无功功率与有功功率均衡

1、第六节 无功功率与有功功率均衡飞机上均是同容量的几台发电机并联，电网的容量不能视为无穷大，当调节一台发电机的无功功率或有功功率时，将会引起电网的电压和频率变化。例如，当一台发电机输出的有功功率增大时，若不减少其他发电机的有功功率，则各发电机总的有功功率输入将会多于负载的有功功率，多余的有功功率会使整个电网上的发电机转子加速而提高电网的电压和频率，从而使输出也增大，结果总的输入和输出就在一个新的频率和电压下达到新的平衡。同样，如果改变一台发电机输出的无功功率，则电网总的无功功率输入将会有相应的变化，而使总无功功率的输入和输出在一个新的电网电压下达到新的平衡。因此，若要保持电网的频率和电压不变，在

2、总负载不变的情况下，当一台发电机的有功功率或无功功率增加（减少）时，必须相应地减少（增加）其他发电机的输出。无功功率的调节是通过调节发电机的励磁电流而实现的。根据上述分析，在增加一台发电机的励磁电流的同时，必须相应地减少其他发电机的励磁电流，才能保证电网的电压和频率不变。有功功率的调节是通过改变原动机（恒速传动装置）加在发电机转子轴上的转矩而实现的。在增加一台发电机转子轴上的转矩时，要相应地减少其他发电机转子轴上的转矩，这样，转矩增大的发电机转子会加速，使发电机功率角增大，引起电磁功率增大而分担较多的有功负载；而转矩减小的发电机转子会减速，使发电机功率角减小，引起电磁功率减小而分担较少的有功负

3、载。为了保持电网电压不变，还要适当地改变各台发电机的励磁电流。总之，在改变发电机之间有功功率的分配关系时，为了保持电网频率、电网电压及无功功率分配不变，对有功负载增大的发电机要增大其输入转矩并适当地增加其励磁电流，而对有功负载减小的发电机就要减小其输入转矩并适当地减小其励磁电流。一、无功电流的自动均衡（一）基本方法及要求1.基本方法从上面分析可知，若要改变发电机输出的无功功率，使并联发电机的无功负载均匀分配，则必须调节发电机的励磁电流，即对分担无功电流少的发电机增强励磁，同时对分担无功电流多的发电机减弱励磁电流，这样才能保证输出总的无功功率和电网电压不变。调节发电机的励磁电流可以实现无功电流的

4、自动均衡，因此无功电流的调节往往与电压调节器组合在一起，共同组成闭环控制系统而进行自动调节。在自动调节系统中，首先应正确取出无功电流分配不均衡的偏差信号，然后将这个偏差信号转换为电压信号，以便与电压调节器所感受的调节点电压主信号进行叠加。叠加后使分担无功电流多的发电机的调压器感受到一个比实际电压高的信号（即在电压调节点主信号基础上叠加一个正的无功电流偏差转换成的电压信号），从而减少该发电机的励磁；同时，使分担无功电流少的发电机的调压器感受到一个比实际电压低的信号（即在电压调节点主信号基础上叠加一个负的无功电流偏差转换成的电压信号），从而增大该发电机的励磁。这种自动调节可使各台发电机所分担的无功

5、电流趋于平衡。电压调节主信号与无功电流偏差转换成的电压信号进行叠加时有两种基本方法，一种是将无功电流偏差信号转换为交流电压信号与电压调节主信号在交流边叠加；另一种是将无功电流偏差信号转换为直流电压信号与电压调节主信号（调节点电压转换成的直流电压）在直流边叠加。这些就是无功电流均衡的基本方法和所需要解决的主要问题。2.基本要求无功电流均衡线路的形式可以不同，但从上面的基本方法中可归纳出如下基本要求。（1）正确取出信号。无功电流均衡线路应能判别各台发电机无功电流分配是否均衡，不正确才调节，信号的大小应与无功电流的偏差成正比，而与有功电流的分配情况无关。（2）正确调整励磁。无功电流偏差的极性要与调压

