同步电机(3)同步发电机并网运行
同步发电机并网运行解读
T1 T T0 P 1 P M p0
同步发电机有功功率的流程图
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pmec
铁损pFe 附加损 耗pad
定子铜损 pcu1
2. 自同步法：
自同步法的投入步骤为： （1）校验发电机相序把发电机拖动到接近同步
速，励磁绕组经限流电阻短路。
(2) 灯光旋转法：
此方法比暗灯法容易实现并网操作，一个相 灯熄灭时，另两个相灯亮度一样；另外可根据灯 电网 光旋转方向判断频率大小。
旋转灯光法接线图
V
A S BS C S AG BG CG
2 3 1
GS 3~
条件不满足时对电机的影响
1、电机和电网之间有环流，定子绕组端部受 力变形。 2、产生拍振电流和电压，引起电机内功率振 荡。 3、电机和电网之间有高次谐波环流，增加损 耗，温度升高，效率降低。 4、电网和电机之间存在巨大的电位差而产生 无法消除的环流，危害电机安全运行。
A B C
电网
U GA
V
A S BS C S AG BG CG
U1
U SA
2 3 1
G S
U GB
U SB
U SC
GS 3~
U 2
U 3 U GC
暗灯法接线和向量图
当不满足并网条件时，暗灯法所见的现象
a.频率不等：相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变化现象， 说明发电机与电网的频率不同，需调节原动机转速从而改 变发电机频率。 b.电压不等：三个相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮 和最暗范围闪烁，需调节励磁电流从而改变发电机的端电 压。 c.相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说明发电 机与电网的相序不同,需对调发电机或电网的任意两根接 线。 d. 相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸并网，需 微调节转速。
注电考试最新版教材-第52讲 同步电机(三)
28.6 同步发电机的并联运行28.6.1 同步发电机的并网条件和方法28.6.1.1 同步发电机并联运行的优点①提高了供电的可靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。
②提高了供电的经济性和灵活性，例如水电厂与火电厂并联时，在枯水期和旺水期，两种电厂可以调配发电，使得水资源得到合理使用。
在用电高峰期和低谷期，可以灵活地决定投入电网的发电机数量，提高了发电效率和供电灵活性。
③提高了供电质量，电网的容量巨大(相对于单台发电机或者个别负载可视为无穷大)，单台发电机的投入与停机，个别负载的变化，对电网的影响甚微，衡量供电质量的电压和频率可视为恒定不变的常数。
电网对单台发电机来说可视为无穷大电网或无穷大汇流排。
同步发电机并联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。
28.6.1.2无限大电网概念系统的电压和频率可以看作是不变的，相当于内阻抗等于零的恒频、恒压电源28.6.1.3 并联投入条件把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。
在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。
并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件：①双方应有一致的相序；②双方应有相等的电压；③双方应有同样或者十分接近的频率和相位。
若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压，如果闭合K，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。
上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。
并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。
通常用电压表测量电网电压，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。
再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。
28.6.1.4 并联投入方法自整步法：在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机把发电机拖动到接近同步速(相差2~5％)，在没有接通励磁电流的情况下将发电机接入电网，再接通励磁并调节励磁强弱，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程即告结束。
自-三相同步发电机的并网运行
