电机学课堂讲义第三部分同步电机16h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 0= mUE cos0-mU -(X,sin26+X。cos2) (3)同步发电机的稳定性 同步发电机的稳定性是指同步发电机稳定运行时出现短时外部扰动，如果扰动消失后同步发电机仍 然能正常运行，说明同步发电机的工作点是稳定的，否则是不稳定的。虽然任何系统当受到的扰动 超过一定值时都可能失去稳定，但是这里讨论稳定性是将扰动限制在极其微弱的条件下确定稳定运 行区域，采用准静态分析方法。如果要讨论一定扰动范围的稳定性，那么需要考虑系统动态稳定特 性。有关动态稳定问题不在这里讨论。 以隐极同步发电机为例分析稳定运行区域。假设隐极同步电机运行在功率P,对应功角特性的A和B 点。对于A点来说，功率角日4<90°，假设存在功率扰动，如原动机输入功率增加，使得工作点电磁功 率由原来A点P上升到A1点P1。当原动机扰动消失后，电磁功率大于原动机输入，转子减速，功率角 减小，又回到原来的A点，因此A点是稳定的。 对于B点来说，功率角日>90°，假设存在功率扰动，如原动机输入功率减小，功率角也减小，电磁功 率由B点P增加到B1点的P1。当原动机扰动消失后，电磁功率大于原动机输入，转子减速，功率角继 续减小，直到回复到稳定运行的A点，因此B点是不稳定的。 如果同步发电机工作在B点，而原动机输入功率增加，那么转子加速，功 率角也增加，电磁功率由B点P继续减小。当原动机扰动消失后，因电磁 功率小于原动机输入，转子继续加速，功率角继续增大，即使经过一定 时间后回到A点对应的功率角，由于转子积累的动能超过同步速而不能下 降到同步速，待超过峰值功率点后又将继续加速，直到转速超过失去同 步，限速装置动作而停机。由此可见，功率角在90时是隐极同步发电机 06490°6g 的临界稳定点，功率角在0°-180°范围内，小于90为稳定运行区域，超过 图26电磁功率稳定性 90°为不稳定运行区域。 扰动法分析稳定性是要注意扰动的类型，比如负载功率扰动、原动机功率扰动、负载电压扰动、负 载频率扰动、励磁电流扰动等，这些扰动对功角特性的影响。 一般地定义比整步功率 dPm mUE -cos0+ de (X,-X,)cos20 当比整步功率大于零时，同步发电机静态稳定：当比整步功率小于零时，同步发电机静态不稳定； 当比整步功率等于零时，同步发电机临界稳定。临界稳定对应电磁功率达到极限状态，将极限状态 电磁功率与额定状态电磁功率之比定义为同步电机的过载能力 对于隐极电机，过载能力可以用额定状态的功率角6v正弦的倒数表示kM=I/sinO。 对于凸极电机，临界状态功率角为 2(X。-X)U 0 arccos- 8(Xa-X)U2+X2E;+X E 凸极同步电机的过载能力 3电机学课堂讲义 第三部分 同步电机 16h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 3 ! Q = mUE f Xd cos" # mU2 Xd Xq (Xd sin2 " + Xq cos2 ") （3）同步发电机的稳定性 同步发电机的稳定性是指同步发电机稳定运行时出现短时外部扰动，如果扰动消失后同步发电机仍 然能正常运行，说明同步发电机的工作点是稳定的，否则是不稳定的。虽然任何系统当受到的扰动 超过一定值时都可能失去稳定，但是这里讨论稳定性是将扰动限制在极其微弱的条件下确定稳定运 行区域，采用准静态分析方法。如果要讨论一定扰动范围的稳定性，那么需要考虑系统动态稳定特 性。有关动态稳定问题不在这里讨论。 以隐极同步发电机为例分析稳定运行区域。假设隐极同步电机运行在功率P0，对应功角特性的A和B 点。对于A点来说，功率角θA<900 ，假设存在功率扰动，如原动机输入功率增加 ，使得工作点电磁功 率由原来A点P0上升到A1点P1。当原动机扰动消失后，电磁功率大于原动机输入，转子减速，功率角 减小，又回到原来的A点，因此A点是稳定的。 对于B点来说，功率角θB>900 ，假设存在功率扰动，如原动机输入功率减小，功率角也减小，电磁功 率由B点P0增加到B1点的P1。当原动机扰动消失后，电磁功率大于原动机输入，转子减速，功率角继 续减小，直到回复到稳定运行的A点，因此B点是不稳定的。 如果同步发电机工作在B点，而原动机输入功率增加，那么转子加速，功 率角也增加，电磁功率由B点P0继续减小。当原动机扰动消失后，因电磁 功率小于原动机输入，转子继续加速，功率角继续增大，即使经过一定 时间后回到A点对应的功率角，由于转子积累的动能超过同步速而不能下 降到同步速，待超过峰值功率点后又将继续加速，直到转速超过失去同 步，限速装置动作而停机。由此可见，功率角在900 时是隐极同步发电机 的临界稳定点，功率角在00 --1800 范围内，小于900 为稳定运行区域，超过 900 为不稳定运行区域。 扰动法分析稳定性是要注意扰动的类型，比如负载功率扰动、原动机功率扰动、负载电压扰动、负 载频率扰动、励磁电流扰动等，这些扰动对功角特性的影响。 一般地定义比整步功率 ! Psyn = dPem d" = mUE f Xd cos" + mU2 Xd Xq (Xd # Xq )cos2" 当比整步功率大于零时，同步发电机静态稳定；当比整步功率小于零时，同步发电机静态不稳定； 当比整步功率等于零时，同步发电机临界稳定。临界稳定对应电磁功率达到极限状态，将极限状态 电磁功率与额定状态电磁功率之比定义为同步电机的过载能力 ! kM = Pem max PemN 对于隐极电机，过载能力可以用额定状态的功率角θN正弦的倒数表示 ! kM =1/sin"N 。 对于凸极电机，临界状态功率角为 ! "cr = arccos 2(Xd # Xq )U 8(Xd # Xq ) 2 U2 + Xq 2 E f 2 + XqE f 凸极同步电机的过载能力 图26 电磁功率稳定性 0 Pem P0 A1 θ B1 A B P1 θA 90 θB 0 Pmax