第10章同步发电机的并联运行-课件
同步发电机的并网运行
§3-1 概述
二、无限大电网
无限大电网：现代的电力系统容量很大，系统的电压和频率可以 看作是不变的，即U=常数，f＝常数， 这样的电网称为无限大电 网，所以无限大电网实际上是相当于一个内阻抗等于零的恒频、 恒压电源。
3.2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(3) 准整步法并车方法：
为判断发电机是否满足并联投入条件，常常采用同步指示器，最 简单的同步指示器由三组同步指示灯组成。同步指示器有两种接 法，一种是暗灯法，另一种叫旋转灯光法。
§3.2 同步发电机并联投入的条件和方 法
➢三、并联投入方法(4)
由于并网后的发电机运行情况要受到电力系统的制约，也就是它 的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。因此，对发电机的 运行分析将与单机运行有所不同。
实际上，系统的容量是有限的．无限大电网只是一个相对的概 念．负载增加时，就必须增加发电量，否则，电压和频率就会下 降，只是大容量系统中，电压和频率的变动很小而已。
采用准整步法并车的判断方法：
1. 暗灯法
在并联刀闸的对应端接上三组灯泡，如图3-4所示，每一组灯 泡称为相灯，由于相灯两端电压最大可达两倍相电压，因此， 对于相电压为220伏的发电机，应用两个220伏的灯泡串联作为 一组相灯，如果发电机和电网电压较高，必须用电压互感器降 压后再接相灯，而且发电机和电网的电压互感器必须有相同的 联结组别。
3.1 概述
➢一、并联运行的必要性(2)
系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，相互起补偿作 用。就以地区来说，地区大，时差也大，使用照明的时间也就错 开了，负载均匀，发电机就能经常满载运行，提高了设备的利用 率，若电力系统处在尖峰负荷(短时用电量较大)，可以用增开担 负尖峰负载的发电机来解决，不使电网中发电机的负载均衡性遭 到破坏。
同步发电机的基本电磁关系
jIq xaq
jIx
E
Ira
kaq
Faq
cos
kaq Fa
U
E0 E0 E d
Eaq cos
kad Fad
以上可以确定d轴，进一步确定
0 kaq Fa Fd Ff
Ff
I
E0 Ed Id xad
Ff Fd kad Fad
Fad
Iq
Fad I d
F d
Ff 1
§10-6 空载和短路特性
一、空载特性
定义：xs xa x 为同步电机的同步电抗。
5、相量图和等效电路 向量图
E0
jIxa
E
jIx
Ira U
I
等效电路
xs
xa
x
E a
E
～ E0
E
ra
I U
问：各角度的物理意义是什么？
二、考虑饱和时的磁动势－电动势相矢图 1、电磁关系：
if 励磁电流 （I 定子三相电流）
Ff 1
非线性
F
Fa
E
与U Ira平衡
时空相矢图 1.空间矢量：沿空间按正弦分布的量。
f
A
Y C
A
Ff 1
N B0
n1 Z
举例：励磁磁动势Ff 1;磁通密度B0;电枢磁动势Fa 。
2.时间相量：随时间按正弦规律变化的量。
f
S X
B
t
t
举例：空载电动势 E0 和电枢电流 I 。
3. 空间矢量与时间向量的关系：
A
Y C
A Ff 1
B0 N
解： cos1 0.8 36.8
E0
tg 1
I xq U sin U cos
三相同步发电机的并联运行
TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY实验报告电机学课程名称：三相同步发电机的并网运行实验项目：电机馆实验地点：电气1003班专业班级：2010000969学号: 学张洪铭生姓名：王淑红2012 年12 月21 日一、实验目的和要求（必填）1、掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。
2、掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。
二、实验内容和原理（必填）1、用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
2、用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
3、三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。
4、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。
（1）测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。
