第十三章--同步发电机的并联运行-同步电动机

第十三章同步发电机的并联运行同步电动机概念题13-1比较变压器并联运行和同步发电机运行的条件的异同点变压器并联运行的条件是各台变压器的联机组相同，额定电压和变比相等。要是变压器之间合理分配负载，还要求各变压器应有相同的短路电流标么值。同步发电机和大电网并联运行的条件是发电机和电网的电压有效值相等，相位相同，频率相同和相序一致。因为同步发电机的励磁可以调节，各台发电机并联运行时端电压相等，但空载电动势可以不同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配，同步发电机的电抗有不同数值时仍可并联运行，这是和变压器要求有相同的短路阻抗，是不同的。13-2什么是同步发电机的功角特性？再推导功角特性时用什么假定？功角θ的时间和空间物理意义是什么？功角特性是电磁功率与功角的关系。推导功角特性时，略去电枢电阻。功角θ是电动势Eo和电压U之间的时间和相位差，如忽略漏阻抗压降，θ是产生电动势Eo的转子主磁通Φ0和产生Eδ=U的合成磁通之间的空间相位差。表示转子旋转磁场和气隙合成旋转磁场之间的相对位置。功角的大小和电磁的功率成正比。功角数值的正负，决定同步发电机的运行状态。13-3为什么隐极同步发电机和凸极发电机的功角特性表达式不同？隐极同步发电机空气隙均匀，气隙磁阻为常数。功角特性P=======.功角θ=90时，输出功率最大。凸极同步发电机空气隙不均匀，直轴范围磁阻小，交轴范围磁阻大，因为交直轴的磁阻不相等产生附加电磁功率称为磁阻功率。功角特性P=======。由式可见磁阻功率仅与电网电压U有关，只要Xd=Xq，θ≠0，就会产生磁阻功率。凸极发电机的基本电磁功率在θ=90时最大，磁阻功率在θ=45时最大，总的电磁功率最大值将出现在45~90之间。13-4和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，输出无功功率的大小是否改变？和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，则无功功率的大小要改变，过历时发电机输出的感性无功功率，欠励时发电机输出容性无功功率。13-5同步发电机单独给一对称且转速保持不变时，定子电流的功率因数由什么决定？发电机与大电网并联时，定子电流的功率因数又由什么决定？同步发电机单独运行时，定子电流的功率因数由负载性质决定，即由负载阻抗决定。发电机与大电网并联时，负载由电网供给，发电机担负的有功功率由其原动机的输入功率的大小决定，担负的无功功率决定于发电机的励磁电流，过历时发电机的功率因数滞后，欠励时发电机的功率因数超前。13-6怎样利用阴极发电机的功角特性和电动势方程求出同步电机的V行曲线。隐极发电机的功角特性为Pm=====，当电磁功率保持不变时，找电枢电流I和励磁电流的关系，可以由电机的磁化曲线查的Eo和I相应的数值。给出某一If数值，电动势平衡方程为。。。。。。。。，发电机与大电网并联，端电压u不变，已知同步电抗Xs，由某一If所对应的Eo的数值，带入电动势方程，可以求出电枢电流Io。式中E和I均为向量，所以I的曲线呈‘V’型，故称V型曲线。13-7异步转矩和同步转矩有何不同。定子磁场和转子有相对运动，旋转磁场在转子中感应电动势和电流，定子旋转磁场和转子电流相互作用产生电磁转矩称为异步转矩。定子旋转磁场和转子磁场彼此相对静止，在空间有相位差，两磁场相互作用产生电磁称为同步转矩。13-8同步电机的电枢电流是交流电，在做同步电动机向量图时，‘I为自同步电机流向电网的电流’应如何理解？同步发电机和同步电动机是同步电机的两种运行方式，当同步电机接在电网时，电网可以向电机输出有功功率，电机也可以向电网输出有功功率。可以把发电机和电动机合并考虑，把I规定为电机流向电网的电流。当电机流向电网的电流的功率因数绝对值大于九十度时，电机将从电网吸收有功功率作为同步发电机运行。同步电动机的向量图可用与同步发电机一样的方法来画。13-9试说明同步电动机在异步启动过程中转子受到哪些电磁转矩作用。