三相同步发电机的并网运行
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。
昆明理工大学电气工程及其自动化发电机同步实验报告
实验二：同步发电机综合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发电机与电网是否符合下列条件：a 、双应有相同的相序；b 、双应有相同的电压；c 、双应有相同或接近相同的频率；d 、双应有相同的电压初相位。
在实际并网中，这些条件并不要求完全达到，只要在一定的误差围之就可以进行并网，比如转速（频率）相差约 （2%～5%）。
总之，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，避免电力系统受到重的干扰。
2. 同步发电机的静态稳定性发电机输出的电磁功率与功角的关系为：δδsin sin max 0P X U E P se ==静态稳定的条件用数学表达为0>∆∆δM P ,我们称δ∆∆M P 为比整步功率, 又称为整补功率系数, 其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用 P ss 表示。
δδcos 0sm SS x U E d dP P == δ角越小， P ss 数值越大，发电机越稳定。
由δd dP E 和P E 可知，当δ小于90°时，δd dP E 为正值，在这个围发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近 90°，其值愈小，稳定的程度越低。
当δ等于 90°时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。
在所讨论的简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致。
对应的o 90=δ时达到静态稳定功率极限。
为了安全可靠，极限功率应该比额定功率大一定的倍数，即发电机的额定运行点都远低于稳定极限，以保持有足够的静稳定储备。
P em 与 P en 之比称为静过载能力K m ，即：nn d d en em m X U E X U E P P K δδsin 1sin /00=== 一般要求 K m >1.7，也可以说发电机带额定有功负荷运行时静态稳定储备应该在 70%以上，因此额定功角n δ一般应该是 30°左右。
35同步发电机与电网的并联运行
励磁损耗由另外的直流电源供给
I f → B0 → pFe 铁心损耗 （转子铁心中磁场恒定，无铁耗）
同步发电机的功率方程： p P1- mec-pFe = Pem
Pem-pcua = P2
Pem电磁功p率 cua； m2Ira定子铜耗；
P2 m UcoIs输出功 。率
功率流程图
电机学
Electric Machinery
关于电动势的频率和大小：发电机的频率和励磁电动势为：
f＝pn1/60和E0＝4.44fN1kN10
要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的转 速和发电机的励磁电流就可以达到。
电动势的相位：可以调节发电机的瞬时速度来调整。
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同步发电机与电网的并联运行
ar0 .8 c 3 c 5 .7 o 1 9 s sin0.5268
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同步发电机与电网的并联运行
arctU asU nicn oIsXq
ar7 c 9 0 t.5 a 6 2 n 2 8 6 9 1 .9 8 2 5 .2 9 55
7 9 0 .8 65 8 5 . 2 5 3 5 . 7 1 2 9 . 4 3 6
分析：1）相序不同；2）频率不同；3）电压不同。 第一个条件必须满足，其余两个条件允许有些差别。
电机学
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同步发电机与电网的并联运行
如何才能达到这些条件？ 关于相序问题：一般大型同步发电机的转向和相序在出厂 以前都已经标定。对于没有表明转向和相序的电机，可以 利用相序指示器来确定。
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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。
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。
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。
相同步发电机的并网运行
表4-1
测 量值
计算值
序 号
输出电流I（A） 输出功率P（W）
I
IA
IB
IC
PI
PII
P2 cos
1
2
3
4
5
6
三相同步发电机与电网并网运行时无功功率的调节
（1）测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲 线。
a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并网 运行。
b．保持同步发电机的输出功率P2≈0。 c．先调节同步发电机励磁电流If，使If上升，发电机定子 电流随着If的增加上升到额定电流，并调节Rst保持P2≈0。 记录此点同步发电机励磁电流If、定子电流Io。 d．减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值， 记录此点数据。 e．继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增加 直至额定电流。 f．分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表 4-2中。
四、实验方法及步骤
用准同步法将三相同步发电机投入电网并网运行。
工作原理：三相同步发电机与电网并网运行必 须满足以下三个条件。 （1）发电机的频率和电网频率要相同； （2）发电机和电网电压大小、相位要相同； （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。
表4-2
序 三 相 电 流 I（A）
号 IA
IB
IC
I
1பைடு நூலகம்
2
3
4
5
6
7
8
9
10
励磁电流If （A）
