《电机技术》4.2.5 同步发电机并列运行时无功功率的调节任务手册

同步电机并列运行时无功功率的调节【任务要求】知识点技能点理解无功功率的调节原因理解并掌握空载运行时无功功率的调节理解并掌握负载运行时无功功率的调节理解无功功率调节的U形曲线分析无功功率的调节原因空载运行时无功功率调节的分析与应用理解并掌握负载运行时无功功率调节的分析与应用无功功率调节的U形曲线分析重点难点空载运行时无功功率的调节负载运行时无功功率的调节无功功率调节的U形曲线【任务清单】任务1：无功功率的调节原因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。任务2：空载运行时无功功率的调节空载时电枢电流和电枢磁动势为零，E0=U，Ff=Fδ，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Fδ不变(Fδ=Ff+Fa)，如图（b），这时励磁电流称为过励励磁电流。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。任务3：负载运行时无功功率的调节调节无功功率时，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。正常励磁(If=If0)，I与U同相，φ=0，cosφ=1，Q2=0，发电机不输出无功功率。欠励磁（If<If0），I超前U，发电机输出电容性无功功率。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φ角增大，电流变成滞后。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。任务4：无功功率调节的U形曲线分析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。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φ=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。【任务拓展】请认真思考并回答下列问题1、某工厂电力设备所消耗的总功率为2400kW，cosφN=0.8（滞后），今欲添置功率为400kW，cosφN=0.8（滞后）的感应电动机和400kW，cosφN=0.8（超前）的同步电动机，试问这两种情况下，工厂的总视在功率和功率因数各是多少（电动机的损耗不计）？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=1.2Ω，Y接法