同步发电机的并联运行(3)
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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。
简述同步发电机并联运行的条件
简述同步发电机并联运行的条件同步发电机并联运行是指将两个或多个同步发电机连接到同一电力系统中，共同向负载提供电力。
以下是同步发电机并联运行的条件：
1.相序一致：并联运行的同步发电机必须具有相同的相序，即各相之间的电压波形和相位关系必须一致。
这确保了发电机之间的电力传输和共享负载的稳定性。
2.频率一致：并联运行的同步发电机必须具有相同的频率，即输出电压的频率必须一致。
频率一致性是保持电力系统稳定运行的关键因素。
3.电压幅值一致：并联运行的同步发电机在额定负载下应具有相似的电压幅值。
如果电压幅值差异较大，可能会导致电流流向错误或负载不均衡的问题。
4.相序、频率和电压幅值调整：在并联运行之前，需要对各个同步发电机进行相序、频率和电压幅值的调整，以确保它们满足相应的要求。
这可以通过调整励磁系统、调节同步发电机的机械负荷等方式实现。
5.调压和调频系统：在并联运行的过程中，需要使用调压和调频系统来监测和调节各个同步发电机的电压和频率，以保持稳定的电力系统运行。
这些系统能够自动调整发电机的励磁电流和机械负荷，以响应负载变化和维持电力系统的稳定性。
总的来说，同步发电机并联运行的关键在于确保相序、频率和电压幅值一致，并使用调压和调频系统进行实时监测和调节。
这样可以实现同步发电机之间的平衡负载和电力共享。
1/ 1。
三相同步发电机的并网运行(可打印修改)
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 Rst，并调至最大 位置。励磁调节电阻 Rf1 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ＭＧ并使ＭＧ电机转速达到同步转速 1500 r/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 Rf2 以改变ＧＳ的励磁电流 If，使同步发电机发出额定电压 220 伏，可通过 V2 表观测，D53 整步表上琴键开关打在“断开”位置。 (4) 观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三 组相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电机和电网相序不同则应
4
0.299 0.319 0.315 0.311 1.178
5
0.251 0.272 0.256 0.260 0.824
6
0.307 0.323 0.303 0.311 0.570
7
0.347 0.356 0.336 0.346 0.477
8
0.403 0.410 0.387 0.400 0.401
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
1
MET01
2
DD03
3
DJ23
4
DJ18
5
D34-2
6
D52
7
D53
名
称
电源控制屏
不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表
校正直流测功机
三相同步电机
智能型功率、功率因数表
旋转灯、并网开关、同步机励磁电源
整步表及开关
数量 1台 1件 1台 1台 1件 1件 选配
2、屏上挂件排列顺序 D52、D53、D34-2
4
0.299 0.319 0.315 0.311 1.178
5
0.251 0.272 0.256 0.260 0.824
6
0.307 0.323 0.303 0.311 0.570
7
0.347 0.356 0.336 0.346 0.477
8
0.403 0.410 0.387 0.400 0.401
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
1
MET01
2
DD03
3
DJ23
4
DJ18
5
D34-2
6
D52
7
D53
名
称
电源控制屏
不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表
校正直流测功机
三相同步电机
智能型功率、功率因数表
旋转灯、并网开关、同步机励磁电源
整步表及开关
数量 1台 1件 1台 1台 1件 1件 选配
2、屏上挂件排列顺序 D52、D53、D34-2
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。
第02章-船舶同步发电机的并联运行
Us＝u1-u2=Um (sinw1t-sinw2t) =2Um sin(w1-w2)t/2 cos(w1+w2)t/2
它是脉动电压的数学表达式。脉动电压的瞬时值波 形为实线部分，虚线表示脉动电压振幅变化的曲 线。
在自动并车装置中，最有实际意义的是 脉动电压振幅变化的规律。
通过对Us整流（取正半波）、滤波（滤掉(w1+w2) 的谐波部分）后，由1、2两端获得的电压波形就 是脉动电压振幅变化曲线的正半波部分。其数学 表达式为 Us＝2Um sin(w1-w2)t/2=2Um sinwst/2=2Um sin/2
当灯光亮、暗变化较慢，并且灯泡完全熄灭时， 恰好是相位完全一致的时候，也就是并车操作中 需要捕捉的合闸时刻。
2）灯光旋转法：
将指示灯按图(b)接线。 当待并发电机的频率f1高于电网频率fw时，它们之间相对 运动的角速度为2（f1一fw ）。如图(c)所示，若令电网电 压矢量静止，则待并发电机电压矢量以频差角速度 ws＝ 2（f1一fw ）。反时针方向旋转。
3） 同步表进行准同步并车：
同步指示灯只是做为一种辅助并车指示，实船上主 要采用整步表来指示待并机与电网的电压相位差、 频率差及其方向。
粗同步并车法：