（2）测取当输出功率等于.05倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法与实验步骤（可选）1、旋转灯光法（1）按图接线。
三相同步发电机GS选用DJ18，GS的原动机采用DJ23校正直流测功机MG。
R st选用D44上180门电阻，R f1选用D44上1800门阻值，Rf2选用D41上9011 与90「|串联加上9^ 1与90「并联共2251阻值，R选用D41上901】固定电阻。
开关S1选用D52挂箱，S2选用D53挂箱。
并把开关S1打在“关断”位置，开关S?合向固定电阻端（图示左端）。
（2）三相调压器旋钮退至零位，在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下，合上电源总开关，按下“启动”按钮，调节调压器使电压升至额定电压220V，可通过V1表来观测。
（3）按他励电动机的起动步骤（校正直流测功机MG电枢串联起动电阻R st,并调至最大位置。
励磁调节电阻R f1调至最小，先接通控制屏上的励磁电源，后接通控制屏上的电枢电源），起动MF并使MG电机转速达到同步转速1500r/min。
将开关S2合到同步发电机的24V励磁电源端（图示右端），调节R f2以改变GS的励磁电流I f，使同步发电机发出额定电压220V，可通过V表观测，D53整步表上琴键开关打在“断开”位置。
同步发电机并联运行的条件
同步发电机并联运行的条件
船舶同步发电机并联运行时，待并发电机组与运行发电机组之间必须满足如下条件:
(1)待并发电机的电压有效值U，与运行发电机的电压有效值U相等，即U，=Us
(2)待并发电机的频率f与运行发电机的频率f相等，即f=f。
(3)待并发电机电压的相位8，与运行发电机电压的相位δ一致，即δ1=δ2。
(4)待并发电机电压的相序与运行发电机的相序相同。
由于船舶发电机在安装时已经对发电机的相序及电网的相序进行了测定，保证了相序一-致的条件，通常船舶发电机的并联运行时，并不检测相序条件。
准同步并车操作就是通过检测和调整待并发电机组的电压、频率和相位，使之在基本满足上述三个条件的瞬间通过发电机主开关的合闸投入电网。
这样就可以保证在并车合闸时没有冲击电流，并且并车后能保持稳定的同步运行。
实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定的频差才能快速投人并联运行。
下面来分析这三个并车条件。
同步发电机并联运行连接示意图和单相等效电路图，G为已在电网运行发电机，G为待并发电机。
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•
••
•
E U I Ra j I X
•
•
I Ra j I X
•
j I X
•
•
E j I X
•
E0
O
•
I
90
•
jI Xs
纯去磁
Fa
短路特性不饱和
If Ifk
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。
同步发电机的运行
电磁感应
02
03
极数与相数
转子磁场与定子磁场之间的相对 运动产生电磁感应，进而产生电 动势。
同步发电机的极数决定了磁场旋 转的速率，相数决定了产生的电 动势的相数。
同步发电机的能量转换过程
机械能转换为电能
当原动机带动发电机转子旋转时，磁场与转子电流相互作用 ，将机械能转换为电能。
能量的调节与控制
通过调节励磁电流或原动机输入功率，可以控制发电机的输 出电压和电流。
THANKS
感谢观看
电力系统
01
同步发电机是电力系统中的重要组成部分，用于发电和输配电。
工业
02
同步发电机广泛应用于各种工业领域，如钢铁、石油化工、电
力等，提供电力支持。
商业
03
商业场所如商场、酒店等也使用同步发电机作为备用电源，确
保电力供应的稳定性。
02
同步发电机的运行原理
同步发电机的电磁原理
01
磁场与电流
同步发电机在磁场中旋转，当电 流通过转子绕组时，产生磁场并 与定子磁场相互作用。
润滑
按照制造商的推荐，定期给发电机轴承和其他转动部 件添加润滑油或润滑脂。
同步发电机的定期检修
运行测试
定期启动发电机，检查其运行是否正常，记录 相关数据。
电气检查
检查发电机绕组、转子、定子等电气部件是否 完好，有无损坏或老化现象。
油水系统
检查燃油、冷却水等系统是否正常，确保无泄漏、堵塞等问题。
同步发电机常见故障及处理方法
同步发电机的运行
• 同步发电机简介 • 同步发电机的运行原理 • 同步发电机的启动与运行控制 • 同步发电机的维护与故障处理 • 同步发电机的发展趋势与展望
同步发电机的并联运行
I Z I ra j I d xd j I q xq
正序阻抗的分析和测定上一章已详细讨论。
2、负序阻抗Z－ （对应反转磁场）
I
Wf
Z r jx