三相同步发电机的并网运行一、实验目的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、预习要点1、三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件?不满足这些条件将产生什么后果?如何满足这些条件？2、三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率?调节过程又是怎样的？三、实验项目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0.５倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。
四、实验方法2、屏上挂件排列顺序D52、D５3、Ｄ34-２３、用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行三相同步发电机与电网并联运行必须满足下列条件：（1)发电机的频率和电网频率要相同,即fⅡ=fⅠ;（2）发电机和电网电压大小、相位要相同，即E０Ⅱ=UⅠ;(3）发电机和电网的相序要相同。
为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。
4、旋转灯光法（1) 按图5-４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。
Rｓt选用R2上1８0Ω电阻,Rｆ1选用Ｒ1上18０0Ω阻值，R f2选用R3上900Ω与900Ω并联加R4上９0Ω与90Ω并联共495Ω阻值,R选用Ｒ6上9０Ω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Ｓ2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2２0伏,可通过V１表观测。
图5-4 三相同步发电机的并联运行(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。
同步发电机的并网运行
同步发电机的并网运行本章概述：单机供电的缺点：①不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电);②无法实现供电的灵活性和经济性。
这些缺点可以通过多机并联来改善。
通过并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。
现代发电厂中都是把几台同步发电机并联起来接在共同的汇流排上，一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一个强大的电力系统(电网)。
并网运行(Parallel Operation)优点：①提高了供电的可靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。
②提高了供电的经济性和灵活性。
③提高了供电质量，同步发电机并联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。
17-1 并联条件及其方法一、并网条件把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。
在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。
并网条件：①电压有效值应相等即U=U1；②频率和相位应相等f=f1、j =j1；③双方应有一致的相序。
若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压，如果闭合K，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。
上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。
二、并联方法并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。
通常用电压表测量电网电压，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。
再借助同步指示器检查并调整频率和以确定合闸时刻。
同步指示器法(1) 灯光明暗法(看动画）将三只灯泡直接跨接于电网与发电机的对应相之间。
并车方法为：①通过调节发电机励磁电流使得发电机的端电压等于电网电压；②电压调整好后，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，这时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；③通过调节发电机的转速改变其频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明和电网频率已十分接近，等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。
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
同步发电机并网运行时无功功率的调节
同步发电机并网运行时无功功率的调节一、无功功率的调节负载类型,多数负载除了消耗有功功率外,还要消耗电感性无功功率,如异步电机/变压器/电抗器等。
