《电机技术应用》课件 4.2.5 同步发电机并列运行时无功功率的调节.pptx

同步发电机并列运行时无功功率的调节

同步电机

接在电网上运行的负载类型很多，多数负载除了消耗有功功率外，还要消耗电感性无功功率，如接在电网上运行的异步电机、变压器、电抗器等，电网的总无功功率由电网中全部发电机共同负担。

并列在无穷大容量电力系统上的发电机，若只向电力系统输送有功功率，而不能满足电力系统对无功功率的要求时，就会导致电力系统电压的降低。因此并列后的发电机，不仅要输送有功功率，还应输送无功功率，同步发电机输出无功功率的性质和大小就是通过改变励磁电流I来实现。

为了分析的方便做了几点假定：①忽略电枢电阻；②利用隐极同步发电机分析，结论适用于凸极同步发电机；③无功调节的同时输出有功功率不变。

调节原因

若增大励磁电流(IIo),则E₀U,由于电网电压不变，

发电机必然输出一个滞后的无功电流(感性),它产生去磁

的电枢磁动势Fa,以维持气隙合成磁动势F₈不变(F₈=F+Fa),如图(b),这时励磁电流称为过励的励磁电流，如图所

示。

U

E。

=F。

(a)

E。jxi

U

FFai

(b)

空载时电枢电流和电枢磁动势为零，E₀=U,F=Fg,这时的励磁电流称为“正常”励磁电流I,如图(a)所示。

空载运行

F

若减小励磁电流(IIro),则E,U,发电机输出一个超前的无功电流(容性),它产生助磁的电枢磁动势Fa,以维持气隙合成磁动势F₈不变(F₈=F+Fa);这时励磁电流称为欠激的励磁电流，如图(c)所示。

结论：当发电机的励磁电流变化时，发电机向电网发出的无功功率也将发生变化，过励时发出感性的无功功率，欠励时发出容性的无功功率。

空载运行

U

F₈

Fa

根据上式，在恒定的有功功率下调节励磁电流

时，E₀的轨迹在ab线上，I的轨迹在cd线上。

调节无功功率时，不改变原动机的输入，

有功功率将保持不变，由功率表达式可得：

负载运行

欠励

C

a

E₀

(1)正常励磁(I=Io),I与U同相，φ=0,

cosφ=1,Q₂=0,发电机不输出无功功率。

(2)欠励磁(I₄I₀),I超前U,发电机输

出电容性无功功率。

(3)过励磁(IIn),I滞后U,发电机输

出电感性无功功率。

说明：电网电压不变，气隙合成磁动势不变，由于过励时主极磁动势增大，为保持气隙合成磁动势不变，电枢反应的去磁分量必然要增大，即φ角增大，电流

过励

欠励C

负载运行

变成滞后。

结论：发电机与无穷大电网并联时，调节励磁电流的大小，就可以改变发电机输出的无功功率，不仅能改变无功功率的大小，而且能改变无功功率的性质。

过励时，电枢电流滞后，发电机输出感性无功功率；

欠励时，电枢电流超前，发电机输出容性无功功率。

负载运行

欠励

C

a

E₀

并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流I和励磁电流I的关系曲线I=f(I)称为“U”形曲线。对于一个给定的有功功率输出就有一条U形曲线，有功功率越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇“U”形曲线，特点如下：

1.每条曲线的最低点，cosφ=1,定子电流最小，且全为有功电流。这些点的连线向右倾斜，表明要输出纯有功功率，必须相应增加励磁电流。

以cosφ=1为基准的曲线右方，发电机处于过励运行状态，功率因数是滞后的，发电机向电网输出感性的无功功率。

U形曲线

超前

欠励

正常励磁

不稳定区

If

o

以cosφ=1为基准的曲线左方，发电机处于欠励运行状态，功率因数是超前的，发电机向电网输出容性的无功功率。

(2)不稳定区域边缘δ=90°,连线向右倾斜，表明输出有功功率越多，维持稳定所需的励磁电流也越大。

(3)每条曲线上的电流变化量△I为无功分量。

(4)励磁电流从零开始增大时，定子电枢电流变化规律为先减小后增大。

U形曲线

正常励磁

滞后

过励

If

Pw=PM2

PM=PM1

1、某工厂电力设备所消耗的总功率为2400kW,cosφw=0.8(滞后),今欲添置功率为400kW,

cosφw=0.8(滞后)的感应电动机和400kW,cosφu=0.8(超前)的同步电动机可供选用，试问这两种情况下，工厂的总视在功率和功率因数各为多少(电动机的损耗不计)?

解：工厂原来所耗功率为：有功功率P=2400kW

由于cosφ=0.8(滞后),故sinφ=0.6

于是，无功功率为：

Q=Ssinφ=3000×0.6kvar=1800kvar