1、,4.5 飞机交流电源的并联运行,第一节 并联供电的特点及条件,第二节 有功功率和无功功率的调节原理第三节 无功功率自动均衡线路第四节 有功功率自动均衡线路第五节 投入并联的自动控制,4.5 飞机交流电源的并联运行,重点：,功率均衡原理；典型无功、有功均衡电路的工作原理；自动并联电路的工作原理,难点：,交流并联电源中的功率均衡原理,第一节 并联供电的特点及条件,一.单独供电系统的优缺点：,优点：（ 1）无需自动均衡电路，电路简单。（ 2）无均流问题，单发容量可充分利用。（ 3）扰动影响范围小，只影响一台发电机。（ 4）调控、保护、配电简单。,缺点：供电可靠性低，易引起“拍频”干扰。,（不中断供
2、电转换50ms，各电源频率完全同步）,二.并联的优点：,（ 1）供电质量高。容量大，通断负载电压和频,率波动小；无拍频效应。,（ 2）供电可靠性高，一旦故障，不致供电停止。（ 3）并联电网容量增大，相不平衡故障变得不明,显。,（ 4）能有效利用发电机的容量。,并联的缺点：,需要有复杂的调节、控制与保护设备，,影响可靠性与维护性。,并联运行的基本问题：,（ 1）并联条件。,（ 2）投入并联的自动控制。,（ 3）有功、无功负载自动均分。,三.并联条件：五个。,1、波形：相同，正弦性，谐波，否则会有高频电,流。 THD5%，波峰系数 1.410.10。,2、相序：一致，对应端相联。 电机转向和排,线
3、，更换后按线柱的连接。,3、频率：由发电机转速确定，要有发电机转速调,节电路，f1%。,4、电压值：有调压器，偏差不会太大。5、电压相位。（投入瞬时） 差满足要求,3、频率相等,频率由发电机转速确定，两台发电机并联运行要有发电机转速调节电路。（1）由飞机发动机直接刚性传动的发电机这样的电源频率完全取决于飞机发动机的转速，只有在频率完全相等的情况下才能并联，实际很难满足。所以对于涡轮螺旋桨飞机上的变速变频交流电源无法实现并联供电。（2）变速恒频系统这样的电源系统与（1）情况类似，其频率-负载特性是一条水平线，电源频率取决于控制信号的基准频率只有在频率完全相等的情况下才能并联。,P,ff 01f
4、02,高 f 承担全部功率，不能正常工作，需要有控制。 无 静 差 系 统 的 频 率-负 载 特 性,频率高的发电机向低,的输送能量，经恒装反馈给发动机，发动机增速，发电机电动。即同步发电机“自整步作用”。单向离合器，不能反传功率。“同步电动机空载”,（3）恒装传动的发电机，调节无静差， f1 =f 2 。,P,1,f 02f c,P,2,P1,P2,（4）恒装传动的发电机，调节有静差。由二台发电机共同确定，牵入同步，有功负载均分有差，如图所示。ff 01,Pc有静差系统的频率-负载特性及并联时有功负载的分配,恒速恒频交流电源并联时只要求频率相近，但须采取有,功负载均衡措施。,变速变频电源和
5、变速恒频电源并联时要求频率严格相等；,4、电压值：有调压器，偏差不会太大。只要电压有差，即产生电流偏差，电流偏差导致无功负载不均衡。,I&,U&,X dU& 02,I&,U& 010,U&U& 02,X dU& 01,（a）等值电路,（b）相量图,并联等值电路和相量图,U 01 U 02j 2 X d,& &,I& =,&I ,冲击电流 ,Xd”同步发电机的直轴超瞬变电抗 Xd” Xs（同步电抗）冲击电流会较大。冲击电流主要是无功电流分量，所以并联发电机同频但电压不等并联时，会造成无功负载不均衡。,5、电压相位（投入瞬时）,2,I U 0 / X d,U 0,I ,U ,U ,2,P, 大，则
6、冲击电流、冲击功率就大，其关系式为：I = sin2 2P = 3U I = sin I U P 关系曲线如下图所示。,由曲线得出的结论：,（1） 越小，引起的冲击电流及冲击功率就越小。,（2） = , 冲击电流最大。可达正常额定电流的几十,到上百倍。（3） = , 冲击功率最大。2,2,I U 0 / X d,U 0,I ,U ,U ,2,P,I U P 关系曲线如下图所示。,1、造成电压、频率扰动，影响用电设备正常,工作，影响保护装置误动作。,2、类似短路瞬变状态，使发电机轴及定子绕组,上产生过大的机械冲击，使发电机受损。,并网时必须控制相位差。,冲击电流大的影响：,四、并联瞬间压差U、频
