第二章同步发电机与负荷
同步发电机基本工作原理及运行特性
同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。
所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势，将导体连接成闭合回路，就有电流通过的现象。
导体镶嵌在铁芯的槽里，铁芯是固定不动的称为定于（静子）。
磁极是转动的，称为转子。
它是由励磁绕组和铁芯组成的。
励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连，定子和转子是发电机的基本组成部分。
那么，三相交流电是如何产生的呢？直流电通入转子绕组后，就产生了稳恒的磁场，沿定于铁芯内圆，每相隔120度，分别安放三相绕组A－X、B－Y、C－Z。
当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时，定子绕组便切割磁力线，产生感应电势，感应电势的方向可由右手定则来确定。
由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电势。
交流电势的额定频率为f，它决定于发电机的极对数P和转速n，其计算公式为:f=np/60HZ，我国规定交流电的频率为50HZ。
即：p=1，n=3000r/min交流电势的相位关系：转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以三相绕组中电势的相位是不同的，因为定子绕组在安放时，空间角度相差120°相序为A－B－C。
何为同步呢？当发电机并列带负荷后，三相绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，交流磁场与转子同速度，同方向旋转，这就是同步。
二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。
其中，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。
而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量，计算发电机的各项基本参数。
1、外特性所谓外特性，就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
第二章电力系统电压的自动调节
例2-1解：
一号机额定无功功率为
QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar) 二号机额定无功功率为
QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)
因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机 的调差系数Kadj也为0.05。
U /
K adj
Q1 Q2 15.49 30.99 0.046 Q Q 15.49 30.99 ( G1 G 2 ) K adj1 K adj2 0.04 0.05
例2-2 解（续）
母线电压波动为
U K adj Q 0.046 0.2 0.0092
无失灵区
励磁控制功能
2励磁功率单元
任务
要求
调节系统电压和本身无功 可靠性、调节容量
较强励磁能力 快速响应能力 頂值电压 电压上升速度
例2-1
某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行， 一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率 为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85， 调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功 功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组 承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动 是多少？
增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的 电压波动是多少？
例2-2 解
Q Q1QG1 Q2QG 2 Q Q U ( G1 G 2 ) /(QG1 QG 2 ) QG1 QG 2 K adj1 K adj2 Q1 Q2 U / K adj QG1 QG 2 K adj1 K adj2
二、交流励磁机励磁系统
1 他励交流励磁机励磁系统
电力工程基础-第2章习题答案
电力工程基础-第2章习题答案第二章2-1 电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？答：电力负荷按对供电可靠性的要求可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三类。