电网除了供给有功功率外，还要供给大量滞后性的无功功率。
电网所供应的全部无功功率一般由并网的所有发电机分担。
本节将讨论发电机所担负的无功功率的调节方法。
分析过程中，认为发电机的电压和频率将维持常数。
如果保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。
P2=mUIacosj = mUE0sind /Xs= 常数Iacosj = 常数E0sind = 常数在有功功率不变时，调节发电机的励磁电流，则空载电势也随之变化。
隐极发电机的电势相量图中，Ia和E0的矢端必须落在直线AB和CD上。
①如果在某一励磁电流If0时，Ia正好与平行，此时无功功率为0,发电机输出的全部是有功功率，我们说发电机处于正常励磁状态。
②如果增加励磁电流到If1，则E0的矢端沿直线AB右移到E01，Ia的矢端将沿直线CD下移至Ia1，Ia1滞后于U，我们说发电机处于过励状态，输出功率中除了有功功率外，还有滞后性的无功功率；③如将励磁电流减少到If2，则E0的矢端沿BA左移到E02，Ia的矢端将沿DC上移到Ia2，Ia2超前于U，我们说发电机处于欠励状态，发电机输出功率中除了有功功率外，还有超前性的无功功率。
二、V形曲线通过调节励磁电流可以调节同步发电机无功功率。
励磁电流变化时，发电机的电枢电流也会发生相应的变化。
在有功功率不变时，将励磁电流If从欠励调节到过励,Ia=f(If)的曲线是一个V形。
V形曲线是一簇曲线，每条曲线对应一定的有功功率。
V形曲线上都有一个最低点，对应cosj=0的情况。
将所有的最低点连接起来，将得到与cosj =0 对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后。
V形曲线可以利用电势相量图及发电机参数大小来计算求得，亦可直接通过负载试验求得。
电机学 三相同步发电机的并联运行实验
一、实验目的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方法。
二、预习要点1．同步发电机并联运行有哪些条件？如何满足这些条件？2．同步发电机并网运行时，怎样调节其有功功率和无功功率？在改变有功功率时，无功功率有无变化？3．同步发电机并网后，若原动机为直流电动机，为什么减少直流电动机的励磁电流可以增加发电机有功功率？三．实验项目1．用准确整步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
2．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。
3．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。
(1)测取当输出功率时三相同步发电机的形曲线。
(2)测取当输出功率时三相同步发电机的形曲线。
四．实验设备及仪器1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表）2．功率及功率因数表（MEL-20或含在主控制屏内）3．三相组式变压器（MEL-01）或单相变压器（在主控制屏的右下方）4．三相可调电阻900Ω（MEL-03）5．波形测试及开关板（MEL-05）6．三相可调电抗（MEL-08）五．实验方法接线说明：实验线路如图1。
图中为直流电动机，作原动机用；被试电机为三相凸极式同步电机，其额定值为：，，，；为涡流测功机。
、同步电机、由联轴器直接联接（虚线所示）。
电阻选用挂箱上的阻值为（接端，即两只串联）、电流为的可调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻。
电阻选用挂箱上的阻值为、电流为的可调电阻，作为直流并励电动机励磁回路串接电阻。
直流电流表选用直流电机励磁电源上的励磁电流表（mA），选用直流稳压电源上的电枢电流表（A）。
同步发电机定子回路的电流表、功率表、电压表选用主控屏左侧的交流电流表、功率表、电压表。
同步指示灯为挂箱上的三组灯。
开关选用挂箱上的。
图1 同步发电机与电网并联接线图1．用准确整步法将三相同步发电机投入电网关联运行本实验采用交叉法将三相同步发电机投入电网关联运行。
第十七章同步电机并网运行_2016
A
E01 U
S
B
U
E02
16
汇流排
并联投入的准备
合闸时刻的确定 发电机与电网之间相序、电压满足条件时，合闸
u AII U mII sin II t II
U A
u AI U mI sin I t I
第十七章 同步发电机并联运行
Parallel connecting operation of synchronous generator Operation of synchronous generator with grid
1
本章教学要求
掌握同步发电机投入并联的条件和 方法； 掌握同步发电机并联运行的基本电 磁关系、功率及转矩平衡方程式； 掌握有功功率的调节、稳定概念；
34
1、准确同步法
准确同步法又称为理想整步法。由于它对并车条 件逐一检查和调整，所以费时较多。 准确同步并列的优点是并列时冲击电流小，不会 引起系统电压变化。 灯光旋转和灯管熄灭属于手工操作，随着检测技 术和控制技术的不断发展，手工并网已很少，而 是广泛采用自动并网装臵。准确同步并列法按自 动化程度不同，分为手动准同步、半自动准同步 和自动准同步。
