第604_同步发电机的并联运行

0 90 0
180 0
比关系变化，所以，功角也将
一来，我们可以看出在b点电
机将达到一个新的平衡点，从 而继续稳定运行。
P1
T1 Pem θ
n
增大， 推出Pem也增大 ，这样
新的平衡点b
T
３）设原来运行在下降段，(在
a’点)。来一个干扰，假定使 a‘ 得P1增加到P1′ ， 显然电机 的转速将增大，功角增大， 而 Pem减小 ，这样一来，转速进
（2）灯光现象
1
UCG
U AS
U AG
3
U AS
1
1
U AG
U AS
U AG
3
U BG
U CS
3
U BG
1
2
U BS U CS UCG
2
U BS U CS U BG
U BS
UCG
1
2
1
3
2
3
2
3
2
（１）
（２）
（３）
1
1
U AS
输入转矩
ω
ωωBiblioteka T1=Tem+T0
电磁转矩
空载制 动转矩
稳定运行时，驱动转矩＝制动转矩
6.4.3 同步发电机的功角特性
一、功角特性的定义 功角：端电压和励磁磁势之间的相位差角，一般用θ表
示，也有用δ表示。
功角特性：发电机有功功率或无功功率与功角之间的 关系称为同步发电机的功角特性。 有功功率的功角特性： P
那么，如果上述条件不满足，将会怎样呢？ 1）如果电压的有效值不等：
Ｘ
E02
～
Ｘ
E02
Ih
U
产生一个电压差： U
U1 U
当开关K闭合时再整个回路中必然出现瞬态冲击电流。 2)如果电压的相位不相同： 亦产生一个电压差，出现冲击电流。
3）如果频率不等：同理，在频率不相等的情况下并
0
三、同步电机的静稳定运行问题
同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热的限 制，而且受到运行稳定性的限制。 稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系 统，在正常负载调配和不正常事故中，这些电机或电 厂是否还能保持同步运行的问题。
稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。
静态稳定问题：
发电机在某一稳定运行状态，即发电机和电网并 联运行时，电压U和频率f都为恒定值，励磁电流If不 变，其输入功率和输出功率都不变的运行状态。
电机迅速并入电网；但合闸时有冲击电流。
励磁绕组须经一限流电阻短接，因为如果开路，将在励
磁绕组中感应出危险的高电压；如果直接短路，将在定、 转子绕组中产生很大的冲击电流。
6.4.2 同步发电机功率平衡
一、功率平衡方程式
输入功率：P1=Pem+pmec+pFe+pad 电磁功率：Pem=pcu+P2 功率平衡： P1=pmec+pFe+pcu+P2 简单，常常忽略，因此： 正常运行时转子 有没有铁耗？ 同步发电机中 有哪些损耗？
180 0
b’
0 90 0
一步增加，发电机不能在下降
段达到一个新的平衡点。
P1
T1
n
θ
Pem
不能平衡点
由此可以推出,对隐极发电机，
1）当功角在00---900之间变化时，发电机有自动保持 同步的能力，是发电机稳定运行区域。在稳定运行范 围内，电磁功率的改变只会改变功角的大小，而转子
的稳定转速是不会改变的，永远以同步速旋转。 2）而在900—1800之间，电机是不稳定运行的，在功
AG BG CG
GS 3~
发电机和电网的角速度分别为ωs, ωG，
UAs ，UBs ，UCs表示电网电压， UAG，UBG，UCG表示发电机电压。
每组灯的电压:
U1 U AS U AG U 2 U BS U CG U 3 U CS U BG
jI X q
U
I
I q X q U sin I d X d E0 U cos U sin
jIq X q

Iq
Iq X q I E0 U cos d Xd

Id
最后，可得：
U sin E0 U cos Pem mU cos mU sin Xq Xd UE0 U2 1 1 m sin m ( )sin 2 Xd 2 Xq Xd P P
em
f ( )
无功功率的功角特性： Q f ( )
功角的物理意义
在时间上：端电压和励磁磁势之间的 相位差角。 在空间上：合成磁场轴线与转子磁场 轴线之间夹角。 气隙合成磁场的磁极 S
E0
jI d xd
.
E
.
jI X
i
Iq
jI q X q
IR

