电能系统基础 第二章2.4同步发电机(参数)
同步发电机原理
同步发电机原理同步发电机是一种常见的发电机类型，它以同步速度旋转，与电网保持同步运行。
本文将介绍同步发电机的工作原理及其在电力系统中的应用。
一、同步发电机的工作原理同步发电机的工作原理基于电磁感应和电动机原理。
当励磁电流通过转子产生时，它在转子内部产生一个旋转磁场。
当电源连接到同步发电机的定子绕组上时，定子绕组中的电流产生一个定子磁场。
两个磁场之间会产生相互作用力，使得同步发电机开始旋转。
同步发电机的转子是由电磁体和轴径组成。
电磁体是一个绕制电磁线圈的铁芯，通过电流激磁。
电流流过电磁体时，它在铁芯上产生一个旋转磁场。
定子绕组是连接到电源的线圈，通过电流激励定子绕组，产生一个不变的磁场。
当两个磁场相互作用时，同步发电机开始工作。
二、同步发电机的应用1. 电力系统中的应用同步发电机是电力系统中最常见的发电机类型之一。
它们通常连接到电网中，以稳定电力供应。
同步发电机的工作原理保证了它们与电网保持同步运行，将机械能转化为电能。
2. 工业应用同步发电机也被广泛应用于工业领域。
它们可以为工厂提供电力，满足各种设备和生产线的需求。
同步发电机具有高效率和稳定性，可靠地为工业生产提供电力支持。
3. 发电厂中的应用同步发电机常用于发电厂中，作为主要的发电机组。
它们可以根据电网负荷的需求进行输出调节，保持电网的稳定运行。
同时，同步发电机还可以通过调整励磁电流来控制其输出功率。
4. 新能源领域中的应用随着新能源技术的发展，同步发电机也被广泛用于风力发电和水力发电等新能源领域。
同步发电机可以将风轮或涡轮机的旋转运动转化为电能，为清洁能源的开发做出贡献。
总结：同步发电机是一种重要的发电机类型，其工作原理基于电磁感应和电动机原理。
在电力系统、工业应用、发电厂以及新能源领域中都有广泛的应用。
通过理解同步发电机的原理，我们可以更好地理解电能的转化和供应过程，推动电力行业的发展。
《同步发电机》课件
清洁保养
保持同步发电机的清洁 ，定期进行保养，如更 换润滑油、清洗空气过
滤器等。
故障处理
及时发现并处理同步发 电机运行中的故障，防
止设备损坏。
记录管理
建立并维护同步发电机 的运行记录，以便对设
备进行跟踪和管理。
04
同步发电机的故障诊断 与处理
同步发电机常见故障类型
机械故障
包括转子、定子、轴承等部件的故障 ，如转子不平衡、轴承磨损等。
03
对于热故障，可能需要 加强冷却系统或调整负 载以降低温度。
04
对于控制和保护系统故 障，可能需要修复或更 换失灵的调节器或保护 装置。
05
同步发电机的未来发展 与展望
同步发电机技术发展趋势
01
02
03
高效能化
随着技术的不断进步，同 步发电机在材料、设计和 制造方面将更加高效，提 高发电效率和降低能耗。
电气故障
包括定子绕组、转子绕组、励磁系统 等部分的故障，如匝间短路、励磁绕 组开路等。
热故障
由于发电机过热引起的故障，如定子 绕组过热、轴承过热等。
控制和保护系统故障
包括励磁调节器、控制系统等部分的 故障，如调节器失灵、保护装置误动 作等。
度监测
通过监测发电机的振动和声音，可以发现 机械和电气故障。
同步发电机的应用场景
水力发电
核能发电
利用水轮机带动同步发电机转动，将 水能转换为电能，广泛应用于水电站 。
利用核反应堆产生的热能驱动汽轮机 ，进而带动同步发电机转动，将核能 转换为电能，广泛应用于核电站。
火力发电
利用汽轮机带动同步发电机转动，将 热能转换为电能，广泛应用于火电站 。
同步发电机的参数测定和运行特性课件
同步发电机的参数测定和运行特性
在纯感性负载时
E0 UIxs
•磁路饱和决定于空气隙中的 合成磁场，忽略漏阻抗压降， 则决定于端电压。
•不同的端电压时，xs不同 •当磁路不饱和时，同步电抗 电压为c’a’，比ca大。不饱 和同步电抗的数值比饱和同步 电抗的数值大。
xs
xs UN
IN xs UN
ca ab
同步发电机的参数测定和运行特性课件
电机学
同步发电机的参数测定和运行特性
同步发电机的空载特性
ab
•当励磁电流较小时，由于磁通较 小，电机磁路没有饱和，空载特性 呈直线（将其延长后的射线称为 （气隙线）磁势主要消耗在气隙上
•随着励磁电流的增大，磁路逐渐 饱和，磁化曲线开始进入饱和段。 （向下弯曲）
•铁磁饱和后，需磁势迅速增大， 横向距离bc为铁磁部分的磁压
•
0
短路特性
IO INΒιβλιοθήκη •jI Xs•
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纯去磁
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短路特性不饱和
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同步发电机的参数测定和运行特性课件
电机学
凸极同步发电机 的短路特性分析