若任何一个不满足则在开关的两端，会出现差额电压，如 果闭合开关，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬 态冲击电流。 发电机并网时避免产生大的电流冲击和转轴受到突然的扭 矩，从而威胁到发电机及电网的安全运行。
U BII
U AII
U CII
U A
U BI
17-2章同步电机并网运行
并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和 频率恒定、参数（xd、xq、xs）为常数、空载电 势E0不变（即 If 不变）时，Q=f(δ)为无功功率功 角特性。
20
无功功率与功角关系
Q mUI sin
E0
Ix s sin E 0 cos U E 0 cos U I sin xS E 0U U Qm cos m xS xS
0 0
Pem Pem max Pem 0
3) 180
4) Pem 附加 0
功角的时空概念
在时间上：端电压和励磁电势之间的相位差 在空间上：合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹 角。 稳定运行时， Ff和F之间无相对运动， 固定。 功角为正值时，为发电机运行。
18
功角 δ 意义的图示:
Pem
mUE0/xs
0
δ
隐极同步发电机的功角特性：
（1）保持励磁电流if
不变时Pem值与δ角 按正弦曲线变化，正 半波代表发电机工况。
Pem
请比较if1 和if2的大 小
if1
if2
（2）Pem 一定时，改
变励磁电流if ，若if1 > if2 ，则δ 1＜ δ 2
δ1 δ2
δ
二.隐极同步发电机的功率特性与转矩特性
j I xs
E0
I δ
U
F Ff
29
2. P的调节
Pem P2
A
Pemax
δ
0
δA 900
1800
（3）此时Pem>0，发电机输出电功 率。 此时转子受F 制动作用，即电 磁转矩T为制动性质。（使其速度 为 n 1）
同步发电机与电网的并联运行
同步发电机与电⽹的并联运⾏重庆⼤学电⽓⼯程学院，《电机学》课程，4.5学分，上课72学时，实验18学时，韩⼒，? 2005，hanli@，65111229同步发电机与电⽹的并联运⾏电⽓⼯程学院韩⼒本节内容并联运⾏的⽬的意义投⼊并联运⾏的条件投⼊并联运⾏的⽅法功⾓特性有功功率的调节⽆功功率的调节发电机并⽹运⾏的意义减少发电⼚的储备容量：发电⼚可以根据负荷的发展，相应地逐步增加发电机的台数。
提⾼发电⼚运⾏的经济性：发电⼚可按照负荷变化倩况，确定投⼊并联运⾏的发电机台数。
提⾼供⽤电的质量和可靠性：由多台发电机组成⼀个发电⼚，由许多发电⼚构成电⼒系统，容量⼤，负荷变化时对系统的电压和频率的影响就⼩。
同步发电机投⼊并联运⾏的条件同步发电机与电⽹的相序必须⼀致；同步发电机与电⽹的频率应相同；同步发电机的激磁电动势E0与电⽹电压U的幅值、相位、波形应相同。
同步发电机投⼊并联运⾏的条件相序⼀致：多相系统相容的基本要求。
波形、频率、幅值、相位相同：交流电磁量相等的基本条件。
同步发电机投⼊并联运⾏的⽅法准确整步法直接接法交叉接法⾃整步法直接接法（灯光熄灭法）交叉接法（灯光旋转法）⾃整步法前提：相序⼀致。
将励磁绕组通过限流电阻短接；拖动到接近同步速（相差2~5％），在⽆励磁电流的情况下，将发电机接⼊电⽹；再接通励磁并调节励磁，依靠定⼦磁场和转⼦磁场之间的电磁转矩，将发电机牵⼊同步转速。
注意事项：励磁绕组必须通过⼀个限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的⾼压；直接短路，将在定、转⼦绕组间产⽣很⼤的冲击电流。
同步发电机并⽹⽅法的⽐较同步发电机的功⾓特性前提：E0、U、f保持不变；忽略电枢电阻，Ra=0。
不计饱和寻求：Pe＝f(δ)同步发电机的功⾓特性同步发电机的功⾓特性同步发电机的功⾓特性隐极与凸极同步发电机功⾓特性的⽐较隐极与凸极同步发电机功⾓特性的⽐较功率⾓的双重含义同步发电机有功功率的调节“⽆穷⼤”电⽹的概念有功功率的调节静态稳定“⽆穷⼤”电⽹的概念电⽹视在功率S等于⽆穷⼤；电⽹内部阻抗Z等于零；电⽹电压U等于常数；电⽹频率f等于常数。
三相同步发电机并网运行实验
三相同步发电机并网运行一. 实验目的1. 学习三相同步发电机投入并网运行的方法。
2. 测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。
3. 研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。
4. 测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。
二. 实验原理1. 同步发电机的并网运行把同步发电机并联至电网的手续称为整步亦称为并列或并车。
在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。
双方应有相同的相序，相同的电压，相同的或接近相同的频率，相同的电压初相位。
2. 同步发电机的静态稳定性所谓同步发电机的静态稳定性是指发电机在某个运行下，突然受到任意的小干扰后，能恢复到原来的运行状态的能力。