U
i
N0
结论:调节原动机的功率来调节发电机的有功功率
调节励磁电流不能调节有功功率
E0U Pem m sin Xs
例如If增加，则E0增加，Pem增加，制动性质的电 磁转矩增加，发电机减速，θ 减小， Pem减小，回到 原来的功率平衡。
二、有功功率的调节的基本规律

遵循同步发电机功角特性
E0U Pem m sin Xs
网运行，也将会产生瞬态冲击电流。 4）如果发电机的电压相序与电网的电压相序不同
U AG
3
UCG
2
3U N Ih X
U BG
三、三相同步发电机的并联方法
1.准同期法
灯光旋转法 （1）接线图如右： 第1组灯对接 ，第2、3组灯交
电网
A S BS C S
2 3 1
V
叉连接。
为示零电压表 V
Fa
Fad
Bad
Faq
Baq
Ba
凸极机的功角特性曲线
PM
基本电磁功率
附加电磁功率
0
900
1800

电磁转矩
PM mUE0 mU 1 1 T sin ( ) sin 2 1 1 X d 21 X q X d T T
' ''
2
式中 T ' 为基本电磁转矩； 为附加电磁转矩，又称磁阻 T '' 转矩。
在发电机中，定子铜耗是极小的一部分，为了分析
Pem=P2=mUIcosφ
同步发电机有功功率的流程图
输出功率
输入功率
电磁功率
P1
Pem
P2
机械损耗
铁心损耗
附加损耗
定子铜耗
pmec
pFe
pad
pcu
二、转矩平衡
P1=Pem+（pmec+pFe+pad）
由此可见： P1 Pem （pmec+pFe+pad） +
即
UE0 Pemmax m Xs
它正比于E0（即励磁电流）,反比于同步电抗。
从功角特性可以决定电磁转矩与功角之间的关系，由
此可以得出相应的电磁转矩，为
P m UE em 0 T sin 1 1 X s
式中，Pem单位是W；Ω1单位是rad/s；T 单位是N〃m。
三、凸极同步发电机的功角特性
主磁极
B
i
N

S
I
Ff
Id
二、隐极同步发电机的功角特性
Pem mUI cos
E
E 0
j IX
S
0
sin I
X
0 d
d
cos
I cos


E X
sin
U
P
em

I
Pem
m E0 U
X
sin
d
P f ( ) 为一正弦曲线
em

当功角=90度 时，电磁功率达到最大值。
如同隐极电机功角特性推导方法一样，可以得到
凸极同步发电机的功角特性。如果略去电阻损耗，
Pem mUI cos
mUI cos( )
mUI cos cos mUI sin sin
mUI q cos mUI d sin
E0
.
jI d xd
.
EQ

并联运行的优点：
1.电能的供应可以互相调剂，合理使用。 2.增加供电的可靠性。 3.提高供电质量，电网的电压和频率能保持在要求的 恒定范围内。 4.系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，互 相起补偿作用。 5.联成大电力系统，有可能使发电厂的布局更加合理
一、发电机投入并联时的理想条件：
我们知道由发电厂生产的电能首先考虑的就是并网 运行，然后供给各个用户，那么这里就存在着一个很重
要的问题，就是在怎样的条件下，发电机才能并网运行？
并联投入时，避免产生冲击电流和转轴受到突然的
扭矩。
发电机电压的瞬时值＝电网电压瞬时值
二、并联合闸必须满足四个条件： 1. 发电机频率等于电网的频率（各国电网频率大致有
两种：50Hz或60Hz，我国为50Hz）
2. 发电机的电压幅值等于电网电压的幅值，且波形一致 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
' em '' em
式中
' 为基本电磁功率； Pem
'' Pem 为附加电磁功率