同步发电机的参数测定和运行特性
IN
同步发电机的参数测定和运行特性课件
同步发电机的参数测定和运行特性
电机学
转差率试验，测定xd、xq
同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，转子激 磁绕组开路（不加激磁），在定子端子上外施—对称三 相电压。为了避免转子被牵入同步，外施电压约为额定 电压的1/4左右，且使其相序能保证电枢旋转磁场的转 向与转子的转向—致。
电力系统自动装置原理：第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)
第四节 频率差和电压差的调整
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的
电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） UG < U X ，发升压脉冲； （2） UG > U X ，发降压脉冲；
•实施原理、原则：与频率差调整相似。
主要内容
1. 概述 2. 准同期并列的基本原理 3. 自动并列装置的工作原理 4. 频率差与电压差的调整 5. 数字型并列装置的组成
) 重点：
并列操作的两种方式； 准同期并列的理想条件；
自动准同期装置的组成；
恒定越前时间并列装置的基本原理 ；
微机式准同期装置的原理与优点。
本章作业：
1、 什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基 本原则。 2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？ 3、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有 关，应当如何整定? 4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任 务是什么? 5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？ 6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检 测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。
第五节 数字式并列装置
一、概述
用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并 列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上 已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。
模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内， 把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性 ，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的 越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。
原理：驱动器控制的三相电形成电磁场， 转子（永磁铁）在此磁场作用下转动； 同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。
第二章2.4同步发电机(参数)讲义
同步发电机简化为：定子3个绕组、转子3个绕组、 气隙、定子铁心、转子铁心组成的6绕组电磁系统。
2018年12月28日星期五
同步发电机的结构
定子：a、b、c三相绕阻 转子：励磁绕阻f； 实际的同步电机或是在转子极面上装 阻尼条，或是隐极机本身的整块转子具有 阻尼绕阻作用。可以用等效的D、Q绕组 来代表它们。
隐极发电机电Leabharlann 方程由于隐极机时 xd xq
Eq U rI jxd I
Eq
q
jIxd
I
U
d
r
xd
I
U d rI d xd I q U q Eq rI q xd I d
Eq
U
为发电机端电压相量， I 为电流相量。 Eq 为同步机的空载电势， U
凸极发电机电压方程
同步发电机
本节知识点：
认识同步发电机的结构 稳态运行模型及相关参数 暂态运行模型及相关参数
同步发电机结构
同步发电机简化等值图
气隙 转子
2018年12月28日星期五
定子
定子上3个等效绕组
B相绕组
A相绕组
C相绕组
2018年12月28日星期五
转子上3个等效绕组
q轴等效的阻 尼绕组
励磁绕组 d轴等效的阻 尼绕组
xD xad
xD
xd xad
x
x f xad
x f
xad
xad
1 x x 1 1 1 xad x f xD
'' d