6、器电压检测线路的主信号正确配合，使分担无功电流多的发电机减弱励磁电流，分担无功电流少的发电机增强励磁电流。（3）工作要协调。无功电流均衡线路只在发电机并联工作时才起作用，未投入并联时不应工作。（二）典型线路的工作原理1.原理线路如图2-5-3是波音707等飞机上所采用的一种典型无功电流均衡线路原理图。它的无功电流偏差信号转换为交流电压信号后与电压调节检测的主信号是在交流边叠加的。为原理讨论的方便，图中只画出两台发电机。无功电流均衡线路由电流互感器LH1、LH2，均衡互感器JH1、JH2和汇流条连结接触器BTB的辅助触点K1、K2组成；其余是电压调节的信号测量比较电路。辅助触点K1、K2在汇流条

7、连结接触器BTB接通时断开，即在发电机并联时使均衡电路起作用，不并联时将均衡互感器原边短路。2.线路工作原理线路中两个电流互感器LH1、LH2与两个均衡互感器JH1、JH2连接成差动电路，使流过均衡互感器原边的电流为两电流互感器副边电流之差，如图2-5-4。由此在均衡互感器副边产生与上述电流差值的大小成正比且有一定相位关系的电压uj1、uj2，它们分别作用于两个电压调节器检测电路的整流桥上，改变整流桥的输出电压，再通过调压器的其他环节调节发电机的励磁电流。 图2-5-3 典型无功电流均衡线路原理图（1）取出电流偏差信号。每台发电机的B相均接有变比为KI的电流互感器LH1、LH2，假设为理想电流

8、互感器，令各台发电机B相电流分别为IB1、IB2，则电流互感器的副边电流I1、I2分别为：I1 = IB1 / KII2 = IB2 / KI在图2-5-4中，对于节点，有I2 = I²Ij2；对于节点，有I2 = I¢Ij2；对于节点，有I1 = I¢Ij1；得到 I¢= I²且I1I2 = 2 I¢Ij1Ij2由于差动连接，有Ij1Ij2 = 0，因此I¢ = I²=（I1I2）/2所以 Ij1 =（I1I2）/2 =（ IB1IB2）/ 2KI Ij2 =（I2I1）/2 =（ IB2IB1）/ 2KI上式说

9、明差动连接的均衡互感器取出了两台发电机负载电流的差值信号。因为一般情况下，飞机交流电源的运行状态基本上是三相对称的，所以可用这一相电流的偏差信号代表三相总的不均衡情况。（2）转换为电压信号。由均衡互感器将上述电流偏差信号转换为电压信号。均衡互感器是一种特殊的互感器，其特点是它的磁化电抗很小，比它的负载阻抗小得多，它的原边电流的绝大部分是用来励磁而再铁芯中产生磁通，副边的负载电流极小，可以忽略，因此可以把它看成是空载变压器，即均衡互感器副边输出电压的大小与原边输入电流（这里为电流偏差）成正比，而相位则超前90°，其表达式为：uj1 = jXm Ij1 = jXm（ IB1IB2）/ 2

10、KIuj2 = jXm Ij2 = jXm（ IB2IB1）/ 2KI式中Xm为均衡互感器的励磁阻抗。由上式可得：uj1 = uj2 当IB1 = IB2时，uj1 = uj2 = 0（3）电压信号的叠加。均衡互感器副边输出电压uj1 、uj2与电压调节器的主信号在整流之前的交流边叠加，使无功电流差所产生的电压信号正确发挥控制作用，而有功电流差的信号基本不起作用。以下分几种情况对这一问题加以说明，设IB1、IB2均为纯无功电流，且| IB1 |> | IB2 |在图2-5-3的线路中，电压偏差检测线路虽然经过变压器，但仅使副边电压按变比Ku降低，而相位与原边一致。因为三相不对称电压经桥式

