制实现
自动并网控制电路 自动并网控制检测电路工作原理
变压器原副边电压波形
整流滤波后波形 电容C1上电压分析 频差Δf检测 相位差Δφ检测 电压差Δu检测
wt
航空航天器供电系统 @2012
25
6.5 飞机交流电源的并联运行 交流发电机无功调节原理及其自动均衡
交流发电机无功调节原理
无功电流自动均衡的基本方法
无功电流均衡典型线路工作原理
航空航天器供电系统 @2012
26
6.5 飞机交流电源的并联运行 无功调节原理
该电压 分量不变
图 6-69 两台发电机并联运行无功功率调节矢量图 （a）无功有功均分（b）调节无功
机械闭锁
航空航天器供电系统 @2012
15
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
航空航天器供电系统 @2012
16
6.5 飞机交流电源的并联运行 变压器原副边电压波形
u F1 2U F1 sin 1 t
u F2 2U F2 sin 2 t
U 2 (U F1 sin 1t U F 2 sin 2t )
Uo Δφ I = '' sin Xd 2 ''
''
3U o P 3u I sin '' 2X d
'' '' ''
2
2
8
航空航天器供电系统 @2012
6.5 飞机交流电源的并联运行 冲击电流和冲击功率
u I u
U0
U Δφ I '' = o'' sin Xd 2 I
航空航天器供电系统 @2012
3
6.5 飞机交流电源的并联运行 频率
f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节电路 输入功率→T、n→ f → 输出功率 （a）调节无静差 最后频率由大的确定，原低 f 的变为电动（空载）。
∵单向离合器，不能反传功率。“同步电动机空载”பைடு நூலகம்
高 f 承担全部功率，不能正常工作，需要有控制。同 步发电机“自整步作用”。
I
I1
I
0 I 1
I1
I
无功电流偏差调节电压特性曲线
航空航天器供电系统 @2012
28
6.5 飞机交流电源的并联运行 交流发电机无功功率调节及均衡
可见：
（2）为保证U不变，在增加一台发电机励磁时，必 须减小另外一台发电机的励磁。
（1）调节发电机的励磁电流可以改变无功分配状况。
航空航天器供电系统 @2012
us
-2 π
- π
m
0
Udz
wt
us
m
-2 π - π
Udz
U dz m 2 sin U sm
1
0
wt
航空航天器供电系统 @2012
24
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压差Δu检测
2 2 uS (U F1 U F2 ) u Ku Ku
us
Udz - π
-2 π
0
U 2 2U F 1 2 1 2 u 2 F (sin 1 t sin 2 t ) sin t cos t Ku 2 2 航空航天器供电系统K u @2012
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
18
6.5 飞机交流电源的并联运行 整流滤波后波形
航空航天器供电系统 @2012
27
6.5 飞机交流电源的并联运行 无功电流自动均衡的基本方法
•承担无功负载少的发电机增加励磁，承担无功负载 多的发电机减小励磁，保持系统总无功负载不变；
U0 U 01 1
U0 U 01 UC
2
U0 U 01 UC U 02
2
2
U 02
1
1 1
0
u S t 2 2U F 2 sin 1 t USM sin s Ku 2 2
航空航天器供电系统 @2012
18
6.5 飞机交流电源的并联运行 波形
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
Udz
[USM sin(f sm t 1 ) U dz
[U sm sin(f sm t 0 )]e
t1 t0
1 1 U dz t1 sin f sm U sm
Δφ
0
wt
us
U dz
uc
Udz
-2π -π
Δφ 0
wt
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6.5 飞机交流电源的并联运行 相位差Δφ检测
（2）类似短路瞬变状态，发电机受损。并网必须
控制相位差。
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10
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制
自动并联装置检测 Δf、Δu、Δφ，决定并网动作时 刻。当在允许范围时，自动并网。 考虑因素：
U
j2
UJ4
UJ3
(I B2 I B1 )
图6-73 纯无功电流偏差的矢量关系
图6-74 纯有功电流偏差的矢量关系
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航空航天器供电系统 @2012
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压矢量图
b1 b2 b1 b2
Ub
Ua a1
0
Uc
Ub 0 U U
t t 0
du c dt
t t 0
0
0 2tg 1 (f s )
航空航天器供电系统 @2012
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6.5 飞机交流电源的并联运行 频差检测
us
2f sm t 0 sm t 0 0
t0 1 t g1 ( f sm ) f sm
-2π -π
uc
航空航天器供电系统 @2012
12
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
电网电压 检测电路 通线圈
自动并网 检测电路
或门电路
触发电路
断线圈
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6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
未闭锁
航空航天器供电系统 @2012
14
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
29
6.5 飞机交流电源的并联运行 无功电流均衡典型线路工作原理
交流侧叠加
航空航天器供电系统 @2012
30