采用电抗器限制冲击电流，保证拉入同步的一种并 车法。（条件放宽） 并车电抗器：功能：限流，按 =180时并车，将IPH 限制在Ie(1.2----1.8Ie) （因为粗同步电抗器也是按短时工作制设计的，所 以并车完成后，一定要切除，否则电抗器就可能被 烧毁。）
（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。
它是脉动电压的数学表达式。脉动电压的瞬时值波 形为实线部分，虚线表示脉动电压振幅变化的曲 线。
在自动并车装置中，最有实际意义的是 脉动电压振幅变化的规律。
通过对Us整流（取正半波）、滤波（滤掉(w1+w2) 的谐波部分）后，由1、2两端获得的电压波形就 是脉动电压振幅变化曲线的正半波部分。其数学 表达式为 Us＝2Um sin(w1-w2)t/2=2Um sinwst/2=2Um sin/2
当灯光亮、暗变化较慢，并且灯泡完全熄灭时， 恰好是相位完全一致的时候，也就是并车操作中 需要捕捉的合闸时刻。
2）灯光旋转法：
将指示灯按图(b)接线。 当待并发电机的频率f1高于电网频率fw时，它们之间相对 运动的角速度为2（f1一fw ）。如图(c)所示，若令电网电 压矢量静止，则待并发电机电压矢量以频差角速度 ws＝ 2（f1一fw ）。反时针方向旋转。
3） 同步表进行准同步并车：
同步指示灯只是做为一种辅助并车指示，实船上主 要采用整步表来指示待并机与电网的电压相位差、 频率差及其方向。
粗同步并车法：
采用电抗器限制冲击电流，保证拉入同步的一种并 车法。（条件放宽） 并车电抗器：功能：限流，按 =180时并车，将IPH 限制在Ie(1.2----1.8Ie) （因为粗同步电抗器也是按短时工作制设计的，所 以并车完成后，一定要切除，否则电抗器就可能被 烧毁。）
（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。
三相同步发电机的并联运行要点
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？
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？
实验内容
实验线路图
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Байду номын сангаас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。
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。
谢 谢！
三相同步发电机的并联运行
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。
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知识讲解
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。
第三节 同步电机并网运行的理论基础
无限大电网：
电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得 多，如果对并联在电网上的同步发电机进行有功功率和无 功功率调节时，对电网的电压和频率不会有什么影响。无 限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。
时，电磁转矩 T 也增加一个 T ，去掉干扰后， 因 + T >T ，使T1 电机自动回到原工作点
（ T T1），稳定。
（2）凸极机： 凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在
200 ~ 300 电角度范围。
（电能3）磁 力最，转大用矩转kT矩mN（表T或示max（额：或定最电大磁电功磁率功PN率）P之M m比ax称）为与过额载定
3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决 定于原动机的转向，一般是固定的）
4.在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样
二、方法：
1. 准确同步法：将同步发电机调整到符合并联 条件后进行并网操作，分为暗灯法和旋转灯光法 两种。
(1)暗灯法： 电网与同步发电机之间的三相并联开关两
侧接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说 明相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电 压差 U A UB UC 0 ，即可并网合闸。
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pmec
附加损铁损pFe 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。
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。
第三节 同步电机并网运行的理论基础
无限大电网：
电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得 多，如果对并联在电网上的同步发电机进行有功功率和无 功功率调节时，对电网的电压和频率不会有什么影响。无 限大电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。
时，电磁转矩 T 也增加一个 T ，去掉干扰后， 因 + T >T ，使T1 电机自动回到原工作点
（ T T1），稳定。
（2）凸极机： 凸极机与隐极机相似，额定运行点一般在
200 ~ 300 电角度范围。
（电能3）磁 力最，转大用矩转kT矩mN（表T或示max（额：或定最电大磁电功磁率功PN率）P之M m比ax称）为与过额载定