11、整流后输出的直流电压为三个线电压的平均值，即与电压三角形的三个边之和成正比。从图2-5-3可见，由无功电流差所产生的信号电压uj1 是使输出无功电流大的发电机的调压器敏感到的电压值升高，励磁电流减弱；而信号电压uj2是使输出无功电流小的发电机的调压器敏感到的电压值降低，励磁电流增加。这样控制的结果，将使两台发电机的无功电流分配偏差自动地减小而趋于均衡。综上分析可得到如下结论：该线路能够自动均衡无功电流，而对有功电流基本不起作用；负担无功电流大的发电机励磁电流减弱，负担无功电流小的发电机励磁电流增加，从而使无功电流趋于均衡。二、有功电流的自动均衡（一）基本方法和要求1.基本方法从有功功率调节的基

12、本概念可知，交流发电机有功功率的调节是通过改变原动机传输给发电机转子轴上的转矩而实现的，即通过调节转速，改变发电机的功率角而改变有功功率的输出。恒速传动装置输出转速是通过转速调节器来调节的，因此，有功电流自动均衡的基本方法是给恒速传动装置的转速调节器附加一个有功电流偏差的信号，使输出转速从原来的调定值按有功电流偏差信号的极性与大小作相应的变化，从而使有功电流的分配趋于均衡。2.基本要求与无功电流自动均衡相似，有功电流的自动均衡线路必须满足下列原则。（1）正确取出信号。线路应能判别有功电流分配是否均衡，取出信号的极性应能反映有功电流偏差的正负，其大小与偏差数值大小成正比，而对无功电流的分配情况则

13、不作反应。（2）分别调整转矩。取出的信号放大后作用到恒装调速器的电调线圈上，分别增加或减少恒速传动装置的转矩，使分担有功电流大的发电机的转速降低，而分担有功电流小的发电机的转速升高。（3）工作要协调。有功电流均衡线路只在发电机并联工作使才起作用，未并联时，有功电流均衡线路则不应工作。（二）典型线路的工作原理1.原理线路图图2-5-9是一种典型的有功电流偏差敏感电路，其基本结构与图2-5-3所示的无功电流均衡线路是类似的，LH1为电流互感器，B1为带中间抽头的变压器，几台发电机的电流互感器与无功检测环一样按差动形式接成闭合环路，称之为有功电流均衡检测环。在电阻R1两端取出负载电流分配的偏差信号，

14、经过D1、D2整流后，输出一个极性和大小是反映有功电流偏差的直流电压信号，然后将该信号送到恒装的转速精调电路去控制恒速传动装置调速器中的电调线圈工作（参见第二节的分析），以调节恒速传动装置的转矩，使有功电流的分配趋于均衡。2.线路的工作原理图2-5-9中的电流互感器LH1为原边接在C相，取出C相电流IC，与无功电流均衡线路相似，流过电阻R1的电流为C相电流偏差信号DIC /KI，所以在R1上的压降为：uR1 = DIC /KI·R1变压器B1的原边也接在C相，故其副边电压与uC同相，且有u1 = u2。输入整流器的电压为u1¢、u2¢，它们分别为：u1¢

15、 = u1 uR1 = u1 DIC /KI·R1u2¢ = u2 uR1 = u2 DIC /KI·R1假定 DIC为纯无功电流差时，则DIC应该与uC垂直（至于是超前还是滞后，视无功电流差的正负值确定）。假定 DIC为纯有功电流差时，则DIC应该与uC相重合（至于是同相还是反相，视有功电流差的正负值确定）。当 DIC为纯无功电流差时，u1¢、u2¢的大小是相等的，由于uR1 的数值比u1（或u2）小得多，因此它对u1¢或u2¢的影响甚微，所以经过整流后在a、b端输出的直流信号可以忽略不计，也就是说，此电路对无功电流不作反映。当 DIC为纯有功电