同步发电机在并网运行中受到较小的扰动后，若能自动保持同步运行，则该机就具有静态稳定的能力。
发电机输出的电磁功率与功角的关系为：δδsin sin max0PXE PsEU ==发电机的功角特性曲线如图所示假定在某一正常运行情况下，发动机向无限大系统输送的功率为P 0,由于忽略了发动机内部损耗及机组的摩擦、风阻等损耗假定在某一正常运行情况下，，风阻等损耗，P0即等于原动机输出的机械功率Pr .。
由图可见，当输送P0时 有两个运行点a 和b 。
考虑到系统经常不断受到各种小的扰动，从下面的分析可以看到，只有a 点是能保持静态稳定的实际运行点，而b 点是不可能维持稳定运行的。
先分析a 点的运行情况。
如果系统中楚湘某种顺势的微小扰动，使功角增加了一个微小增量 ，则发呆年技术处的电磁功率达到与图中a ’相对应的值。
这是，由于原动机的机械功率Pr 保持不，仍为Po ’因此，发电机输出的电磁功率大于原动机的机械功率。
即转子过剩转矩为负值，因而，由转子运动方程可知，发电机转子将减速，由于在运动过程中存在阻尼作用，经过一洗了微小振荡后运行点又回到a 点。
同样，如果小扰动使功角减小了 ，则发电机输出的电磁功率为点 的对应值，这时输出的功率小于输入的机械功率，转子过剩转矩为正，转子将加速，同样经过一系列振荡后又回到了运行点a 。
第十三章同步发电机的并联运行同步电动机
第十三章同步发电机的并联运行同步电动机第十三章同步发电机的并联运行同步电动机概念题13-1 比较变压器并联运行和同步发电机运行的条件的异同点变压器并联运行的条件是各台变压器的联机组相同，额定电压和变比相等。
要是变压器之间合理分配负载，还要求各变压器应有相同的短路电流标么值。
同步发电机和大电网并联运行的条件是发电机和电网的电压有效值相等，相位相同，频率相同和相序一致。
因为同步发电机的励磁可以调节，各台发电机并联运行时端电压相等，但空载电动势可以不同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配，同步发电机的电抗有不同数值时仍可并联运行，这是和变压器要求有相同的短路阻抗，是不同的。
13-2 什么是同步发电机的功角特性？再推导功角特性时用什么假定？功角θ的时间和空间物理意义是什么？功角特性是电磁功率与功角的关系。
推导功角特性时，略去电枢电阻。
功角θ是电动势Eo和电压U之间的时间和相位差，如忽略漏阻抗压降，θ是产生电动势Eo的转子主磁通Φ0和产生Eδ=U的合成磁通之间的空间相位差。
表示转子旋转磁场和气隙合成旋转磁场之间的相对位置。
功角的大小和电磁的功率成正比。
功角数值的正负，决定同步发电机的运行状态。
13-3 为什么隐极同步发电机和凸极发电机的功角特性表达式不同？隐极同步发电机空气隙均匀，气隙磁阻为常数。
功角特性P=======.功角θ=90时，输出功率最大。
凸极同步发电机空气隙不均匀，直轴范围磁阻小，交轴范围磁阻大，因为交直轴的磁阻不相等产生附加电磁功率称为磁阻功率。
功角特性P=======。
由式可见磁阻功率仅与电网电压U有关，只要Xd=Xq，θ≠0，就会产生磁阻功率。
凸极发电机的基本电磁功率在θ=90时最大，磁阻功率在θ=45时最大，总的电磁功率最大值将出现在45~90之间。
13-4 和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，输出无功功率的大小是否改变？和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，则无功功率的大小要改变，过历时发电机输出的感性无功功率，欠励时发电机输出容性无功功率。
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。
同步发电机的并网运行
并网运行可能导致电网谐波污染 影响电网稳定性
同步发电机并网运行的步骤
04
启动前的检查
检查同步发电 机的电压、电 流、频率等参
数是否正常
检查同步发电 机的冷却系统、 润滑系统、控 制系统等是否
正常
检查同步发电 机的机械部分、 电气部分、控 制部分是否正
常
检查同步发电 机的接地系统、 保护系统等是
否正常
电流异常：检查发电机输出电流 是否正常必要时调整发电机输出 电流
添加标题
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频率偏差：检查电网频率是否稳 定必要时调整发电机输出频率
温度异常：检查发电机温度是否 正常必要时调整发电机冷却系统
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汇报人：
汇报时间：20XX/01/01
同步发电机并网运行的注意事项
06
安全操作规程
检查发电机的绝缘性能 和接地情况
确保发电机的轴承和转 子正常工作
定期检查发电机的油位、 油温、油压等参数
确保发电机的调速系统 正常工作
确保发电机的报警系统 正常工作
确保发电机与电网的频 率、相位、电压一致
确保发电机的冷却系统 正常工作
确保发电机的通风系统 正常工作
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,
同步发电机的并网运行
汇报人：
汇报时间：20XX/01/01
目录
01.
