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1、电机学课件分析第五章第五章 第四部分第四部分 同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行 基本要求：基本要求：1 1熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法；熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法；2 2掌握并联运行的基本分析方法，包括：掌握并联运行的基本分析方法，包括： 基本电磁关系、功率及转矩平衡方程基本电磁关系、功率及转矩平衡方程 有功功率和静态稳定判据有功功率和静态稳定判据 无功功率的调节及无功功率的调节及V V形曲线形曲线电机学课件分析5.4.1 5.4.1 概概 述述 同步发电机并联运行的优点：同步发电机并联运行的优点：1.1.电能的供应互相调剂，合理使用。电能的供应互相调剂，合理使用。2.2
2、.增加供电的可靠性。增加供电的可靠性。3.3.提高供电质量。提高供电质量。4.4.系统愈大，负载就愈趋均匀；不同性质的负系统愈大，负载就愈趋均匀；不同性质的负载，互相起补偿作用。载，互相起补偿作用。电机学课件分析 理想的无限大电力系统指其容量无限大，理想的无限大电力系统指其容量无限大，即电压即电压 = =常数，频率常数，频率 = =常数。常数。 理想的无限大电力系统：理想的无限大电力系统：电机学课件分析5.4.2 5.4.2 并联合闸的条件和方法并联合闸的条件和方法 一、并网条件一、并网条件r1r1r2r2E1E1E2E2R R2 21 12 21 1分析两个电池什分析两个电池什么条件下才能并
3、么条件下才能并联？联？电机学课件分析变压器的并联变压器的并联负负载载电机学课件分析同步发电机的并联同步发电机的并联运行运行电机学课件分析同步发电机并联到电网须满足四个条件：同步发电机并联到电网须满足四个条件：1.1.发电机频率等于电网的频率；发电机频率等于电网的频率；2.2.发电机的电压幅值等于电网电压的幅值；发电机的电压幅值等于电网电压的幅值；3.3.发电机的电压相序与电网的电压相序相同；发电机的电压相序与电网的电压相序相同；4.4.发电机的电压相位与电网电压的相位一致。发电机的电压相位与电网电压的相位一致。电机学课件分析 发电机并网时避免产生大的电流冲击和转发电机并网时避免产生大的电流冲击
4、和转轴受到突然的扭矩，从而威胁到发电机及电网轴受到突然的扭矩，从而威胁到发电机及电网的安全运行。的安全运行。二、满足并网条件的目的二、满足并网条件的目的电气设备及其系统电气设备及其系统电气设备及其系统电气设备及其系统. . 中国电力出版社中国电力出版社中国电力出版社中国电力出版社, 2000, 2000：p156p156电机学课件分析冲击电流：冲击电流： 电机学课件分析电机学课件分析 为了将同步发电机调为了将同步发电机调 整到符合并联条件后整到符合并联条件后 进行并网操作，最基进行并网操作，最基 本方法分为暗灯法和本方法分为暗灯法和 旋转灯法两种。旋转灯法两种。 (1)(1)暗灯法：其接线如右
5、暗灯法：其接线如右 图所示图所示V三、并网方法三、并网方法电机学课件分析请思考以下两个问题：请思考以下两个问题：（1 1）如果其中某个条）如果其中某个条件不满足，三个相灯件不满足，三个相灯 会呈现什么灯光特点？会呈现什么灯光特点？（2 2）如何调节发电机，）如何调节发电机，使其最终满足并网使其最终满足并网 条条件？件？电机学课件分析某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位某时刻，发电机电压相量和电网电压相量同相位a. a. 只是只是频率不等频率不等电机学课件分析随时间推移，发电机电压相量和电网电压相量逐渐拉开
