《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

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。调节原因

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If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。

空载时电枢电流和电枢磁动势为零，E0=U，Ff=F

，这时的励磁电流称为“正常”励磁电流If0，如图(a)所示。

若增大励磁电流(If

>If0),则E0

>U，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F

不变(F

=Ff+Fa)，如图（b），这时励磁电流称为过励的励磁电流，如图所示。UE0Ff=F

UE0FfF

FaIjxtI(a)（b）空载运行

若减小励磁电流(If<If0)，则E0<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F

不变(F

=Ff+Fa)；这时励磁电流称为欠激的励磁电流，如图（c）所示。UE0FfF

FaIjxsI(c)

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

负载运行

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：

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。

负载运行(1)正常励磁(If=If0)，I与U

同相，

=0，cos=1，Q2=0，发电机不输出无功功率。

(2)欠励磁（If

＜If0），I超前U

，发电机输出电容性无功功率。

(3)过励磁（If>If0），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

角增大，电流变成滞后。

负载运行

反之，当欠励时，If<If0，E02<E0，则电枢电流除有功分量外，还出现一个超前的无功分量，即输出一个容性的无功功率。

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。

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If的关系曲线I=f(If)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cos

=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形曲线以cos

=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。U形曲线(2)不稳定区域边缘

=90º，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ΔI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。巩固与提高巩固与提高2、一台三相隐极式同步发电机与无穷大电网并联运行，已知电网电压为400V，每相电抗Xs=1.2

，Y接法，当发电机输出功率80kW时，cos=1。若保持励磁电流不变，减少输出功率到20kW，不计电阻，试求（1）功率角

；（2）功率因数