一级负荷应由两个独立电源供电；二级负荷应由两回线路供电；三级负荷对供电电源无特殊要求。
2-2 何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。
答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。
年最大负荷利用小时数T，是一个假想时间，max在此时间内，用户以年最大负荷P持续运行所消耗的max电能恰好等于全年实际消耗的电能，年负荷曲线越平坦，T值越大，年负荷曲线越陡；max T值越小。
因此，maxT的大小说明了用户用电的性质，也说明了用户负荷max曲线的大致趋势。
平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。
2-3 什么叫计算负荷？确定计算负荷的意义是什么？答：计算负荷是根据已知的用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。
确定计算负荷时为正确选择供配电系统中的导线、电缆、开关电器、变压器等提供技术参数。
2-4 什么叫暂载率？反复短时工作制用电设备的设备容量如何确定？答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。
反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。
对于吊车：是指统一换算到%25=ε时的额定功率，其设备容量NNePP ε2=；对于电焊机：是指统一换算到%100=ε时的额定功率，其设备容量NN N N NeS PP εϕεcos ==2-5 需要系数法有什么计算特点？适用哪些场合？答：需要系数法计算较简单，应用较广泛，但它视dK 为常数，没有考虑大容量用电设备对计算负荷的特殊影响，比较适用于容量差别不大、设备台量较多的场合。
2-6 什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？答：年最大负荷损耗小时数实际上也是一个假想时间，在此时间内，线路持续通过计算电流所产生的电能损耗，恰好与实际负荷电流全年在线路上产生的电能损耗相等。
第02章同步发电机及调相机
第二章同步发电机及调相机本章标题为“同步发电机及调相机”，这里所指的同步发电机包括水轮发电机。
因为水轮发电机的交接试验项目和标准,除个别条款外，大部分与汽轮发电机相同，可以列在一起。
此外，1982年以前的施工验收规范以及原水电部的《电气设备交接和预防性试验标准》，都将水轮发电机的项目，列入同步发电机一章内。
第2.0.1条一、本条规定了“同步发电机及调相机”的试验项目，其条文说明在下面相应各条中加以说明。
二、本条注①、注②中，具体规定了容量6000kW以下,电压1kV以上的同步发电机及电压1kV及以下、各种容量的同步发电机的试验项目。
这是参照苏联电气装置安装法规1985年版拟定的。
这样，对电力系统内外各种不同容量的同步发电机，交接试验时应进行的工作，都有了依据。
第2.0.2条一、本条第二款规定“对沥青浸胶及烘卷云母绝缘的吸收比不应小于1.3；对环氧粉云母绝缘的吸收比不应小于1.6”，以与原水电部《电气设备预防性试验规程》统一；由于绝缘材料质量的提高，试验结果表明，此标准对于于燥的绝缘是能达到的。
二、注④“对水冷电机，应测量汇水管及引水管的绝缘电阻”。
因发生过由于汇水管及引水管的绝缘低而影响了发电机定子绕组绝缘电阻的实际值，从而作出错误判断的事例。
第2.0.4条本条规定了定子绕组直流耐压试验和泄漏电流测量的试验标准、方法及注意事项。
特别对氢冷电机，必须严格按本条要求进行耐压试验，以防含氢量超过标准时发生氢气爆炸事故。
第2.0.5条现场组装的水轮发电机定子绕组工艺过程中的交流耐压试验电压标准明确应按《水轮发电机组安装技术规范》(GB 856448〉的有关规定执行。
第2.0.7条增加了“当误差超过规定时,还应对各磁极绕组间的连接点电阻进行测量”，以便分析判断误差超过标准的原因。
第2.0.8条关于转子绕组的交流耐压试验，在1982年以前是参照原水电部《电力建设施工及验收暂行技术规范》电气装置篇第二十五章“电气装置的交接试验”第1218条的规定执行。
同步发电机励磁控制系统实验报告
同步发电机励磁控制系统实验摘要：本课题主要针对如何提高和维持同步发电机运行的稳定性，是保证电力系统安全、经济运行，及延长发电机寿命而进行的同步发电机励磁方式，励磁原理，励磁的自动控制进行了深入的解剖。
发电机在正常运行时，负载总是不断变化的，而不同容量的负载，以及功率因数的不同，对发电机励磁磁场的作用是不同的，对同步发电机的内部阻抗压降也是不一样的。
为了保持同步发电机的端电压稳定，需要根据负载的大小及负载的性质调节同步发电机的励磁电流，因此，研究同步发电机的励磁控制具有十分重要的应用价值。
本课题主要研究同步发电机励磁控制在不同状态下的情况，同步发电机起励、控制方式及其相互切换、逆变灭磁和跳变灭磁开关灭磁、伏赫实验等。