（2）测取当输出功率等于0.5倍额定功率时的V形曲线。
a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网 并网运行。
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。
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表4-2
序 号 1 2 3 三 相 电 流 I（A） IA IB IC I 励磁电流If（A）
4
5 6
7
8 9 10
（2）测取当输出功率等于0.5倍额定功率时的V形曲线。
a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网 并网运行。 b．保持同步发电机的输出功率P2等于0.5倍额定功率。 c．先调节同步发电机励磁电流If，使If上升，发电机 定子电流随着If的增加上升到额定电流。记录此点同步 发电机励磁电流If、定子电流Io。 d．减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值， 记录此点数据。 e．继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增 加直至额定电流。 f．分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录 表4-3中。
三、实验设备及仪器
1．电机实验台主控制屏。 2．电机导轨及测功机、转矩转速测量 3．三相可变电阻器90Ω 4．波形测试及开关板 5．旋转指示灯、整步表 6．同步电机励磁电源 7．功率、功率因数表
四、实验方法及步骤
用准同步法将三相同步发电机投入电网并网运行。 工作原理：三相同步发电机与电网并网运行必 须满足以下三个条件。 （1）发电机的频率和电网频率要相同； （2）发电机和电网电压大小、相位要相同； （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。
表4-3
序 号 1 测 IA IB 量 值 IC If I 计 算 值 cos
2
3 4 5 6 7 8
9
10
五、实验报告
1.试述并网运行条件不满足时并网将引起什么后果？ 2.试述三相同步发电机和电网并网运行时有功功率 和无功功率的调节方法。 3.画出P2≈0和P2≈0.5倍额定功率时同步发电机的V 形曲线，并加以说明。
表4-1
测 序 号 1 2 输出电流I（A） IA IB IC 量 值 输出功率P（W） PI PII 计 算 值
I
P2
cos
3
4 5 6
三相同步发电机与电网并网运行时无功功率的调节
（1）测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲 线。 a．按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并网 运行。 b．保持同步发电机的输出功率P2≈0。 c．先调节同步发电机励磁电流If，使If上升，发电机定子 电流随着If的增加上升到额定电流，并调节Rst保持P2≈0。 记录此点同步发电机励磁电流If、定子电流Io。 d．减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值， 记录此点数据。 e．继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增加 直至额定电流。 f．分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表 4-2中。
三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节
（1）按上述方法把同步发电机投入电网并网运行。 （2）并网以后，调节直流电动机的励磁电阻Rf和 同步电机的励磁电流If，使同步发电机定子电流接近 于零，这时相应的同步发电机励磁电流If=Ifo。 （3）保持这一励磁电流If不变，调节直流电动机 的励磁调节电阻Rf，使其阻值增加，这时同步发电 机输出功率P2增加。 （3）在同步电机定子电流接近于零到额定电流的 范围内读取三相电流、三相功率、功率因数，共取 数据6~7组记录于表4-1中。
实验步骤：
（1）三相调压器旋钮逆时针到底，开关S2断开，S1合 向“1”端，确定“可调直流稳压电源”和“直流电机励磁 电源”船形开关均在断开位置，合上绿色“闭合”按钮开 关，调节调压器旋钮，使交流输出电压达到同步发电机额 定电压UN=220伏。 （2）直流电动机电枢调节电阻Rst调至最大，励磁调节 电阻Rf调至最小，先合上直流电机励磁电源船形开关，再 合上可调直流稳压电源船形开关，起动直流电动机，并调 节电机转速为1500r/min。 （3）开关S1合向“2”端，接通同步电机励磁电源，调 节同步电机励磁电流If，使同步发电机发出额定电压220 伏。
实验四 三相同步发电机的并网运行
一、综合要点
1.三相同步发电机的工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2.用准同步法或自同步法将三相同步发电机投入电 网并网运行。 3.三相同步发电机与电网并网运行时有功功率的调 节。 4.三相同步发电机与电网并网运行时无功功率调节。 5.直流电动机的起动与调速。
二、预习要点
1.三相同步发电机投入电网并网运行有那些条 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网运行时怎样调 节有功功率和无功功率？调节过程又是怎样的？
（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先停机， 调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方 法重新起动电动机。 （5）当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁电 流If使同步发电机电压和电网电压相同。再细调直流电动机转 速，使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时接通整步表直键开 关，观察整步表V表和Hz表指在中间位置，S表指针逆时针缓 慢旋转。 （6）待A相灯熄灭时合上并网开关S2，把同步发电机投入 电网并联运行。 （7）停机时应先断开整步表直键开关，断开并网开关S2， 将Rst调至最大，三相调压器逆时针旋到零位，并先断开电枢 电源后断开直流电机励磁电源。