6、相位差随时间推移，发电机电压相量和电网电压相量逐渐拉开相位差随时间推移，发电机电压相量和电网电压相量逐渐拉开相位差随时间推移，发电机电压相量和电网电压相量逐渐拉开相位差电机学课件分析 结论：结论：结论：结论： 相灯会呈现同时灭、相灯会呈现同时灭、相灯会呈现同时灭、相灯会呈现同时灭、 再同时亮起的交替再同时亮起的交替再同时亮起的交替再同时亮起的交替 变化现象，说明发变化现象，说明发变化现象，说明发变化现象，说明发 电机与电网的频率电机与电网的频率电机与电网的频率电机与电网的频率 不同。不同。不同。不同。 需调节原动机转速需调节原动机转速需调节原动机转速需调节原动机转速 从而改变发电机频从而改变发
7、电机频从而改变发电机频从而改变发电机频 率。率。率。率。发电机电压相量和电网发电机电压相量和电网发电机电压相量和电网发电机电压相量和电网电压相量反相位时刻电压相量反相位时刻电压相量反相位时刻电压相量反相位时刻电机学课件分析b.b.只是电压不等（发电机频率已调整到很接只是电压不等（发电机频率已调整到很接 近电网频率）近电网频率）电机学课件分析此时，此时，此时，此时，3 3 3 3个相灯灭最暗个相灯灭最暗个相灯灭最暗个相灯灭最暗电机学课件分析结论：结论：结论：结论：三个相灯没有绝对三个相灯没有绝对三个相灯没有绝对三个相灯没有绝对熄灭的状态，而是熄灭的状态，而是熄灭的状态，而是熄灭的状态，而是在最亮
8、和最暗范围在最亮和最暗范围在最亮和最暗范围在最亮和最暗范围内缓慢交替变化。内缓慢交替变化。内缓慢交替变化。内缓慢交替变化。需调节励磁电流从需调节励磁电流从需调节励磁电流从需调节励磁电流从而改变发电机的端而改变发电机的端而改变发电机的端而改变发电机的端电压。电压。电压。电压。 电机学课件分析c.c.只是相序只是相序不等不等（发电（发电机频率已调整到很接近机频率已调整到很接近于电网频率）于电网频率）1 1 1 1号相灯灭，号相灯灭，号相灯灭，号相灯灭，2 2 2 2、3 3 3 3号相灯亮号相灯亮号相灯亮号相灯亮电机学课件分析2 2 2 2号相灯灭，号相灯灭，号相灯灭，号相灯灭，3 3 3 3、1
9、 1 1 1号相灯亮号相灯亮号相灯亮号相灯亮电机学课件分析结论：结论：结论：结论：三个相灯依次呈明三个相灯依次呈明三个相灯依次呈明三个相灯依次呈明暗交替变化状态，暗交替变化状态，暗交替变化状态，暗交替变化状态，即灯光旋转状态。即灯光旋转状态。即灯光旋转状态。即灯光旋转状态。说明发电机与电网说明发电机与电网说明发电机与电网说明发电机与电网的相序不同。的相序不同。的相序不同。的相序不同。通过相灯旋状方向通过相灯旋状方向通过相灯旋状方向通过相灯旋状方向还可以判定频率大还可以判定频率大还可以判定频率大还可以判定频率大小。小。小。小。需对调发电机出线需对调发电机出线需对调发电机出线需对调发电机出线的任意
10、两根接线。的任意两根接线。的任意两根接线。的任意两根接线。3 3 3 3号相灯灭，号相灯灭，号相灯灭，号相灯灭，1 1 1 1、2 2 2 2号相灯亮号相灯亮号相灯亮号相灯亮电机学课件分析d. d. 相角不等（发电机频率已调整到很接近相角不等（发电机频率已调整到很接近于电网频率）于电网频率） 三个相灯不同时熄三个相灯不同时熄三个相灯不同时熄三个相灯不同时熄灭，不能合闸并网。灭，不能合闸并网。灭，不能合闸并网。灭，不能合闸并网。电机学课件分析结论：结论：结论：结论：等待三个相灯都完等待三个相灯都完等待三个相灯都完等待三个相灯都完全熄灭的一刻，说全熄灭的一刻，说全熄灭的一刻，说全熄灭的一刻，说明发
