第10章同步发电机的并联运行-课件
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同步发电机的并网运行
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。
§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。
§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)
功率角和无功都改变
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
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
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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。
上页
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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。
I E0 U jX s
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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
I E0 U 0 jXs
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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
精品jing
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。
I E0 U 0 jXs
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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。
上页
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同步发电机的并联运行
下页
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
目录
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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
上页 目录
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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