7、差f及相差对整,步的影响,整步：把发电机在一定压差、频差和相位差情况下投入并联并能正常工作的过程称为“牵入同步”，也称为“整步” 。,为了分析方便起见，设压差为零，投入并联的,发电机频率fg高于电网频率fc，即角频率g。,U g U c U,（1）,0,冲击电流:,d d,I& = =j 2 X j 2 X ,投入并联的发电机：Pg输出阻力距转速g 电网的发电机：P输入转速并联瞬间的相量图,（2）,0,投入并联的发电机：Pg输入动力距转速g 电网的发电机：P输出阻力距 转速 并联瞬间的相量图,自动并网的限制：,f ：0.5%1.0% fNU ：510%UN E& 02时：I 1有无功分量起去磁
8、作用。发电机输出感性的无功电流。,& & &,当E 03 ( E 04 ) IB2。,U& BU& b1U& j1,0,I&B1,I&B 2,I&B1 I&B 2,I&B 2 I&B1,I&B1,I&B 2,U& j 2,0,U& BU& b 2,纯无功负载时 j&U 1、U& j 2与 b&U 1、b&U 2的相位关系,U& c,U& b,U& a,O,a1,b1,b1,U& j1,U& b,U& c,O,c2,b2,b2,U& j 2,U& aa2c1整流桥输入电压相量图,三相电压经桥式整流后的电压大小如下公式：2由相量图可知，U& j1 使三角形三边和增大，从而使U从而使整流电压信号Ud
9、2减小。,（2）设发电机负载只带纯有功负载，且IB1 IB2。,U& j1,U& BU& b1I&B1I&B 2,I&B1 I&B 2,U& j 2,U& BU& b 2I&B1I&B 2,I&B 2 I&B1纯有功负载时 j&U 1、U& j 2与 b&U 1、b&U 2的相位关系,U& b,U& c,U& a,O,a1,c1,b1,b1,U& j1,U& b,U& c,U& a,O,a2,c2,b2,b2,U& j 2,整流桥输入电压相量图,由相量图可知，U& j1 和U& j 2 使线电压三角形发生扭斜，U& j1 、U& j 2大小远小于变压器副边线电压，电压三角形的三边之和基本不变。
10、则整流桥输出电压的大小基本保持不变。因而有功电流差基本不起控制作用。,（3）设发电机负载既有有功负载又有无功负载。,可将负载电流分解为有功分量和无功分量，同样的道理，即该线路只反映无功电流差，对有功电流差基本不起作用。,注：为减轻设备重量，只在一相电路中设有该电路，然后采用裂相电路将一相无功偏差信号转变为三相信号，分别与各相电压叠加。,第四节 有功功率自动均衡线路,一、有功功率自动均衡的控制方法二、典型线路分析,（ 1）改变发电机的驱动转矩，调节发电机有功功率。,（CSCF：调CSD输出转矩）。,（ 2）并联系统同时调，改变一台发电机轴上转矩，,应相应改变另一台发电机转矩，以保证总有功不变。,
11、（ 3）调节有功功率时，要同时调节励磁，以调节无,功分配。,一、有功功率自动均衡的控制方法,实现原理：,(1) 调原动机输出（CSD） 。,(2) 给转速调节器附加有功电流偏差信号，转速调节,器中有有功均衡电路。,(3) 调压器应有无功均衡电路。,有功功率自动均衡的基本方法：,有功自动均衡线路须满足的要求：,（1）正确取出信号,（2）正确调整转速（频率）（3）正确动作, & & & &, I&C,&,U& = U& U& & IC R, 2 2,U& R1,U&1U& 2,U&1U& 2,U ab,& & & &,R1, I&CK I,U& R1 =,K I, U1 = U1 + U R1 =
12、 U1 + R1, K I,R1 = U 2 1,二、典型线路分析 IC = 1 ( IC1 IC 2 ) = 1 ICK I K I电流流过电阻R1，转变为电压信号,有功电流均衡电路原理图,1、设 I&C 为无功电流差，且 I C 1 I C 2。,O,& &,U1 = U 2,U& 1,U& 2,U& R1, U& R1,纯无功电流差,由相量图可知：U1,=,U2,经单相半波整流后可得到两个大小相等、极性相反的直流电压。该电路不反映无功电流差,CI,&,1 1 1U,CIU U R = ,1 2U U=,IK,2UCI,1 1 1 1 )dU,CI,2 CI,2、设 I&C 为纯有功电流差
13、，且 I C 1 I C 2。,O,由相量图可知：U1与 U2同相位， U1U2 。,2 2 1, = U + R, K I U 1,= 0.45U = 0.45(U + R K I,U d 2 = 0.45U 2 = 0.45(U 2 R1 ) K I,K I 纯有功电流差,U ab = 0.45 R1,该电压与有功偏差电流大小和方向成正比,3、设 I&C中既有有功电流分量， 又有无功电流差时,量的大小。,无功分量在其上的压降 很小可忽略。, U ab 只与I&C的有功分量有关，极性 取决于有功分,U& 1 与U& 2的大小也受无功分量的 影响，但因 R1较小，,第五节 投入并联的自动控制,