主要目的是是同学们加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；了解微机励磁调节器的基本控制方式。
关键词：同步发电机；励磁控制；它励第一章文献综述1.1概述向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。
发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。
我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。
1.2同步发电机励磁系统的分类与性能1.2.1 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。
其中直流发电机称为直流励磁机。
直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。
直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。
自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。
电力系统 第二章
B 2
R + jX
j
−j
QC 2
−j
QC 2
QC = U 2 B( M var) (M
架空线 L <100km
R + jX
例：
2．2 变压器的参数及等效电路 ． 1 双绕组变压器的等效电路 等效电路： 等效电路：BT
1)电阻 电阻 由于
RT
变压器的电阻是通过变压器的短路损 其近似等于额定总铜耗. 耗，其近似等于额定总铜耗
2 SN ∆Pk = 3 I RT = 2 RT UN 2 N
W
2 ∆Pk U N RT = 2 SN
（Ω）
IN
∆Pk
：短路损耗 W； ；
：额定电流A； 额定电流 ；
SN
：额定容量 VA； U N ：变压器某侧绕组的额定电压 V； ； ； ：归算到 U N 电压侧的两绕组等效电阻。
2 ∆Pk U N 3 RT = 10 2 SN
3.92 + j130.1Ω
( 9.669 − j 74.38) × 10 −7 Ω
∆P0 + j∆Q0
I %S N ∆Q0 = 100
3.自耦变压器的参数和数学模型 自耦变压器的参数和数学模型 就端点条件而言， 就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压 器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变 压器的额定容量，因此需要进行归算。 压器的额定容量，因此需要进行归算。
7.58 b0 = × 106 D jj lg r
（S/km） ）
分裂导线每相单位长度电纳 7.58 b0 = × 106 （S/km） ） D jj lg rdz 若导线长度为L，每相导线电纳： 若导线长度为 ，每相导线电纳：
发输变电电气部分(全)
电机、变压器与配电装置连接；架空 线和电缆线用来传输电能。 并联电抗器一般装设在330kV及以上超 消弧线圈用来补 调相机是一种不带机械负荷运行的同 高压配电装置的线路侧。作用是吸收过剩的 偿小接地电流系统的 步电动机，主要用来向系统输出感性无 无功功率，改善沿线电压分布和无功分布， 单相接地电容电流， 功功率，以调节电压控制点或地区的电 降低有功损耗，提高送电效率。 以利于熄灭电弧。 压。 电力电容 器补偿有并联 和串联补偿两 类。
电气主接线
三、电气主接线和配电装置的 概念
2．配电装置
按主接线图，由母线、开关设备、保护 电器、测量电器及必要的辅助设备组建成接 受和分配电能的电工建筑物，称为配电装置。 配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分。 配电装置按电气设备的安装地点可分为： （1）屋内配电装置。全部设备都安装在屋 内。 （2）屋外配电装置。全部设备都安装在屋 外（即露天场地）。
第二章 发电厂的电气部分
第三节 高压交流输变电
第四节 高压直流输电
断路器图例
隔离开关图例
负荷开关图例
自动重合器和自动分段器
低压开关电器
智能万能式断路器
限流电器
载流导体
补偿设备
互感器
电流互感器作用是将交流大电流变成小电流（5A 电流互感器 或lA），供电给测量仪表和继电保护装置的电流线圈；
首页
一、主要电气设备
（一）一次设备
直接生产、转换和输配电能的设备，称 为一次设备，主要有以下几种。 l.生产和转换电能的设备 生产和转换电能的设备有同步发电机、 变压器及电动机，它们都是按电磁感应原理 工作的，统称灭弧装置，可用来接 通或断开电路的正常工作电流、过 负荷电流或短路电流，是电力系统 隔离开关没有灭弧装 中最重要的控制和保护电器。 置，用来在检修设备时隔 开关电器的作用是接通或断开电路。 离电源，进行电路的切换 （1）断路器（俗称开关） 操作及接通或断开小电流 电路。它一般只有电路断 开的情况下才能操作。在 负荷开关具有简易的灭弧装置， 各种电气设备中，隔离开 （3）负荷开关 可以用来接通或断开电路的正常工作 关的使用量是最多的。 电流和过负荷电流，但不能用来接通 还有用于配电系统的 或断开短路电流。还可用来在检修设 备时隔离电源。