同步电动机异步启动时，启动绕组产生异步电磁转矩使电动机转动，当转速上升到同步转速时，接入励磁电流，定子磁场和转子磁场相互作用产生同步电磁转矩和凸极机由于凸极效应所产生的磁阻转矩，可将转子迁入同步。13-10并入电网的同步发电机渡到电动机时，功角θ和电枢电流I和电磁转矩Tm将怎样变化？同步发电机运行时功角θ为正，输出电流为I，电磁功率Pm为正。过渡到电动机运行时，功角θ变为负值，电流I变成输入，电磁功率Pm为负值。13-11试推导凸极同步电机无功功率的功角特性公式。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、13-12同步补偿机是怎么样的一种同步电机？他和同步电机有何不同？同步补偿机是一种只输出无功功率的同步电机。因为他不输出有功功率，机械结构要求较低。相当于空载运行时的同步电动机。当补偿机过励时，向电网输出感性无功功率。当补偿机欠励时，向电网输出容性无功功率。同步补偿机的额定容量决定于过历时的视在功率，欠励时的容量为过立时的0,65左右。为降低电机成本，电机的空气隙较小，极数少转速高。同步补偿机作为无功功率电源以改变电网的功率因数，故称为同步调相机。13-13区别同步电机作为发电机运行时和作为电动机运行时的输入功率，电磁功率和输出功率。发电机的输入功率由原动机输入的机械功率，输出功率为电功率，电磁功率是通过气息磁场将机械率转变成电功率的功率。电功率减去定子铜损耗后的输出的电功率。电动机的输入功率为由电网输入的电功率。通过空气隙磁场传递的电磁功率。电磁功率减去空载损耗得输出的机械功率。13-14同步电动机和感应电动机有何优缺点?同步电动机有直流励磁绕组，调节励磁电流可以改变同步电动机的功率因数，过历时功率因数超前，欠励时功率因数滞后。感应电动机由电网供给励磁，功率因数总是滞后的。同步电动机结构较感应电动机复杂，成本较感应电动机高。同步电动机最大转矩和电压成正比，感应电动机最大转矩和电压的平方成正比，当电网电压波动时，同步电动机的过载能力降低没有感应电动机的过载能力降低的多。13-15凸极式同步电动机与同步发电机运行时转子突然失去励磁，对电机有何影响？同步电动机失去励磁后电磁功率大大降低，只有磁阻功率，若磁阻功率大于负载功率电机仍可运转，否则停机。同步发电机失磁后，处于严重欠励状态，电枢电流增大且失去稳定。13-16两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率将怎么样分配和调节？如单独增加一台发电机的输入机械功率，则此台发电机的输出功率增加，同时系统的频率将增加。单独增加一台发电机的励磁电流则系统的电压降增加，该机的无功功率也增加。为保持系统的频率和电压不变，必须同时调节两台发电机输入的机械功率和励磁电流。计算题13-17QFS--300--22性汽轮发电机，=353MVA，=11320A，=18000V，双Y接法，=0。85滞后。=2.26，电枢电阻可忽略不计。此发电机并联在无穷大汇流排运行，当发电机运行在额定情况时，试求;1，空载电动势Eo。2，电磁功率Pm。3，过载能力Km。解：（1）化简化向量图，如图所示。额定运行时，空载电动势每相值（2）功角（3）电磁功率三项总的电磁功率（4）过载能力13-18一台隐极式同步发电机，电枢电阻可忽略不计，同步电抗的标么值=1.0，端电压U保持在额定值不变，试求在下列情况下的功角θ。（1）负载电流为额定值且功率因数为1时。（2）负载电流为90％额定值且功率因数为0.85（滞后）时。（3）负载电流为90％额定值且功率因数为0.85（超前）时。答案：（1）（2）（3）13-19一台凸极式同步发电机接在电网上运行，电网电压保持在额定值不变，该机的同步电抗标么值=1.0，=0.6，电阻略去不计，试求在下列情况下空载电动势Eo的标么值和功角，写出功角关系表达式。（1）当负载电流有额定值且功率因数为1时。（2）当负载电流为90％额定值且功率因数为0.85（滞后）时。（3）当负载电流为90％额定值且功率因数为0.85（超前）时。