WD
负序磁场，相对于转子以 二倍同步速旋转，在转子 的阻尼绕组和励磁绕组中 感应二倍频率的电势和电 流。
F
a
隐极同步机：xd =xq=xs 凸极效应：直轴和交轴磁路的磁阻不同 而传递能量
专门利用凸极电磁转矩来运行的电机称为反 应式同步电机或磁阻式电机
基本分量
’
附加分量
本章小结
• 同步发电机并联运行的条件与方法 • 同步发电机的功角特性 • 同步发电机有功功率的调节 • 同步发电机无功功率的调节 • 隐极、凸极同步发电机特点 作业：P.215 10-7、8、9、10
0.8UE0 1.6 sin " Pem xs
" 230
sin 30 0 sin " 0.391 0.8 1.6
I A1
IA
IC
I C1
对称分量系统
I B1
不对称分量系统
IB
第十章 同步发电机不对称运行
后果：损耗大、局部易发热、影响供电质量、 其它用电设备性能恶化
C
•不同相序分量的电压平衡式 （隐极电机为例）
U E0 I Z
转子正转、励磁电流恒定
各相序分量的电压平衡式
U E I Z
U E I Z
0 0 0
U E I Z
E ;E 0; E 0 0 E 0
同步发电机的并联运行(6)
j E0
I
xs
o o j U xs
例题
解：
（2）有功不变，调节励磁 C E0 sin 常数
PM
mE0U xs
sin
常数
E02
jI 2
x
d
E0 sin 常数
P2 mUI cos 常数
jI 3
E01
jI1 xd
U
x
d
A I3
I1 I2
B
I cos 常数
I cos 常数
率不变时，电枢电流I和励磁电流if的关系曲线 I=f (if )。由于这条曲线形状和英文字母 “V” 相
说明：保似持，有故功称功之率为不“变V，”当形调曲节线励。磁电流 if 时，E0 变化，若cos =1，则I 最小；若if 增加，则
E0
增加，I 增加， 滞后；若if 减小，则E0 减小
，
同步发电机的并联运行
否
改变？
（2）保持有功输入不变，调节励磁， 角及输出有
功
是否改变？
（3）保持输出无功不变，调节有功， 角及励磁电
例题
解：
（1）保持励磁不变，调节有功
if const E0 const E0 U jIxs
E 0的轨迹
E0
jIx s
U
I的轨迹
I E0 U j U j E0 jxs jxs xs xs
Ff 1
P2 mUI cos(90 ) 0 Q mUI sin(90 ) mUI (容性无功功率）
发电机发出容性无功，相当于吸收感性无功。 电网吸收容性无功，相当于一电容。
同步发电机的并联运行
11.6 无功功率的调节和V形曲线
《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。
三相同步发电机的并联运行
实验内容实验线路图Fra bibliotek实物接线图 注意事项
励磁滑线电阻为500Ω;1A 电枢滑线电阻为40Ω;6A
连接直流电动机时，必须看清 电机旋转方向
连线时相序不能接错
实验步骤和方法
实验步骤和方法
实验步骤和方法
注意事项
欠励时，机组可能会出现震荡现象，同时机组出 现周期性震荡声，此时应及时增加励磁使发电机回 到稳定运行状态。同步发电机的震荡现象是“失步 ”前的征象，是电力网系统中不允许出现的事故。
脱网时，要求发电机电枢电流接近零，即应调节 单相调压器使输出电枢电流最小，然后拉下闸刀， 关闭电源。
实验报告
同步发电机并联运行的优点和必要性
比较同步发电机两种投入电网方式的优缺点 用表格列出实验数据。作出同步发电机的两条V 形曲线
思考题
为什么同步发电机投入电网后，改变直流电动机 的励磁电流，可以改变直流电动机和同步发电机 的输出功率？
并网条件
频率相等
电压相等 相序相同 并网合闸瞬时对应相的电压差为零
灯光法检查并网条件 直接接法（灯光熄灭法）
三组指示灯跨接在电网和发电机对应同一相的两 端，如果假定的相序正确，指示灯随两频率 的差值同时发亮、同时熄灭。熄灭时对应一 相电压差为0，可以立即合闸并网。
合 分
正
交叉接法（灯光旋转法）
交
A组指示灯保持直接接法，B、C组交叉接到B1C 和C1B上。如果开关两端相序正确，指示灯 随两频率的差值交替发亮，产生旋转效果。 旋转的快慢，可说明两频率的差值大小，并 且旋转方向可以说明发电机频率大于电网频 率还是低于电网频率，当直接接法的一组指 示灯熄灭时，可以合闸并网。
为什么同步发电机与电网并联后，改变同步发电 机的励磁电流，不能改变同步发电机输出的有功 功率？
31电机学-同步发电机的并联运行02
同步发电机的并联运行➢无限大电网无限大电网：现代电网的电压和频率可以看作是不变的，即U=常数，f＝常数，称为无限大电网，所以无限大电网实际上相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。
