一般来说,发电机组由发动机(提供动能)、发电机(产生电流)、控制系统组成,上式说明,在发电机空载电势Eq恒定的情况下,发电机端电压Uf会随负荷电流If的加大而降低,为保证发电机端电压Uf恒定,必须随着发电机负荷电流If的增加(或减小),增加(或减小)发电机的空载电势Eq,而Eq又是发电机励磁电流Ifq的函数(若不考虑饱和,Eq和Ifq成正比),故在发电机运行中,随着发电机负荷电流的变化,必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。 风力发电机依靠风力带动发电机转动,产生电流;水力发电机利用水流的落差,产生动力带动发电机发电,燃油发电机依靠柴油或汽油燃烧产生动力带动发电机组,此时由于作用在发电机转轴上力矩的增大,就会使发电机转子加速,于是发电机主磁极的位置将逐步超前,随着主极的超前,发电机激磁电势将超前于端电压(电网电压Ù),相应的,功率角及电磁功率将逐步增大,这样输入功率和输出功率之间将逐步恢复平衡,保持在新的工作点同步运行。
同步发电机电压调节,下面以发电机的简化相量图来分析一下其具体原理,永磁发电机,除了上面说到的励磁发电机,发电机组中还有一类永磁发电机,它与励磁发电机的区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的,永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分,如果要向电网发出有功功率,就必须增加发电机的输入功率,即加大火力发电厂中汽轮机汽门的开度,或水力发电厂中水轮机水门的开度或者风力发电厂的风速等,增大原动机的出力,增加原动机的力矩。有功和无功的控制,为了保证发电机的频率和电压的稳定,必须及时调节发电机的输入功率和励磁电流,那么问题是具体该如何调节呢?,有功功率的调节——即原动机输入功率的调节,同步发电机与无穷大电网并联时,当发电机刚投入电网还没有向电网送出有功负荷时,假设我们忽略发电机的空载损失,则此时发电机处于“空接”在电网上的状态,当然也不应无根据的限制有功功率增长的速度,这将延误供电时间,特别是在事故情况下,尤为重要。
在实际的调控过程中,有功功率的调节需要注意几个问题:增加有功功率的速度应遵照有关规程的规定,或制造厂家的要求,有功功率增加的速度不宜太快,否则将对发电机的结构产生不利的影响,有功功率的调节还要特别注意原动机输入功率的配合问题,特别是火力发电厂或热电站等,要充分注意锅炉的供汽能力和热负荷的调整,使其协调,有时候会因发电机有功功率增长过快,锅炉供汽能力一时跟不上,压力急速下降,造成被迫停机事故。无功功率的调节——即发电机励磁的调节,同步发电机的励磁有三种状态,分别是:,(1)正常励磁:即发电机的全部输出功率均为有功功率,即cosφ=1,此时发电机的激磁电势为E,(2)过励:增加发电机的励磁,使其超过“正常励磁”称为过励,欠励:减少发电机的励磁,使其小于“正常励磁”称为欠励,(3)调节励磁时应注意,不要使其超过励磁电源或发电机励磁绕组的允许值,以免出现励磁机与发电机励磁绕组过热现象。