2.4.2同步发电机次暂态参数
' x 交轴次暂态电抗 q 实质上就是旁边有一个短路绕 组D时qq绕组的等值电抗。
电力系统基础知识-发电机基础常识
1．什么是“同步”发电机?同步转速是如何确定的?答：发电机是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大致可分为水轮发电机(水力)和汽轮发电机(蒸汽)。
本书所涉及的内容均是指同步发电机(限于立式水轮发电机)。
发电机在正常运行时，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这个磁场由两个磁场合成：转子磁场和定子磁场。
所谓“同步”发电机，就是指发电机转子磁场的转速(原动机产生)与定子磁场的转速(电力系统频率决定)相等。
转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组(磁极)产生，转子磁场的转速也就是转子的转速，也即整个机组的转速。
转子由原动机驱动，转速由机组调速器进行调节，这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示。
定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组(按120°对称布置)产生，其转速由式确定(式中：p为转子磁极对数；f为电力系统频率；n为机组转速)。
从式中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固定不变的，而我国电力系统的频率也是固定的，即50Hz(也称工频)，可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的转速在发电机制造完成后就是“定值”。
当然，电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理论值，而是允许在这个值的上下有微小的波动，也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的。
转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动态的调整。
如果转速不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机“失步”了。
2．什么是发电机的飞轮力矩。
?它在电气上有什么意义?答：发电机飞轮力矩，是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积。
看起来它是一个与电气参数无关的量，其实不然，它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大。
它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升，它首先应满足输水系统调节保证计算的要求。
当电力系统发生故障，机组负荷突变时，因调速机构的时滞，使机组转速升高，为限制转速，机组需一定量的，越大，机组转速变化率越小，电力系统的稳定性就越好。
同步发电机的额定参数
同步发电机的额定参数
同步发电机()的主要额电参数有：
1额定功率(pe)：指发电机在额定运行情况时所能输出的最大有功功率，单位为千瓦(kW)或兆瓦(MW)。
2额定电流(Ie) ：指发电机在额定状态运行时的线电流，单位为安(A)或千安(kA)。
3额定转速(nc) ：发电机为了维持交流电的频率为50Hz时所需要的转速，单位为转/分(r/min)。
4额定效率(ηe) ：指发电机在额定状态运行时的效率。
5额定电压(Ue)：指发电机在正常运行时的线电压，单位为伏(V)或千伏(kW)。
6额定频率(fe) ：我国规定额定频率为50Hz。
7额定功率因数(cosφe)：指电机额定运行时的功率因数。
8额定温升：运行中发电机定子绕组和转子绕组允许比环境温度升高的度数。
我国规定环境温度以40℃计算。
《同步发电机简介》课件
机组运行和维护经验
总结词
介绍该大型电厂同步发电机组在运行和维护过程中的经验，包括运行方式、维护周期、常见故障及处 理方法等。
详细描述
该大型电厂的同步发电机组在运行过程中，采用并网运行方式，通过调节励磁电流来控制输出电压和 无功功率。机组需要定期进行维护，包括清洗、检查和更换磨损部件等。在运行过程中，常见的故障 包括转子匝间短路、定子绕组接地等，处理方法包括更换损坏的绕组、加强绝缘等。
环保化
随着环保意识的提高，未来 同步发电机将更加注重环保 设计和制造，减少对环境的 负面影响。
定制化
为了满足不同用户的需求， 未来同步发电机将更加注重 定制化设计和制造，提供更 加多样化的产品选择。
同步发电机的未来展望
广泛应用
随着能源结构的调整和可再生能源的发展，同步发电机将 在更多领域得到应用，如风力发电、水力发电和太阳能发 电等。