3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同（发电机相序决 定于原动机的转向，一般是固定的）
4.在合闸时，发电机的电压相角与电网电压的相角一样
二、方法：
1. 准确同步法：将同步发电机调整到符合并联 条件后进行并网操作，分为暗灯法和旋转灯光法 两种。
(1)暗灯法： 电网与同步发电机之间的三相并联开关两
侧接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说 明相序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电 压差 U A UB UC 0 ，即可并网合闸。
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功 率P2
机械损 耗pmec
附加损铁损pFe 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。
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（2） PM一定时，改变励磁
电流 ，i f若
i，f 1 i f 2
则θ1＜θ2
PM
if 2
0 1 2 900
1800
同步发电机的并联运行
11.4 同步电机的功角特性
二、凸极式同步发电机的功角特性 表达式（忽略电枢电阻）
E0
jId xd
PM mUI cos( ) mUI (cos cos sin sin ) mUIq cos mUId sin
1
PMmax
m UE0 xs
（等于90 ）
2
电磁转矩
TM
PM 1
m
UE0 xs1
sin
曲线
0
900
if 1 if 2
1800
同步发电机的并联运行
11.4 同步电机的功角特性
一、隐极式同步发电机的功角特性
曲线
（1）保持励磁电流 i f 不变 PM max PM
时，PM 值与 角按正弦
if1
曲线变化。
二、并联投入方法
整步过程(并车): 把发电机投入到电网所进行的操作过程。 方法
1.准整步法：把发电机调整到完全合乎并联投入条件， 然后投入电网。
1）暗灯法
2）旋转灯光法
2.自整步法：满足部分并网条件的投入方法。
内容回顾
接线图
暗灯法
相量图
电网
U1
AS BS CS
V
3
AG BG CG
2 1
GS 3~
U AG
jIqxq U
U sin xqIq E0 U cos Id xd
Iq
U
sin
xq
Iq
I
Id
E0
U cos
xd
Id
U
I
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
二、转矩平衡方程式
P1=(pm +p fe )+PM （忽略pad）
1
=
2 n1
60
=
2
p
f
P1 = pm +p fe + PM 1 1 1
T1=T0 +TM
T1 T0 TM
驱动转矩 空载转矩 电磁转矩
同步发电机的并联运行
11.4 同步电机的功角特性
功率角θ：励磁电动势和电网电压两个相量之间的夹角。 功角特性：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。
说明：功角特性是同步电机并网运行的基本特性之一。
可确定其稳态运行时的最大电磁功率，还可分 析
一、隐极式静同态步稳发定电等机问的题功。角特性 表达式
电枢电阻一般小于同步电抗，故可忽略不计，此时， 发动机的电磁功率等于输出功率，即
内容回顾
同步发电机并联投入的条件和方法
一、并联投入条件
目的：避免冲击电流、冲击力和冲击转矩。
条件
1）发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波 形 2）一发致电；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（绝对满足）。
内容回顾
同步发电机并联投入的条件和方法
P2 PM -pCua pcua =mI 2ra P2 mUI cos
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
一、功率平衡方程式
方程式
U cos Ira =E cos
E0
E
jIxs
jIx Ira
mUI cos mI 2ra =mE I cos PM =mE I cos
U AS
G S
U CS
U 3
U CG
U BG
U BS
U 2
内容回顾
电网
接线图
灯光旋转法
相量图
AS BS CS
V
AG BG CG
2
3
1
GS 3~
内容回顾
自整步法
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
一、功率平衡方程式
功率流程图
n
~
P2
原动机
P1
输入 功率 P1(机)
电磁功 率PM
Ixs
cos
mUI
E0
U cos
Ixs
sin
m UE0 xs
sin
P* M
U *E0* xs*
sin
(标么值形式）
同步发电机的并联运行
11.4 同步电机的功角特性
一、隐极式同步发电机的功角特性
励磁和电网电压恒定（即E0=常数，U =常数）时， 电磁功率取决于功率角 。
最大电磁功率
PM T M
PM P2 mUI cos
同步发电机的并联运行
11.4 同步电机的功角特性 E 0
一、隐极式同步发电机的功角特性
jIxs表达式ຫໍສະໝຸດ PM mUI cos( )
U
mUI (cos cos sin sin ) cos U sin sin E0 U cos
I
Ixs
Ixs
PM
mUI
U sin
输出功 率P2(电)
机械损耗pm
铁耗pfe 附加损耗
pad
定子铜耗 pcua
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
一、功率平衡方程式
方程式
P1=(pm +p fe +pad )+PM
电磁功率：通过电磁感应和定、转子磁场的相互
作用，由机械功率转换的电功率，即从转子通过气 隙合成磁场传递到定子的功率。