➢并联投入条件1.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。
2.投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致。
3.发电机的频率等于电网的频率。
4.发电机的相序必须与电网相序一致。
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法➢并联投入方法整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程（或称并车)。
整步方法：准整步和自整步。
准整步：把发电机调整到完全合乎并联投入条件，然后投入电网，这种方法叫准整步。
自整步：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向(和定子旋转磁场的转向一致)把发电机拖动到接近同步速旋转，把励磁绕组通过一限流电阻短路(不加励磁)，然后把发电机投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力矩，把转子自动地拉入同步。
同步发电机的并联运行§11-3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式P 1= ( pm+ pfe+ pad) +PMP 2=PM-PcuaP2= mUI cosϕE 0 U cos ϕ + Ir a = E δ cos ϕ'P M= mE δ I cos ϕ'图11-7 隐极同步发电机电动势相量图 jI x s E δ jI x σ UI r aϕ' I➢ 转矩方程式T 1 = T 0 + T MP 1 = p fe + p m + P M Ω1 Ω1 Ω1Ω = 2π n 1 = 2π f (机械弧度/ 秒) 1 60 p同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性功角特性是同步电机并网运行的基本特性之一。
通过功角特性，可以确定稳态运行时发电机所能发出的最大电磁功率，还可以用它来分析静态稳定等问题。
功率角：指励磁电动势E 0和电网电压U 这两个向量之表示。
并联运行同步发电机组间无功功率分配
并联运行同步发电机组间无功功率分配讨论同步发电机组并联运行的无功功率分配，首先要建立一个概念--电网上只有一个电压。
船舶电网是独立电网,电网上有几台机组并联运行时，电压是各台发电机电势共同作用的结果。
发电机在负载电流产生的电枢反应作用下输出与电网平衡的电压，当手动或自动调节任意一台发电机的励磁电流，就会改变该台发电机本身产生的电势的大小，同时会改变无功负载的承担，也会改变电网电压。
并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压调整特性曲线所决定。
也就是说，同步发电机间无功功率的分配,实际是通过电压调整器调整励磁电流，以调整发电机电势的办法来实现的。
因此，电压调整器不仅担负着调整电压的任务，同时，还担负着调整和分配无功功率的任务。
当两台并联运行发电机的电势不相等，而频率、相位相等时，在两机组之间将产生一个无功性质的环流，其结果将使电势较高的发电机输出无功功率增大，而电势较低的发电机输出的无功功率减少(发电机负载电流功率因数低的，无功功率大;功率因数高的，则无功功率小)。
由此可见，当同步发电机并联运行时，通过改变发电机的励磁电流来调节其电势，即能调整无功输出、实现无功功率转移。
具体调节方法是:必须同时调节两台发电机的励磁电流，将功率因数低的发电机励磁电流减小，与此同时将功率因数高的发电机励磁电流减大，这样就可以使两台发电机功率因数趋于-致，即输出的无功功率相等。
通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压，因此同步发电机有一定的电压调整规律，也称电压调整特性。
同步发电机的电压调整特性是指发电机端电压U。
随无功电流I变化的规律，通常用Ug-f(Io)的曲线表示。
发电机并联运行时，调压特性曲线应呈下倾特性。
这样有利于稳定地并联工作。
由于两台机组的电压调整特性不一致，导致无功分配不均匀，特性曲线平坦的机组承担的无功变化大，特性曲线较陡的承担无功变化小，因此希望并联运行机组应有相同的电压调整特性。
同步发电机的并联运行(2)
同步发电机的并联运行
11.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、并联投入方法
3）优点：合闸时没有冲击电流。 4）缺点：操作较复杂。 5）现代发电厂通常装有更精密、便于观察的同步
指示器或相应的自动化装置，以减少并联投入 时发生误操作。
方法
2.自整步法：满足部分并网条件的投入方法。