添加标题
02.
同步发电机的 基本原理
03.
同步发电机的 并网运行方式
04.
同步发电机并 网运行的步骤
05.
同步发电机并 网运行中的问 题及处理方法
06.
同步发电机并 网运行的注意 事项
同步电机3
（三）若È0与Ù大小不等，或相位不同，把发电机投入机 与电网中产生一定的冲击电流。最严重时，该电流可达
额定电流的20-30倍。
(四) 相序相同
È0与Ù大小不等 相位不同
综上所述，为了避免投入并联时引起电流、功率和转矩的 冲击，最好同时满足上述五个条件。
Ff1→E0；忽略漏抗，Fδ→Eδ≈U。 功角θ≈θi：是励磁磁动势Ff1和定 子合成等效磁动势Fδ两个空间相 量之间的夹角。
电网
发电机
2）理论分析：
采用直接接法，每组灯上电压相同 U& U&2 U&1
假设发电机与电网的电压幅值相同，而频率不同
假定U2 U1, f2 f1 若f2 f1 U&2相对U&1角速度：2 1
1 2f1
2 2f2
U&2、U&1重合：U 0 U&2、U&1反相：U 2U1
•Tem—发电机电磁转矩、制动转矩
表明：发电机负载运行时，从原动机输入到发电机的转矩T1， 应克服阻力转矩、制动转矩和对应于负载的阻力转矩Tem做功， 从而通过发电机将机械能转换成电能输出。
6.4.3 功角特性
在许多场合下，常常用发电机的励磁电动势E0，端电压U、E0 和U之间的功率角θ以及电机的参数来表示电磁功率。 稳态功角特性：同步发电机并入电网后，当E0和U保持不变时， Pem=f(θ)。 功角特性是同步电机的基本特性之一。通过它可以研究同步电 机接在电网运行时发出的有功功率，并进一步揭示机组的稳定性 和阐明发电机状态与电动机状态之间的联系和转化。 下面先研究不计电枢电阻时的功角特性。
※思考：同步发电机的并联和变压器的并联有何异同？
相同点：相序一致、电压相等、f 接近 不同点：
上海交大电机学实验+三相同步发电机并网运行
电机学实验报告实验五三相同步发电机并网运行班级：姓名：学号：同组成员：实验时间：实验地点：一、实验目的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1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
2．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。
(1) 测取输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。
(2) 测取输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。
三、实验接线图1．图5-1三相同步发电机与电网并联运行接线图四、实验设备1. T三相感应调压器2. G同步发电机PN =2kW UN=400V IN=3.61A IfN=3.6A nN=1500r/min3. M直流电动机PN =2.2kW UN=220V IN=12.4A UfN=220V nN=1500r/min4. 变阻器励磁变阻器Rf1 0/500Ω 1A5. 并车开关6. 直流电流表30A(电枢)7. 直流电流表 4A(励磁)8. 直流电压表400V9. 交流电压表500V10. 交流电流表10A11. 功率表五、实验数据记录2六、计算及问题分析1. 根据实验操作过程，简要说明发电机与电网并联运行时无功功率调节的方法。
在保持同步发电机的有功功率不变的情况下，调节同步发电机的励磁电流I，改变了功率因数角，调节电机的无功功率输出。
在励磁电流变化的过程中，f在励磁电流取某一值的时候，定子电流会出现一个最小值，这时功率因数角为0，无功功率输出为0。
以这一点为基础，增大励磁电流，功率因数角增大，无功功率也随之增大，且为感性；减小励磁电流，功率因数角减小，为负值，无功功率也随之增大，且为容性。
2．P2≈0时同步发电机的V形曲线I=f(If)，如图：3．P2=0.5PN时同步发电机的V形曲线I=f(If)，如图：七、思考题1. 如何根据灯光旋转法中灯光旋转的方向判断发电机的频率是高于还是低于电网频率？答：当灯光顺时针熄灭时，发电机频率低于电网频率；逆时针熄灭时，发电机频率高于电网频率。
三相同步发电机的并联运行实验报告
实验报告四实验名称：_____________________________________实验目的：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。
实验项目： 1. 用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。
2. 三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。
3. 三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。
一测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。
（一）填写实验设备表（二）三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 填写实验数据表格 表f（三）三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 填写实验数据表格表4-2 n=1500r/min U=220VP2 : 0W（四）问题讨论1•三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？不满足这些条件将产生什么 后果？答： 1.发电机的频率和电网的频率相同。