无刷同步发电机
采用电子换向器代替机械换向器， 结构简单，维护方便，但成本较高 。
同步发电机的应用场景
01
02
03
04
电力系统
作为大型电站的主要发电设备 ，为电网提供电能。
工业领域
用于驱动各种电动机、压缩机 等设备。
船舶和航空领域
用于船舶和航空器的电源系统 。
科研和军事领域
用于实验室、雷达、通信等设 备和军事用途。
THANKS
感谢观看
环保节能
采用环保材料和节能技术，降低同步 发电机的能耗和排放。
05
同步发电机的发展趋势和未来展 望
同步发电机的发展趋势
高效能
随着技术的进步，同步发电 机在效率和性能方面不断提 高，未来将更加注重高效能 的设计和制造。
同步发电机
空载特性
同步发电机结构图发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电 流感生出的空载电动势 （三相对称），其大小随的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者 不成正比。反映空载电动势与励磁电流关系的曲线称为同步发电机的空载特性 。
电枢反应
当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与 转子的转速相等，两者同步旋转 。
结构
同步发电机的结构同步发电机的结构按其转速分为高速和低（中）速两种。
前者多用于火电厂和核电站；后者多与低速水轮机或柴油机联动。在结构上，高速同步发电机多用隐极式转 子，低（中）速同步发电机多用凸极式转子 。
工作原理
（1）主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 （2）载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 （3）切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割 定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 （4）交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周 期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 （5）感应电势有效值：每相感应电势的有效值. （6）感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p。 （7）交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了 感应电势的三相对称性。 （8）同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电的频率应该是一个不变的值，这就要求 发电机的频率应该和电的频率一致。我国电的频率为50Hz 。
同步发电机和同步电动机的基本原理
同步发电机和同步电动机的基本原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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同步发电机的基本方程
VS
详细描述
同步发电机的电压方程是描述发电机端电 压与内部电势、电流和阻抗之间关系的数 学表达式。这个方程通常采用三相坐标系 或同步坐标系来表示。在三相坐标系中， 电压方程可以表示为三个一阶微分方程， 而在同步坐标系中，电压方程可以简化为 一个二阶微分方程。
同步发电机的电流方程
总结词
描述同步发电机内部电流与电压、磁链和阻 抗之间的关系。
工业领域
在工业领域中，同步发电机可用于驱动各种电动 机、压缩机、泵等设备。
交通领域
在交通领域中，同步发电机可用于驱动列车、地 铁、船舶和飞机等交通工具。
02
同步发电机的基本原理
同步发电机的电磁原理
总结词
描述同步发电机如何通过磁场和电流相互作用产生电力的过程。
详细描述
同步发电机的基本原理是利用磁场和电流的相互作用产生电能。在发电机中，磁场由励磁系统产生，而转子上的 导线则会在旋转过程中切割磁力线，从而产生感应电动势。这个电动势的大小与磁场强度、导线切割磁力线的速 度以及导线与磁场的相对角度有关。
详细描述
功率控制的主要目标是确保发电机输出的有功功率和 无功功率满足电网的需求，同时保持电网的稳定运行 。为实现这一目标，功率控制器需要监测电网的有功 功率和无功功率需求，以及发电机的输出功率，通过 调节发电机的励磁电流和气门开度等参数，实现有功 功率和无功功率的解耦控制。常用的功率控制策略包 括恒功率控制、恒压控制和下垂控制等。
详细描述