6.5 飞机交流电源的并联运行 电流偏差信号的产生
航空航天器供电系统 @2012
31
6.5 飞机交流电源的并联运行 定量计算
I L1 1 I B1 K1
I L2 1 I B2 K1
1 U j1 jX I j1 jX ( I B1 I B 2 ) 2K I
U j2
1 jX ( I B 2 I B1 ) 2K I
K1 K 2 K I
航空航天器供电系统 @2012
33
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压信号综合
使无功起作用，有功电流偏差不起作用。
第六章 恒速恒频交流电源
6.1 概述 6.2 齿轮差动式液压恒速传动装置 6.3 飞机无刷交流发电机 6.4 无刷交流电机电压调节系统 6.5 飞机交流电源的并联运行 6.6 飞机交流电源的控制 6.7 飞机交流电源的故障及其保护
航空航天器供电系统 @2012
1
6.5 飞机交流电源的并联运行
交流发电机并联条件及并网控制
U0 Xd
P
3U P 3u I o'' sin 2X d
'' '' ''
2
0
u '' U o cos 2
2
0
2
Δφ大，则冲击电流大； Δφ=π，冲击电流最大； Δφ=π/2，冲击功率最大。
航空航天器供电系统 @2012
9
6.5 飞机交流电源的并联运行 冲击电流的影响
U b1 U b 2
UB UB
U b2
1 UB K
UB
IB
I B1
I B2
U b2
U b1
I B1 I B2
I B2
I B1
U J1
I B2
I B1
(I B2 I B1)
(I B1 I B2 )
(I B1 I B2 )
du s dt
us uc
-2π
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Δφ 0
wt
du c U SM 0 | t t0 sin dt 2 s 0 U SM 0 U SM cos sin 2 2 2
s t u s t t U SM sin 0 2 tt u c ( U SM sin )e 2
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
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2000
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u s U SM
s t sin 2
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7
6.5 飞机交流电源的并联运行 电压相位
I
X d
U01 JF1
X d u
JF2 U02
U01
u
j I X d
jI X d
U 02
图6-59 并联发电机单相等值电路（a）和（b）并联投入矢量图
u U o cos
航空航天器供电系统 @2012
4
6.5 飞机交流电源的并联运行 无静差频率特性
f f01 f02
0
P
图6-55 转速无静差的交流发电系统特性
航空航天器供电系统 @2012
5
6.5 飞机交流电源的并联运行 有静差频率特性
（b）调节有静差 由二者共同确定，牵入同步，有功负载均分有差：频 率调定差和频率负载特性。 f
交流发电机无功功率调节原理及其自动均衡
交流发电机有功功率调节及均衡
航空航天器供电系统 @2012
2
6.5 飞机交流电源的并联运行 交流发电机并联条件及其并网控制
并联条件：五个。
（1）波形：相同，正弦性，谐波，否则会有高频电流。 THD＜5%，波峰系数 1.41±0.10。 （2）相序：一致，对应端相联。电机转向和排线，更换后 按线柱的连接。 （3）频率f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节 电路，△f＜1%。（重点） （4）电压值：有调压器，偏差不会太大。（重点） （5）电压相位：（投入瞬时） 差满足要求。（重点）
c1
a2
a
c
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b1
b1
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• • •
Z1 A1 I1 U01 I
Z2 I2 U02 Uc A2
U o1 - I1 Z1 = U o
• •
• • •
•
U o2 - I 2 Z 2 = U o
•
1
JF1
JF2
2
U o1 - U o 2 I1 - I 2 = Z
Z1 Z 2 Z
图 6-58 带调压器的两台交流发电机并联运 行单相等值电路 1、2-调压器。
f01
f
f02
1
f0
2
fc
0
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P1
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P
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图6-56 转速有静差交流系统特性
图6-57 两台调定频率不同静差也不 同的发电系统并联后有功分配关系
6
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6.5 飞机交流电源的并联运行 电压值
有调压器，偏差不会太大。 只要电压有差，即产生电流偏差，电流偏差导致无功负 载有差别。
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6.5 飞机交流电源的并联运行 变压器原副边电压波形
uF U F1 U F2 u 2 sin 1 t 2 sin 2 t Ku Ku Ku
UF 2 2U F 1 2 1 2 u 2 (sin 1 t sin 2 t ) sin t cos t Ku Ku 2 2
I j1
1 1 1 ( I L1 I L 2 ) (I B1 I B2 ) 2 K1 2
I j2
1 1 1 ( I L 2 I L1 ) (I B2 I B1 ) 2 K1 2
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32
6.5 飞机交流电源的并联运行 信号转换
由均衡互感器转化为电压信号。 JH1、JH2的性质。 副边负载阻抗很大，相当于开路。→磁化电感。 副边电压大小、方向取决于原边电流。