2.发电机和电网的电压大小相等，相位相同。
3.发电机和电网的相序相同。
不满足这些条件将产生：1.频率不同，引起系统功率下降，进而导致系统解列。
2.电压不同，引起系统损耗加大。
相位不同不但会使有功和无功的冲击外，还会有一个电磁力矩冲击，会导致传动部分冲击。
3.相序不同.将会发生短路，造成人身伤亡和损坏设备事故。
2.三相同步发电机与电网并联的方法有哪些？答：1.直接并网，2.有电动机带动至电网电压和频率时并网。
3.发电机先做电动机，再转向发电机状态。
3. 实验的体会和建议答：熟悉了三相同步发电机并网运行的条件与操作方法，知道了如何对三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节，明白了三相同步发电机投入电网并联条件的重要性。
3.同步发电机的并网运行
一、隐极式同步发电机的功角特性(2)
（1）保持励磁电流不 变时，电磁功率与功角
按正弦曲线变化，正半 波代表发电机工况。 （2）电磁功率一定时， 改变励磁电流 ， 若 i i ，则θ1＜θ2
f1 f2
§3.4 同步电机的功角特性
一、隐极式同步发电机的功角特性(3)
PM TM 1 2
if if1
2. 灯光旋转法 在暗灯法中，如果相序
接错，相灯的灯光就会
旋转起来。如果把两组 相灯接在不同的相之间，
使它们在正确的相序下。
出现旋转的灯光，这种 并联合闸的方法，叫做 灯光旋转法。
§3.3
同步发电机的功率和转矩平衡方程式
一、功率平衡方程式(1)
发电机对称稳态运行时，原动机投入到发电机的机械功率为P1 ，
一、功率平衡方程式(2)
U cos Ira E cos
mUI cos mI ra mE I cos
2
PM mE I cos
pcua
P 1
p fe
PM pad
P2
pm
图11-8
同步发电机功率流程图
说明：转子(励磁)铜耗没有列入上列功率方程式
§3.3
一、隐极式同步发电机的功角特性(1)
推导：
PM P mUI cos 2
P mUI cos( ) mUI (cos cos sin sin ) M
cos
PM mUI
U sin Ix s
U sin Ixs
sin
2
U sin
PM m
UE0 xd
sin m
U
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x jI d ad x jI
q aq
E
x jI U r I a
定子合成磁 场等效电路
S
S
Ba B0 (a)
N n1
N
n1
I
(b)
图11-14
功率角的时空意义
第六章 同步电机
§5
并网同步发电机的有功调节及静态稳定
一、分析假设
第六章 同步电机
二、发出有功功率的调节过程
PM 2.125 max 2.66 0.8 PM
kM
第六章 同步电机
§6
并网同步发电机的无功调节及V形曲线
一、调节无功功率的必要性 接到电网上的负载，除了少数电热设备外，绝大多数都是电 感性质的负载。所以，一个电力系统，除了要给负载有功功率外 ，还要给负载大量的感性无功功率。据大致估计，一个现代化的 电力系统，异步电机需要的无功功率占了电网给的总无功功率的 70％，变压器占了20％，其它设备占10％。 电网给的总无功功率，应该由电网里的全部发电机共同负担 。但是，每台发电机究竟负担多少，怎样调节一台发电机的无功 功率呢？这是本节要研究的问题。
一、并联运行的必要性(1)
电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力 资源和发电设备。 增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故 ，同时，也减少了备用容量。 供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、 加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压 和频率能保持在要求的恒定范围内。
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
三、并网同步发电机的静态稳定
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
例题 一台凸极同步发电机，接在电网上额 定运行，运行于cos 0.8 （滞后）下，略去定子 电阻， xd 0.8，xq 0.5 试求： (1) PM (2) E0 与 PM max (3) 过载能力
第六章 同步电机
三、转矩平衡方程式
第六章 同步电机
§4
同步发电机的功角特性
一、功角特性的定义及意义
第六章 同步电机
二、功角特性公式的推导
第六章 同步电机
E 0
x jI d d x jI
q q
U
I q
I I d
图11-11 凸极同 步发电机相量图
第六章 同步电机
U2 1 1 m TM ( ) sin 2 21 xq xd
为基本电磁转矩。
为附加电磁转矩或凸极电磁转矩。
第六章 同步电机
若要求取无功功率Q＝mUIsinφ的功角特性，可用类似方法推导 出：
UE0 U 2 xd xq mU 2 xd xq Qm cos m cos 2 xd 2 xd xq 2 xd xq