同步发电机的磁链方程是描述发电机内部磁链与电压、电流和极对数之间关系的数学表 达式。这个方程通常采用三相坐标系或同步坐标系来表示。在三相坐标系中，磁链方程 可以表示为三个一阶微分方程，而在同步坐标系中，磁链方程可以简化为一个二阶微分
同步发电机篇
同步发电机篇第一节同步发电机的工作原理我们知道，导线切割磁力线能产生感应电动势，将导线连成闭合回路，就有电流流过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。
当同步发电机的三相绕组与负载接通时，对称三相绕组中流过对称三相电流，并产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1=60f/p，即定子旋转磁场的转速与发电机转子转速相同，亦就是同步，故称为同步发电机。
第二节同步发电机的基本结构从发电机的工作原理可知，同步发电机是由定子、转子两个基本部分组成的。
1．定子定子由定子铁芯、定子绕组（也叫电枢绕组）、绝缘引水管、机座、端盖、空冷器及挡风装置等部件组成。
定子铁芯是电机磁路的一部分，同时也嵌放定子绕组。
定子铁芯的形状呈圆筒形，在内壁上均匀地分布着槽。
为了减小铁芯损耗，定子铁芯一般采用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠装制成。
当定子铁芯外径大于1m时，用扇形冲片（如图3–3所示）拼成一个整圆，错缝叠装，沿轴向分成若干段，段与段之间留有1cm宽的风道。
整个铁芯用非磁性的端压板和抱紧螺杆压紧固定于机座上。
定子绕组是定子的电路部分，它是感应电动势、通过电流、实现机电能量转换的重要部件。
定子绕组用铜线或铝线制成。
汽轮发电机多采用双层叠绕组。
为了减小集肤效应引起的附加损耗，绕制定子绕组的导线由许多互相绝缘的多股线并绕而成，在绕组的直线部分还要换位，以减小因漏磁通而引起各股线间的电势差和涡流。
定子机座应有足够的强度和刚度，一般机座都是用钢板焊接而成，主要用于固定定子铁芯，并和其它部件一起形成密闭的冷却系统。
2．转子转子由转子铁芯、转子绕组（也叫励磁绕组）、护环、滑环、风扇、转轴等部件组成。
对于一对磁极的汽轮发电机，其转速达3000r/min。
因此转子要做得细一些，以减少转子圆周的线速度，避免转子部件由于高速旋转的离心作用而损坏。
所以转子形状为隐极式，它的直径小，为一细长的圆柱体。
转子铁芯既是电机磁路的一部分，又是固定励磁绕组的部件，大型汽轮发电机的转子一般采用导磁性能好、机械强度高的合金钢锻成，并和轴锻成一个整体。
第二章2.4同步发电机(参数)解析
同步发电机的结构和等值
同步发电机各回路电路图
rf
+
uf
if
L ff
-
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同步发电机电势和磁链方程
ua ria p a
a Laaia Mabib Macic Maf i f MaDiD MaQiQ
x D x
x f
xad
x'd' x
1
1 1
1
xad x f xD
2.4.2同步发电机次暂态参数
交轴次暂态电抗 xq' 实质上就是旁边有一个短路绕 组D时qq绕组的等值电抗。
xq xaq
xQ xaq
x
xQ
xaq
xaq
x'q' x
1
1
1
xq
xa2q xQ
xaq xQ
同步发电机三相短路时的电流波形
同步发电机
本节知识点：
认识同步发电机的结构 稳态运行模型及相关参数 暂态运行模型及相关参数
同步发电机结构
同步发电机简化等值图
气隙
2020年10月15日星期四
转子
定子
定子上3个等效绕组
B相绕组
A相绕组
C相绕组
2020年10月15日星期四
转子上3个等效绕组
q轴等效的阻 尼绕组
励磁绕组
d轴等效的阻 尼绕组
对凸极机，因 xd xq ，与交 轴电流 Iq 对应的电抗是 xq ，方
程变为：
同步发电机的基本知识及结构
温升与绝缘等级
温升
指同步发电机在运行过程中各部分温度 相对于环境温度的升高值。温升过高会 影响发电机的性能和寿命，因此需要对 发电机的冷却系统进行合理设计。
绝缘等级
指同步发电机绝缘材料的耐热等级，即 绝缘材料在连续运行条件下能够承受的 最高温度。绝缘等级越高，发电机的耐 热性能越好，但成本也相应增加。
应用领域与前景
• 大型电站：作为主力电源，为电网提供稳定、可靠的电能。 • 分布式能源：在分布式能源系统中，如微电网、智能电网等，同步发电
机可以作为重要的电源组成部分。 • 可再生能源：在风力发电、太阳能发电等可再生能源领域，同步发电机
作为并网逆变器的重要组成部分，实现电能的并网传输。 • 前景：随着电力系统的不断发展和完善，以及可再生能源的大规模应用，
灭磁装置
在发电机停机或故障时， 迅速切断励磁电流，避免 发电机因磁场过强而损坏。
冷却系统
冷却介质
通常采用空气或水作为冷 却介质，将发电机内部产 生的热量带走。
冷却器
冷却器是将冷却介质进行 冷却的装置，如散热器、 冷却塔等。
冷却风扇或水泵
驱动冷却介质循环流动的 装置，如冷却风扇或水泵 等。