第二章 风力发电机组并网方式分析
2风力发电机组并网运行方式分析2.1风力发电系统的基本结构和工作原理风力发电系统从形式上有离网型、并网型。
离网型的单机容量小(约为0．1～5 kW，一般不超过10 kW)，主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行；并网型的单机容量大(可达MW级)，且由多台风电机组构成风力发电机群(风电场)集中向电网输送电能。
另外，中型风力发电机组(几十kW到几百kW)可并网运行，也可与其它能源发电方式相结合(如风电一水电互补、风电一柴油机组发电联合)形成微电网。
并网型风力发电的频率应保持恒等于电网频率，按其发电机运行方式可分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。
2.1.1恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统中主要采用三相同步发电机(运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速)、鼠笼式异步发电机(SCIG)。
且在定桨距并网型风电机组中，一般采用SCIG，通过定桨距失速控制的风轮使其在略高于同步转速的转速(一般在(1～1．05)n)之间稳定发电运行。
如图2.1所示采用SCIG的恒速恒频风力发电系统结构示意图，由于SCIG在向电网输出有功功率的同时，需从电网吸收滞后的无功功率以建立转速为n的旋转磁场，这加重了电网无功功率的负担、导致电网功率因数下降，为此在SCIG机组与电网之间设置合适容量的并联电容器组以补偿无功。
在整个运行风速范围内(3 m／s < <25 m／s),气流的速度是不断变化的，为了提高中低风速运行时的效率，定桨距风力1发电机普遍采用三相(笼型)异步双速发电机，分别设计成4极和6极，其典型代表是NEGMICON 750 kW机组。
风图2.1采用SCIG的恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统具有电机结构简单、成本低、可靠性高等优点，其主要缺点为：运行范围窄；不能充分利用风能(其风能利用系数不可能保持在最大值)；风速跃升时会导致主轴、齿轮箱和发电机等部件承受很大的机械应力。
自动装置Microsoft Word 文档
一、名词解释1．电力系统自动装置2．电力系统自动化二、简答题1．电力系统包括哪些主要自动装置，如何配置，各自有什么作用？2．电力系统自动化的主要任务：3．电力系统自动化技术包括的内容：电力系统自动装置，电力系统调度自动化。
4．电力系统自动装置包括的内容第二章同步发电机准同步自动并列一、名词解释1．答：直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。
2．答：应用远动通信技术和计算机技术，对电力系统进行自动监视、控制和调度，更好地保证安全、经济运行和电能质量。
二、问答题1．答：1）自动并列装置，配置在待并发电机的同期断路器和解列为两部分系统的同期断路器上。
保证并列操作的正确性和安全性。
2）自动调节励磁装置，配置在发电机的励磁系统，保证电压水平，提高电力系统的运行稳定性；实现并联运行的发电机间无功功率的合理分配。
3）自动调频装置，配置在发电机的调频系统，保证系统频率水平且使系统负荷在同步发电机之间实现最优经济分配。
4）自动重合闸装置，配置在1KV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路的上。
提高输电线路供电的可靠性。
5）备用电源和备用设备自动投入装置，配置在发电厂厂用电、变电站站用电及重要用电单位。
提高用户供电的可靠性。
6）自动按频率减负荷装置，配置在变电站中。
防止电力系统因事故发生有功功率缺额时频率的过度降低，保证了电力系统的稳定运行和重要负荷的正常工作。
2．答：（1）保证电能质量：频率、电压、波形。
（2）提高系统运行安全性。
（3）提高事故处理能力。
（4）提高系统运行经济性。
3．答：电力系统自动装置，电力系统调度自动化。
4．答：自动并列装置，自动调节励磁AER ，自动调频，自动重合闸ARD；备用电源和备用设备自动投入ATS；自动按频率减负荷AFL及自动解列、电气制动、水轮发电机自动起动及自动切负荷、火电厂事故减出力、水电厂事故切机等，2-1并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？2-2准同步并列的实际条件有哪些？如果不满足这些条件，会有什么后果？2-3为什么要在δ=00之前提前发合闸脉冲？2-4自动准同步装置的任务是什么？2-5何谓整步电压？2-6说明全波线性整步电压的特点。