同步发电机的并联运行
11.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、并联投入方法 2）灯光旋转法 ■不满足并网条件时灯光旋转法的现象及其调节
c.相序不同：三个相灯同时亮或暗。需对调发电机或
电网的任意两根接线。
d.相位不等：不交叉的相灯不是最暗。需微调转速。
■方法
a.调节发电机的转速改变频率，直到灯光旋转十分缓
慢时，说明频率已十分接近；
U 3
U CG
U BS
U CS
U AG U1
U AG U AS
G S
U CS
U CG
U BS
U BG
同步发电机的并联运行
11.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、并联投入方法
1）暗灯法 ■不满足并网条件时暗灯法的现象及其调节 a. 频率不等：相灯呈现同时暗、同时亮的交替变化，
频率相差越大，明暗相间的时间就越短。需调节 原动机转速以改变发电机频率，直至明暗相间的 时间很长。
c.如果相序一致，灯光应表现为明暗交替。如果灯
光不是明暗交替，则说明相序不一致，应调整发 电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相 序一致；
d.等待灯光完全熄灭的瞬间（相位相同），即可合
闸并车。
同步发电机的并联运行
11.2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、并联投入方法
《同步发电机原理》PPT课件
结构模型同步电机原理和结构
◆同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转 的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。
◆图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁 心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称 交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为 电枢铁心和电枢绕组。
励磁方式简介
获得励磁电流的方法称为励磁方式。目 前采用的励磁方式分为两大类：一类是 用直流发电机作为励磁电源的直流励磁 机励磁系统；另一类是用硅整流装置将 交流转化成直流后供给励磁的整流器励 磁系统。现说明如下：
1 直流励磁机励磁 直流励磁机通常与 同步发电机同轴，采用并励或者他励接 法。采用他励接法时，励磁机的励磁电 流由另一台被称为副励磁机的同轴的直 流发电机供给。如图所示。
3 旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经 过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对 于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安 培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同 步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转 整流器励磁系统，如所示。主励磁机是旋转电枢 式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主 轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电 机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由 同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流 后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷 装置，故又称为无刷励磁系统。
◆空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：①空载特性结合短路特 性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数。②发电厂通过测取空载特 性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。
同步发电机负载运行和电枢反
应
2009_32电机学-同步发电机的并联运行03
同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性功率角：指励磁电动势和电网电压这两个向量之间的夹角，用表示。