03 同步发电机的工作原理
无松动现象。
检查发电机的滑环和电刷，确 保其表面光滑、无磨损、无裂 纹，电刷长度符合要求。
检查发电机的轴承和润滑系统 ，确保轴承无异常声响、无过 热现象，润滑油油位正常、油 质良好。
常见故障及处理方法
发电机无法启动或启动困难
01
检查电源线路、启动电机、控制系统等，确保电源供应正常、
启动电机工作良好、控制系统无故障。
同步发电机的需求将持续增长。未来，同步发电机将朝着更高效率、更 低排放、更高可靠性和更智能化的方向发展。同时，随着新材料、新工 艺和先进控制技术的应用，同步发电机的性能将得到进一步提升。
同步发电机原理
电压与频率
相数与相位
同步发电机通常有三相绕组，各相绕 组产生的感应电动势具有固定的相位 差，分别为120度。
感应电动势的大小与磁通和转速成正 比，从而产生相应的电压和频率。
同步发电机的机械原理
旋转运动
同步发电机的转子通过原动机（ 如汽轮机、水轮机等）驱动旋转 ，从而带动励磁绕组和定子绕组 旋转。
机械能转换为电能
维护
为保证同步发电机的稳定运行，应定 期进行维护保养，如清洗、润滑、紧 固等。同时，应定期检查发电机的机 械和电气部分，确保其正常工作。
常见故障与处理方法
故障一
发电机无法启动。处理方法：检 查励磁系统是否正常，调整励磁
电流和电压至合适值。
故障二
发电机运行中振动过大。处理方法： 检查发电机的安装基础是否牢固， 调整发电机的位置和角度，确保其 稳定运行。
新材料与新技术的应用
新材料
新型材料如碳纤维、纳米材料等在同步发电机中的应用，有助于减轻发电机重量、提高机械强度和散 热性能。
新技术
随着电力电子技术和控制理论的进步，新的控制策略和算法被应用于同步发电机，以实现更精确的电 压和频率调节。
智能化与自动化控制
智能化
通过集成传感器和先进的控制算法，同 步发电机能够实现自我监测、故障诊断 和预测性维护，提高运行可靠性和维护 效率。
同步发电机的调节特性
总结词
同步发电机的调节特性是指其输出电压、频率和功率因数等参数随励磁电流变 化的特性。
详细描述
通过调节励磁电流，可以控制同步发电机的输出电压、频率和功率因数等参数。 在并网运行时，为了保持电网的稳定，需要保持发电机的端电压与电网电压基 本一致。
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同步发电机的运行与维护
第二章(1-3节) 同步发电机励磁自动控制系统教案
第二章 同步发电机励磁自动控制系统第一节 概述励磁电流I EF空载电动势q E •同步发电机的励磁系统=励磁功率单元+励磁调节器一、同步发电机励磁控制系统的任务 （一）电压控制 单机运行:•••=+q d G G E X I j U式中 ——发电机直轴同步电抗图2-1 励磁控制系统结构框图图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系 (a) 同步发电机运行原理；(b) 等值电路；(c) 矢量图)(bGI •d)(a GU •U I •qE •X I U E d Q G G q +=δcos式中δG—qE •与GU •间的相角，即发电机的功率角；QI •—发电机的无功电流。
一般δG很小，可近似认为1cos ≈δG，于是，可得简化的运算式为X I U E d Q G q +≈上式说明，负荷的无功电流是造成与幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者之间的差值也越大。
线1：I EF 1不变()1,Q GeI U()22,Q G I U 曲线2：I EF 2不变()1,Q GeI U()2,Q Ge I U（二）控制无功功率的分配1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题：图2-3 同步发电机的外特性I QQ 2Q 1U GU G 2U G e 励磁不变励磁增加)(a 常数=U G GK 2'Q I •Q I •1G I K 1•1q E •qE•2q E无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率P G均为常数，即==ϕcos I U P G G G 常数 ==δsin X U E P dGq G 常数 k I G 1cos =ϕ K E q 2sin =δ•G I 的端点则沿着'BB 虚线变化 •q E 的端点则沿着'AA 虚线变化由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
2、并联运行各发电机间无功功率的分配当母线电压为U M 1时：I I I Q Q Q 21+=无功负荷增加,母线电压降到U M 2时：/2/1/Q Q Q I I I +=显然：图2-5 并联运行发电机间无功负荷的分配)(bQ 2Q 1Q 2Q 1)(a I QI I Q Q 21∆>∆（三）提高同步发电机并联运行的稳定性励磁自动控制系统是通过改变励磁电流I EF从而改变空载电动势q E •值来改善系统稳定性的。