X
图11-1
研究并联运行的正方向
第六章 同步电机
三、并网情况分析
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
理想并网条件：
第六章 同步电机
§2
一、并网投入方法
同步发电机并网操作的方法
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，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。
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。
第六章 同步电机
二、准整步法
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
§3
同步发电机的功率、转矩关系
一、功率平衡方程式
第六章 同步电机
二、关于电磁功率的初步认识
第六章 同步电机
第六章 同步电机
七、举例
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
q aq
E
x jI U r I a
定子合成磁 场等效电路
S
S
Ba B0 (a)
N n1
N
n1
I
(b)
图11-14
功率角的时空意义
第六章 同步电机
总之：功率角θ实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大， 产生的电磁功率和电磁转矩也愈大。而形成θ角的原因是由于有交 轴电枢反应磁动势 Faq（或 Iq），所以，交轴电枢反应磁动势是产 生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。
当E0、U和xd为常数时，无功功率也是功率角θ的函数
第六章 同步电机
四、功角的物理意义
1）对发电机而言，θ 角是励磁电动势超前于端电压的时间角 2）θ的空间意义，θ是主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角可看 作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角
E 0
x jI d ad x jI
第六章 同步电机
一、并网投入方法
讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时，
励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励 磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。 2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
第六章 同步电机
二、准整步法 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
第六章 同步电机
6.3
同步发电机的并网运行
§1 §2 §3
同步发电机理想并网条件 同步发电机并网操作的方法 同步发电机的功率、转矩关系
§4
§5 §6
同步发电机的功角特性
并网同步发电机的有功调节及静态稳定 并网同步发电机的无功调节及V形曲线
第六章 同步电机
§1
同步发电机理想并网条件
三、关于功角特性的讨论
第六章 同步电机
第六章 同步电机
将凸极同步电动机的功角特性两边同除以同步机械角速度
讨论：
UE0 PM U 1 1 TM TM m sin m ( )sin 2 TM 1 xd 1 21 xq xd
2
UE0 m TM sin xd 1
第六章 同步电机
tg
* I xq U sin
U cos
1.375
54
17
E0 U cos I d xd 1.602
1 E0U 1 2 P sin U sin 2 0.8 x xd xd q
第六章 同步电机
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。 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。
第六章 同步电机
三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
发 电 机 一 相 绕 组
I G
E 0
I S U G 电网 U S
* M
1 dPM E0U 1 2 cos U cos 2 0 x d xd xd q
* PM max 2 1.602 1 1 1 1 sin 72.2 sin 2 72.2 2.125 0.8 2 0.5 0.8
第六章 同步电机
二、分析假设
第六章 同步电机
三、发出无功功率的调节过程
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
四、同步发电机的V形曲线
第六章 电机
五、关于有功调节需保持无功不变的分析
第六章 同步电机
六、关于有功、无功调节综合性结论
第六章 同步电机
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。 联成大电力系统后，有可能使发电厂的布局更加合理。在产煤 区，多布置一些火力发电厂，在水力资源丰富的地方，多布置一 些水力发电厂，然后，利用高压输电线对工业中心区域供电。