功角特性：指同步电机接在电网上对称稳态运行时，电机的电磁功率与功率角之间的关系。
0E &U&θ¾功率角θ的物理意义1）功率角是和之间的时间相位差角，对发电机而言，θ角是励磁电动势超前于端电压的时间角。
0E &U &0E &U &同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性同步发电机的并联运行§11-5 同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定以隐极电机为例，饱和影响和电枢电阻略去不计，由于把电网看作无限大电网。
所以U＝常值，且f=常值。
同步发电机的并联运行§11-5 同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定¾静态稳定在电网或原动机方面偶然发生一些微小扰动时，当扰动的原因消失以后，发电机能否回到原先的状态继续运行，这称为同步发电机的静态稳定问题。
如果能回到原先的状态，发电机就是“静态稳定”的，反之，就是不稳定的。
¾静态稳定静态稳定条件：以θ角表示。
对于隐极同步发电机，运行在0°<θ<90°范围内，发电机是静态稳定的。
运行在90°<θ<180°范围内，发电机是静态不稳定的。
当θ=90°时，是静态稳定和不稳定的转折点，称为静态稳定极限。
极限电磁功率静态稳定条件：以微分形式表示。
发电机是否稳定取决于：由于外界的扰动使发电机的功角变化时。
电磁转矩的增量是大于零还是小于零。
若用微分形式表示是否静态稳定，则可用当功率角θ增加一个dθ时，如果电磁转矩也增加一个dT，当功率角减小一个dθ时，电磁M转矩也减小一个dT，则运行是稳定的。
M¾静态稳定1）隐极汽轮发电机的额定运行点一般设计在θ=3 0°~40 °范围内，以保证一定大小的同步转矩系数，即电机具备一定的稳定能力。
第章船舶同步发电机的并联运行
二 船舶同步发电机的准同步并车
1 准同步并车条件 三相交流同步发电机准同步并车时，最理想的情况 是满足如下三个条件： 1）侍并机组的电压与运行机组（或电力网）的电压大 小相等： 2）待并机组的频率与运行机组（或电力网）的频率数值相等； 3）待并机组电压的初相位与运行机组（或电力网）电 压的相位一致。
由鉴幅器实现检测
在同一个脉动电压瞬时值Us 和
时，有两个与之对应的
角（
q
q ’），其中只有 q才是越前于重合时刻的相角，符合要求。
因此，在设计电路时应考虑在鉴幅器的输出电路后一级加一个 单向微分电路，使之只能检出单向的脉冲，也就是越前相角信
号，只有负脉冲（即恒定越前相角信号）得以输出去触发合闸 控制回路。
1）灯光明暗法：
将三个（也可以只用两个）指示灯L1、L2、L3、在 开关的两端分别接在发电机和电网的对应相上。 每个指示灯两端的电压就是每一对应相之间的电 压差U，在并车条件的讨论中己说明过，当存在 电压差、频率差和相位差时，在发电机主开关两 端都会出现电压差，三个指示灯都会发亮。因为 灯泡上所加电压的大小是随相位差而变的，所以 三个指示灯随着相位 差的变化而同时忽亮忽暗。 频差越大，灯泡亮、暗变化越快：频差较小时， 灯泡亮、暗变 化变慢。 同步标志：
（3）捕捉合闸时刻，要考虑主开关固有动作 时间，相应地提前发指令。
组成：见框图
二 脉动电压及其与自动并车
条件的关系
1 脉动电压的形成
所谓脉动电压指待并发电机电压频率与电网电压频 率不一致但相差不大，并发电机电压与电网电压幅 值相等，这样的两个交流电压之差。
同步发电机的励磁方式和并联运行
同步指示器灯光熄灭 法接线图
三相同步电机
旋转整流器励磁特点： 随着同步发电机的容量进一步扩大，励磁电流也很大，当较 大的电流流过集电环时，将使集电环产生高温而损坏，于是，采 用了旋转整流器励磁。其主要的差别是主励磁机采用旋转电枢式， 与一般同步发电机相反，即主励磁机的电枢与主发电机的励磁绕 组同转速旋转。当三相交流绕组将产生的三相交流电经过整流后， 可以直接送入到主发电机的励磁绕组，取消了电刷与集电环，故 又称为无刷励磁系统。
三相同步电机
§ 同步发电机的励磁方式和并联运行
一、同步发电机的励磁方式简述 同步发电机的励磁方式就是指直流励磁电流的产生及流进励
磁绕组的方式。 传统的励磁方式都是采用直流发电机作为励磁电源的直流励
磁机励磁系统。 伴随半导体整流技术的发展，产生了新的励磁方式，即用硅
整流装置将交流电转变成直流电后，提供励磁的整流器励磁系 统。
三相同步电机
二、同步发电机并联运行 1．同步发电机并联运行的优点 (1)提高了供电的可靠性。 (2)提高了发电厂的运行效率。
2．同步发电机并联运行的条件 (1)发电机的相序与电网的相序一致。 (2)发电机电压的有效值、极性与电网 电压的有效值、极性相等，且相位相同。 (3)发电机的频率与电网的频率相同。