同步发电机的参数及其额定值
§1同步发电机的运行
3)运行频率不同于额定值时发电机的运行
按照规程规定，发电机运行频率容许变动范围是 ±0.5Hz。
运行频率比额定值高时，发电机的转速升高，转子承受 的离心力增大，可能使转子某些部件损坏，因此频率增高主 要是受转子机械强度的限制。同时，频率增高，转速增加， 通风摩擦损耗也要增大，虽然在一定电压下，磁通可以小些， 铁耗也可能有所降低，但总的来说，此时发电机的效率是下 降的。
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§1同步发电机的运行
大型机组的Ta ，Td和Td值与阻抗及电阻有关，虽然阻抗值 稍大，但由于加强冷却，采用的电流密度较大，所以电阻值 远较一般机组大，Ta ，Td和 Td 的数值显得较小。
机械时间常数Tm与转动惯量J及转速n的平方成正比，而与
容量成反比。同容量水轮发电机的J、n值较汽轮发电机大，所
发生变化。转子绕组温度不超过额定值的转子容许负荷由
下式决定，即
Ir Nr 0
I Nr
tNr
（1－5）
14
§1同步发电机的运行
例：以某一台发电机为例，定子绕组用沥青云母绝缘，
NS =105℃， N 0 =40℃，t NFe =25℃，t NCu=40℃。转子绕组用B级
绝缘， Nr =130℃，t Nr =90℃，将上列数值代入式(1-3)和式 (1-5)，求得不同冷却介质温度下定子和转子电流容许倍数， 列于表1-2。
发电机运行的最高容许电压，应遵照制造厂的规定，最 高值不得超过额定值的110％。
现代大容量发电机，都是按相当高的饱和程度设计的， 当运行电压超过5％~10％时。就会由于过度饱和，定子旋转 磁场的漏磁部分大大增加，使定子本体机架回路感应出很大 电流(有时可达几万安)，在机架的一些接缝处造成局部发热， 甚至引起火花，使机器损坏。
第二章2.4同步发电机及其基本方程
定子和转子各相绕阻间的互感系数
以f.D绕组与a相绕组之间的互感系数为例： 偶函数，周期为2π
D绕组换下标f为D即可。 而Q绕组与 a.b.c 三相绕组间互感比上式落 后90度 为正旋函数
定子和转子各相绕阻间的互感系数
总结：
D绕组换 Q绕组与 a.b.c 三相绕组间互感比上式落 后90度 为正旋函数
基准值的选取(转子侧）
1. 励磁绕组与阻尼绕组均遵从励磁绕组基准值 2. 等效变压器法确定转子励磁绕组电流基准 定转子磁势相等：
3. 功率基准和时间基准相同 4. 励磁绕组电压基准 5. 其它基准
同步发电机基本方程
2.4.1同步电机的对称稳态运行
同步发电机基本方程的应用实例。 1。对称稳态运行
理解阻尼绕组：端环的等效作用。
电磁基础
磁动势F NI F l 磁通 ，其中Rm 磁链 N NI Rm s F 串联回路 Rm1 Rm 2 j 4.44 fN E
理想同步发电机
㈠忽略励磁饱和、磁滞、涡流等，认为电机铁 心部分导磁系数为常数，可应用迭加原理。 ㈡电机转子在结构上对于纵轴与横轴对称。 ㈢定子三相绕组互差120度，结构完全对称，均 在气隙中产生正弦分布磁动势。 ㈣电机空载，转子恒速旋转，转子绕组的磁动 势在定子绕组中感应的空载电势是时间的正弦 函数。 ㈤定转子的槽和通风沟不影响其电感。
潮流计算中：P+jQ 或 (V,θ) 短路计算中（电磁暂态分析）：
稳态模型：VG=Eq-jXdI、 VG=EQ-jXqI
(包含参数：Eq、EQ、Xd、Xq) (包含参数：E’、Xd’、Xq) (包含参数： Ed’’、 Eq’’、E’’、Xd’’、Xq’’)
同步发电机简介-PPT文档资料
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(c)
0.5
0.5
磁势合成空间向量始终位于电流 最大相绕组的轴线上
保证发电机电压波形为正弦的措施： 1).电枢绕组采用短距、分布。 2).对汽发采用较大的每极每相槽数q，对水发采用分数q 3).对汽发,转子采用分布绕组，对水发，磁极采用不均匀气隙
▪ 电枢反应 ▪ 电流的时间相量和磁势的空间向量. 三相绕组流过对称电流时
同步发电机参数:电抗、时间常数
▪ 同步电抗：直轴 Xd=xσ +Xad
▪
交轴Xq=xσ+ Xaq
▪ Xad,Xaq 直轴交轴电枢反应电抗,xσ定子漏抗
▪ 次瞬变电抗：直轴Xd”、交轴Xq”
▪ 瞬变电抗:直轴Xd’、交轴Xq’
▪ 负序电抗X2、零序电抗Xo
▪ 时间常数: Tdo’定子开路励磁绕组时间常数、Td’定 子短路励磁绕组时间常数，它也是定子短路电流中瞬 变分量衰减的时间常数
▪ 又如三峡电厂建成后的全国联网，会产生0.13Hz的 超低频振荡，目前正在研究对策。
▪ C). 机组间的振荡