14、一、自动并联控制电路的组成,二、自动并联检测电路工作情况分析,一、自动并联控制电路的组成,投入并联时允许的压差、频差和相差的要求内容：,1、冲击电流、冲击功率的允许值,2、电压调节器和频率调节器所能达到的调节精度。,3、并联控制设备的动作时间误差。,电路的组成：,1、执行电路2、触发电路3、“或”门鉴压电路,4、电网有无电压检测电路5、自动并联检测电路,控制发电机投入电网触发执行电路的可控硅导通综合电网电压检测信号和自动并联检测信号,若电网无电压时，可发出合闸信号满足并联条件时发出合闸信号,自动并联控制电路图,= U sin ,二、自动并联检测电路工作情况分析1.变压器B1原、副边的电压波形,
15、ug = U gm sin g t uc cm ct,待并联发电机的电压为ug已投入电网的发电机电压为uc,瞬时压差为 ：（假设Ugm= Ucm = Um，压差为零）,= ug uc = U gm sin g t U cm sin c t,= = (UK KuS = sin t cos tK 2 2,原边：u,t,ug,uc,u0,原边电压波形,副边电压波形,t,u0,变压器原、副边的电压波形,2U m sin, g c2,t 为副边振荡电压的幅值包络线 g + c为副边电压振荡频率2,TS = = =,2. 整流滤波后的电压, S t,0,2, S t2,2,U S = U Sm sin,=
16、 U Sm sin,1 1 2f g fc f S,（1）当St时，USUSm最大，相当于发电机电压与电网电压反相串联，若合闸，则冲击电流最大；U S时，US0，发电机电压与电网电压同相位，如合闸，则,冲击电流为零。,整流后的电压包络线波形图注：整流滤波后的脉动电压US的大小可以反映出相位差的变化规律，而其周期的长短则反映出频差的变化规律。, S t0 0, 0 t +t0,uC = U Sm sin e, duC U Sm 0, dt ,3. 电容器C1的展波作用,S t,2,U S,2, 0,U Sm,U S 0,U S1,电容器开始放电的初始电压UC0为：U C 0 = U S 0 =
17、U Sm sin = U Sm sin2 2,放电曲线： 2 ,放电速率：,= sin t = t0 2在-，0内脉动电压的下降率：,电容器充、放电波形 dUS S St0 0cos t=t0 2 2 2,= , duC dU S , dt dt, 0 0,在电容器开始放电时，放电速率与脉动电压下降率相等,sin,U Sm,= fU Sm cos2 2, t = t0 t = t0,即 ,S t,2,2,0,S t,2,2,0,分析：f越大，0越大，a沿US曲线上升。,f小时,则有：0 = 2tg 1 ( f ),f大时,4. 自动并联检测电路对频差及相差的检测,S t,a,b,m最大相位差,
18、f 较大时，Ua较大，脉动电压US的周期TS较短 ，使得UC始终大于UCZ 。因而不能发合闸信号。,可改变电容的放电时间常数和合闸电压来调整投入并联的频率大小并使之满足规定值。频差满足要求时，相位差也基本满足要求。,U CZU Sm,1,如图所示的是并联时的最大相位差角 m： m = 2sin,u 2U cm S t g + c,5. 对压差的检测u = U gm sin g t U cm sin c t= U cm (sin g t sin c t ) + (U gm U cm ) sin g t,cos,S t2, g + c2,= 2U cm sin,t + (U gm U cm ) s
19、in g t,(U gm U cm ) sin g tK,uS = = sin cosK K 2 2,+,副边电压：,u 2U cm S t g + c,S t,U S,U,0 .45K,S t,U S,U,0 . 45K,U较小时,U较大时,(U gm U cm ) sin g tK,uS = = sin cosK K 2 2,+,使原有的脉动电压曲线US上再叠加一个直流电压：,0 .4 5K,(U g U c ),分析：当压差U太大，使0.45U/KUCZ时,电路不能发合闸信号。,小结,1、飞机交流电源并联运行的五个条件。,2、根据同步发电机的功角特性，理解飞机交流电源,有功、无功功率的调节原理。,3、利用相量图分析有功、无功功率自动均衡线路工,作原理。,4、自动并联电路的组成及工作原理,