三相同步电机
直
流
励
磁
同
机
步
励
发
磁
电
静止
机
整流
励
整 器励
磁
流磁方器式励磁 系 旋转 统 整流 励 器励 磁磁
三相同步电机
直流励磁机励磁特点： 直流励磁机(主励磁机)与同步发电机同轴相连，直流励磁机 可以采用并励直流发电机或他励直流发电机。采用他励直流发电 机时,其励磁绕组由另一台直流发电机(副励磁机)提供励磁电压。
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T0 为与发电机空载损耗对应的空载转矩。
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调节励磁电流
增大励磁电流 If ，则 励磁磁动势Ff1 增大， 空载电动势E0 增大。
电网电压U 不变。
此时，发电机发出滞 后性的无功电流，产生 去磁的电枢反应。
I E0 U jX s
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调节励磁电流
减小励磁电流 If ，则 励磁磁动势Ff1 减小， 空载电动势E0 减小。
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同步发电机的并联运行
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无限大电网
当一台发电机的容量远小于它所并联的电网的容 量时，电网可看成是无限大电网。
无限大电网的容量可近似认为是无穷大，电网的 电压和频率不变。
一台发电机单独供电时，电压的频率由原动机 决定，调节励磁电流可以调节电压的大小。
一台发电机并联于无限大电网运行时，调节原 动机的转速不会改变其电压的频率；调节励磁 电流也不能改变其电压的大小。
在并网过程中，需要对4个并网条件进行检查，调 节直到满足。
如何判断条件是否满足？条件不满足时如何处理？
两种最基本的方法：暗灯法，旋转灯光法。
分析时将无限大电网视为一台同步发电机，其电压 的大小和频率不变。
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暗灯法
判断合闸开关两端的电压差。
利用相灯来判 断，即把灯泡跨 接在合闸开关两 端，由灯的亮暗 情况来判断电压 差的大小。
电网电压U 不变。
此时，发电机发出超 前性的无功电流，产生 增磁的电枢反应。
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调节励磁电流
调节发电机的励磁电流
只能使电枢绕组发出滞后（电感性）或超前 （电容性）的纯无功电流，即发电机可发出滞后 或超前的无功功率。
上页 10.1 同步发电机并联合闸的
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条件和方法
并联合闸条件
要求发电机与电网电压满足4个条件： 频率相同； 幅值相同，且波形一致； 相序相同； 相位相同。
满足4个条件时，合闸时发电机与电网电压的瞬时 值相同，不会产生电流冲击。
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并联合闸的条件和方法
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4个条件中任何一个不满足，并网合闸时都会出现 电流冲击。
如果3个相灯都熄灭，说明合闸开关两端的电压差 为零，4个条件满足。
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（1）频率不等时
现象
暗灯法
3个相灯同时亮，同时暗，亮暗交 替变化；
频率相差越大，亮暗变化越快。
调节方法
调节原动机的转速，使相灯亮暗变化很慢。
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（2）电压不等时
现象
暗灯法
3个相灯都不会完全熄灭。
相序相同、频率相近时，3个相 灯同时亮、同时暗，在最亮和最 暗之间交替变化。
发电机输入功率
P1 ＝ p0 ＝ pm＋ pFe
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并联运行分析
在并网的4个条件都满足的条件 下并网合闸
功率平衡关系也可表示为转矩 平衡关系。
拖动转矩与制动转矩相平衡。
P1 p 0 ΩΩ
T1 T0
T1 为原动机的拖动转矩;
为机械角速度 Ω 2 πn1 60
调节方法
将发电机接到合闸开关的任何 两根线对调，使相序相同。
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暗灯法