答案：（1）（2）（3）13-20一台三相同步发电机，同步电抗标么值=0.8，=0.5，电枢电阻可忽略不计，该机与大电网并联运行，额定功率因数为108（滞后）。试求：额定运行时的电磁功率，比整步功率，最大电磁功率和过载能力。解：额定电磁功率比整步功率为电磁功率为令=0，则取“+”号，则最大电磁功率过载能力13-21数据同上题，电网发生故障，使电压降到原来的70％，保持输出功率不变，并使输出功角不大于20度的范围内，求此时的励磁电动势Eo值。解：已知带入功角特性方程式，得由此得励磁电势故障前=1.6，故障后=2.27时保持输出功率不变，且θ﹤20，即励磁应增加=1.42倍。13--22一台三相24000kVA的水轮发电机，额定线电压=10.5kV，Y接法，每相同步电抗=5.0，=2.76，店数电阻忽略不计。试求：（1）调节励磁使空载电动势=1.5，写出功角关系表达式。（2）根据功角关系表达式，求出当该机供给2000kW时的功角θ。（3）求出在这一运行情况下该机供给电网的无功功率。（4）求出当Eo的标么值保持在1.5时，该机所能供给的最大功率。答案：13--23三相隐极同步发电机，Y接法，=60kVA,=380V，同步电抗=1.55.电枢电阻可忽略不计，试求：（1）当S=37.5kVA，=0.89(滞后)时的Eo和θ。（2）拆除原动机，不计损耗，求电枢电流。解：（1）在S=37.5kVA，=0.8（滞后）时，电枢电流为空载电动势（2）拆除原动机，和同相位，则电枢电流13--24一台汽轮发电机在额定运行时功率因数为0.8（滞后），同步电抗=1.0，该机并联在大点网上，试求：（1）在90％额定电流且有额定功率因数是，输出的有功功率和无功功率，空载电动势及功角。（2）调节原动机的功率输入，使该机输出的有功功率为额定运行时的110％，励磁保持不变，此时的功角是多少?输出的无功功率有何变化？欲保持输出的无功功率保持不变，试求空载电动势及功角。（3）保持原动机输入功率不变，并调节该机的励磁使输出感性无功功率为额定运行情况下的110％，试求此时的空载电动势Eo和θ角。解：（1）令故得空载电动势（2）带入功角特性方程得故，则因为所以电枢感性无功电流由原来的0.54减少到0.454，如要保持无功功率不变，必须调节励磁，增加，此时，则空载电动势增加到1.77，功角。（3）有功功率不变，感性无功功率增加到110％，则即应把空载电动势增加到1.81，功角减小到23.5.13-25一台汽轮发电机与大电网并联运行，额定运行时=1.5，过载能了=2.如保持励磁不变，增加有功功率输出，是无功功率为零。求此时输出的有功功率。解：无功功率将=1.5代入上式得已知过载能了代入功角特性方程式，则额定输出有功功率为无功功率为零时，功角，输出有功功率为13--25一台汽轮发电机额定功率因数为0.8（滞后），同步电抗=0.8，该机并联与大电网，如励磁不变，输出有功功率减半，求电枢电流和功率因数。解：已知则励磁不变输出有功减半时，代入电磁功率表达式，则定子电流有功功率功率因数13--26三相水轮发电机，和大电网并联，同步电抗=1.15，=0.7额定容量50MW，额定电压13.8KV,Y接法，额定功率因数=0.8（滞后）。空载特性假设为直线，试求：（1）输出10MW且=1时，发电机的励磁电流和功角。（2）保持有功功率不变，减少励磁到零，功角应为多少？定子电流和功率因数各为多少？答：（1）（2）13--26两台三相同步发电机并联，3.3kV，星行接法，向800KW，=0.8（滞后）的负载供电。调节原动机使一台电机输出的功率为另一台的2倍，其中种载的电机每相同步电抗为10，调节它的励磁使它的=0.75（滞后）。另一台电机的每相电抗为16，忽略电枢电阻。试求每台电机的电流，电动势，功率因数和功角。解：总负载电流A电机的输出功率为B电机的两倍，则A输出的有功功率为总负载有功电流的。A机有功电流A机功率因数A机无功电流B机电流B机功率因数A机电动势A机功角B机电动势B机功角13--27两台星行接法，额定值相同的同