20
6.5 飞机交流电源的并联运行 电容电压波形
us uc
-2π
-π
Δφ 0
wt
• 第一阶段：（-2π- - π) C1充电； • 第二阶段：（-π- -Δφ) C1充电； • 第三阶段：（ -Δφ – 0）C1放电。
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21
6.5 飞机交流电源的并联运行 电容放电曲线计算
1）冲击电压、电流允许值
2）电压、频率调节器的调节精度 3）控制设备动作时间误差
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11
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制实现
自动并网控制电路 自动并网控制检测电路工作原理
变压器原副边电压波形
整流滤波后波形 电容C1上电压分析 频差Δf检测 相位差Δφ检测 电压差Δu检测
wt
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25
6.5 飞机交流电源的并联运行 交流发电机无功调节原理及其自动均衡
交流发电机无功调节原理
无功电流自动均衡的基本方法
无功电流均衡典型线路工作原理
航空航天器供电系统 @2012
26
6.5 飞机交流电源的并联运行 无功调节原理
该电压 分量不变
图 6-69 两台发电机并联运行无功功率调节矢量图 （a）无功有功均分（b）调节无功
机械闭锁
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15
6.5 飞机交流电源的并联运行 自动并网控制电路
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6.5 飞机交流电源的并联运行 变压器原副边电压波形
u F1 2U F1 sin 1 t
u F2 2U F2 sin 2 t
U 2 (U F1 sin 1t U F 2 sin 2t )
Uo Δφ I = '' sin Xd 2 ''
''
3U o P 3u I sin '' 2X d
'' '' ''
2
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6.5 飞机交流电源的并联运行 冲击电流和冲击功率
u I u
U0
U Δφ I '' = o'' sin Xd 2 I
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3
6.5 飞机交流电源的并联运行 频率
f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节电路 输入功率→T、n→ f → 输出功率 （a）调节无静差 最后频率由大的确定，原低 f 的变为电动（空载）。
∵单向离合器，不能反传功率。“同步电动机空载”பைடு நூலகம்
高 f 承担全部功率，不能正常工作，需要有控制。同 步发电机“自整步作用”。
I
I1
I
0 I 1
I1
I
无功电流偏差调节电压特性曲线
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28
6.5 飞机交流电源的并联运行 交流发电机无功功率调节及均衡
可见：
（2）为保证U不变，在增加一台发电机励磁时，必 须减小另外一台发电机的励磁。
（1）调节发电机的励磁电流可以改变无功分配状况。
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us
-2 π
- π
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Udz
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-2 π - π
Udz
U dz m 2 sin U sm
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6.5 飞机交流电源的并联运行 电压差Δu检测
2 2 uS (U F1 U F2 ) u Ku Ku
us
Udz - π
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U 2 2U F 1 2 1 2 u 2 F (sin 1 t sin 2 t ) sin t cos t Ku 2 2 航空航天器供电系统K u @2012
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
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6.5 飞机交流电源的并联运行 整流滤波后波形
航空航天器供电系统 @2012
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6.5 飞机交流电源的并联运行 无功电流自动均衡的基本方法
•承担无功负载少的发电机增加励磁，承担无功负载 多的发电机减小励磁，保持系统总无功负载不变；
U0 U 01 1
U0 U 01 UC
2
U0 U 01 UC U 02
2
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U 02
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u S t 2 2U F 2 sin 1 t USM sin s Ku 2 2
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6.5 飞机交流电源的并联运行 波形
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
Udz
[USM sin(f sm t 1 ) U dz
[U sm sin(f sm t 0 )]e
t1 t0
1 1 U dz t1 sin f sm U sm
Δφ
0
wt
us
U dz
uc
Udz
-2π -π
Δφ 0
wt
航空航天器供电系统 @2012
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6.5 飞机交流电源的并联运行 相位差Δφ检测