（4）相位不等时
现象若Βιβλιοθήκη 率相同，则3个相灯都不 会熄灭，且亮度不变。
调节方法 稍微调节发电机转速， 使相位差发生变化，灯 光亮暗的频率很低。
相等完全熄灭时，相位相同，此时即可并网。
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采用暗灯法，在 相序不同时，灯 光出现旋转。通 过旋转的速度和 方向，可以判断 发电机频率与电 网频率的差别和 快慢。
第 10章 同 步 发 电机 的并联 运行
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易水寒江雪敬奉
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1 2
3
4
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第一节 第二节 第三节 第四节
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第10章
同步发电机的并联运行
一台发电机独立向负载供电的缺点 每一台发电机的容量有限制。 若负载经常变化，轻载时运行效率低。
发电机检修则需要停电；否则要备用一台同 容量的机组，平时却不用，不经济。
不进行任何调节时
发电机空载电动势与电网 相电压大小、相位都相同； 发电机电枢电流为零，仍 相当于空载运行。
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并联运行分析
在并网的4个条件都满足的条件 下并网合闸
发电机不输出功率，原动机 只需要提供发电机所需的空载
损耗p0，包括机械损耗pm（摩擦 和风阻损耗等）和铁耗 pFe 。
灯光旋转法
有意把相灯接在不同相的电压之间，在相序正确时 使灯光旋转，这种并联合闸方法称为灯光旋转法。
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如果并联合闸条 件不满足，会有何 现象？
灯光旋转法
准确的并网合闸时刻如何判断？
应在一个相灯熄灭、另两个相灯亮度相同时合闸。 比暗灯法判断更为准确。
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并联合闸的条件和方法
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调节方法
调节发电机的励磁，使电压 相等。
相灯在低电压时就会熄 灭，并不说明电压差为 零。可用电压表来检测。
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（3）相序不同时
现象 3个相灯旋转。
暗灯法
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（3）相序不同时
暗灯法
现象
若发电机频率高于电网，则 顺时针旋转；反之，则逆时 针旋转。
频率差越大，灯光旋转速度 越快。
一台发电机供电，供电的品质会受影响 频率和电压会变化（负载突变时）。
一般在较偏远或无法与电网相联的场合下使用。
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同步发电机的并联运行
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将每个电厂的多台发电机与多个电厂的发电 机通过变压器和高压输电线互相并联在一起， 形成电力系统。
并联运行的优点 电能可以互相调剂，合理使用。 增加供电可靠性,减小备用容量。 系统越大，负载越趋于均匀。 使发电厂的布局更合理。
暗灯法和灯光旋转法都可比较准确地确定合闸时 刻，使合闸时无电流冲击，称为准确同步法。
实际中，在需要将发电机很快投入并网运行时， 可采用自同步法。
事先校验好发电机的相序；起动发电机，使转 速接近同步转速，励磁绕组经限流电阻短路； 合上并联开关，再立即加励磁，使发电机自动 牵入同步。
操作简单，装置简单，但是合闸有电流冲击。
上页 10.2 同步发电机并联运行分
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析
发电机并联于无限大电网运行时，发电机电压等 于电网电压，其频率和大小都是不变的。
如何调节，使发电机输出有功功率、无功功率， 负载将如何在发电机之间分配？
发电机并联运行时的两个调节量
发电机的励磁电流 原动机的拖动转矩
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并联运行分析
在并网的4个条件都满足的条件 下并网合闸