▪ 同一电厂内或邻近电厂的2台或多台同步发电机间的 振荡, 摆动频率在1.5—3Hz间，注意,这也可能因 PSS参数设定不适当引起的。
▪ D). 扭振
▪ 指同一台发电机组中旋转元件，比如发电机转子， 汽轮机转子或励磁机转子间相对角位移的扭动，其 频率>=4Hz，扭振的后果很严重，会造成大轴扭断 等重大事故，产生扭振的原因很复杂，例如为提高 输电容量的串联电容补偿线路电抗，取得太大时会 产生。
▪ 短路比scr指产生发电机空载额定电 压的励磁电流Ifo和产生额定短路电 流的励旅磁电流Ifk之比。
▪ Scr和 Xd’是同步发电机的重要参 数，对同步发电机制造成本和运行 性能如静稳定和动态稳定有很大影 响。一般讲scr大较好，Xd’小较 好。
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隐极发电机电压方程
由于隐极机时 xd xq
Eq U rI jxd I
Eq
q
jIxd
U
I
Ud rId xd Iq Uq Eq rIq xd Id
d
r
xd
I
Eq
U
Eq 为同步机的空载电势， U 为发电机端电压相量，I 为电流相量。
xq xaq
xQ xaq
x
xQ
xaq
xaq
x'q' x
1 1 1
xq
xa2q xQ
xaq xQ
同步发电机三相短路时的电流波形
d轴等效的阻 尼绕组
同步发电机简化为：定子3个绕组、转子3个绕组、 气隙、定子铁心、转子铁心组成的6绕组电磁系统。
2019年11月4日星期一
同步发电机的结构
定子：a、b、c三相绕阻 转子：励磁绕阻f；
实际的同步电机或是在转子极面上装 阻尼条，或是隐极机本身的整块转子具有 阻尼绕阻作用。可以用等效的D、Q绕组 来代表它们。
有一个短接绕组f情况下的等值电抗。把dd和f绕组看作
一个副绕组短路的双绕组变压器，等值电路如下图。
xd xad
x f xad
x
x f
xad
xad
x'd x
1 1 1
xd
xa2d xf
xad x f
同步发电机暂态参数
次暂态电抗的磁通分布
2.4.2同步发电机次暂态参数
凸极发电机电压方程
对凸极机，因 xd xq ，与交 轴电流 Iq 对应的电抗是 xq ，方
程变为：
Ud rId xq Iq Uq Eq rIq xd Id
所以
Ud jUq r(Id jIq ) jxd Id jxq ( jIq ) jEq
Eq U rI jxqIq jxd Id U rI jxqId jxqIq jxd Id jxqId U rI jxqI j(xd xq )Id EQ j(xd xq )Id
发电机定子绕组电抗
xq 就是将励磁绕组开 路，定子施加三相对称 电流并使其产生的定子 合成磁势产生单纯交轴 磁场时，任意一相定子 绕组的电抗，称为交轴 同步电抗。
稳态电势方程、向量图和等值电路
同步机稳态电压方程的应用
由已知的发电机运行状态（电压、电流、功 率因数角）及给定的铭牌参数求取空载电势 和功角。
同步发电机的结构和等值
同步发电机各回路电路图
rf
+
uf
if
L ff
-
rD
uD 0
iD
LDD
rQ
uQ 0
iQ
LQQ
Laa ra rb Lbb
rc Lcc
ia ib ic ua ub uc
同步发电机电势和磁链方程
ua ria p a
a Laaia Mabib Macic Maf i f MaDiD MaQiQ
同步发电机
本节知识点：
认识同步发电机的结构 稳态运行模型及相关参数 暂态运行模型及相关参数
同步发电机结构
同步发电机简化等值图
气隙
2019年11月4日星期一
转子
定子定子上3个等效绕组来自B相绕组A相绕组
C相绕组
2019年11月4日星期一
转子上3个等效绕组
q轴等效的阻 尼绕组
励磁绕组
由于转子和定子绕组之间的相对旋转，加之凸极机 转子d轴和q轴方向上结构不对称，使得磁链方程中的自 感和互感系数随转子旋转其数值也周期性变化，也就是 说回路的电压方程是变系数微分方程，难以求解。 解决方程：park变换
发电机定子绕组电抗
xd 就是将励磁绕组开 路，定子施加三相对称 电流并使其产生的定子 合成磁势产生单纯直轴 磁场时，任意一相定子 绕组的电抗，称为直轴 同步电抗。
直轴次暂态电抗 xd'' 实质上就是旁边有两个短路绕组f和 D时dd绕组的等值电抗。
xD xad xd xad
x f xad xad
x D x
x f
xad
x'd' x
1
1 1
1
xad x f xD
2.4.2同步发电机次暂态参数
交轴次暂态电抗 xq' 实质上就是旁边有一个短路绕 组D时qq绕组的等值电抗。
凸极机电压方程、向量图和等值电路
向量图
I
Eq
q
EQ jId ( xd xq )
jIxq
U
等效电路
d
r
xd
I
Eq
U
j(xd xq )Id
同步发电机暂态参数
同步发电机直轴磁通分布
（a）带负荷运行（稳态） （b）短路瞬间
同步发电机暂态参数
直轴暂态电抗
x
' d
实质上就是假想直轴等效绕组dd旁边