11、电机电压和电明发电机电压和电明发电机电压和电明发电机电压和电网电压同相位，就网电压同相位，就网电压同相位，就网电压同相位，就可以合上并网开关，可以合上并网开关，可以合上并网开关，可以合上并网开关，完成发电机的整个完成发电机的整个完成发电机的整个完成发电机的整个并网操作。并网操作。并网操作。并网操作。电机学课件分析(2)(2)旋转灯法旋转灯法其接线如右图所示。其接线如右图所示。其接线如右图所示。其接线如右图所示。 思考：思考：思考：思考：采用旋转灯光法如采用旋转灯光法如采用旋转灯光法如采用旋转灯光法如何从灯光变化判断何从灯光变化判断何从灯光变化判断何从灯光变化判断四个并网条件？四个并网条件？四个
12、并网条件？四个并网条件？V电机学课件分析a.a.a.a.当（当（当（当（1 1 1 1）号相灯完全熄灭时，（）号相灯完全熄灭时，（）号相灯完全熄灭时，（）号相灯完全熄灭时，（2 2 2 2）、（）、（）、（）、（3 3 3 3）相灯亮）相灯亮）相灯亮）相灯亮 度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网度一样时，可更精确的判定发电机电压相位和电网 电压相位相同；电压相位相同；电压相位相同；电压相位相同；b.b.b.b.可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于可
13、根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于可根据灯光旋转方向判断出发电机的频率是否高于 或低于电网频率。或低于电网频率。或低于电网频率。或低于电网频率。旋转灯光法相比暗灯法的优点：旋转灯光法相比暗灯法的优点：电机学课件分析自同步法：自同步法： 这种方法基本思路是：先校验好同步发电机的相这种方法基本思路是：先校验好同步发电机的相序，励磁回路经限流电阻短路，把转速调到接近序，励磁回路经限流电阻短路，把转速调到接近同步速（发电机与电网频率差同步速（发电机与电网频率差5%5%以下），先合上以下），先合上并联开关，立即加励磁，靠定、转子间电磁力自并联开关，立即加励磁，靠定、转子间电磁力自动把转子牵入同步
14、。动把转子牵入同步。电机学课件分析5.4.3 5.4.3 同步电机并网运行的理论基础同步电机并网运行的理论基础基本要求：基本要求：3 3掌握同步发电机并网运行时功率及转矩平衡方程式掌握同步发电机并网运行时功率及转矩平衡方程式1 1掌握同步发电机并网空载运行的基本电磁关系掌握同步发电机并网空载运行的基本电磁关系2 2掌握同步发电机并网负载运行的电磁转矩掌握同步发电机并网负载运行的电磁转矩 电机学课件分析原动机的拖动转矩原动机的拖动转矩 等于空载矩等于空载矩 ，发电机不向电，发电机不向电网输出有功功率。网输出有功功率。除了除了 ，还包括有功功率或有功电流为零的状态。，还包括有功功率或有功电流为零的
15、状态。1 1同步发电机同步发电机空载运行空载运行时的功率及转矩时的功率及转矩一、空载运行一、空载运行 电机学课件分析同步发电机的理想条件同步发电机的理想条件: :发发电电机机的的端端电电压压大大小小、频频率率以以及及相相位位与与电电网网完完全全相同，同步发电机定子绕组完全没有电流。相同，同步发电机定子绕组完全没有电流。电机学课件分析空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流空载时改变发电机的励磁电流减少励磁增加励磁电机学课件分析 原动机输出转矩不变时，改变发电机的励磁原动机输出转矩不变时，改变发电机的励磁电流只能使电枢绕助产生落后或领先的纯无功电电流只能使电
16、枢绕助产生落后或领先的纯无功电流，发电机不输出有功功率。流，发电机不输出有功功率。结论：结论： 发电机空载运行时，气隙磁动势基波和励磁磁发电机空载运行时，气隙磁动势基波和励磁磁动势基波同相位。动势基波同相位。 原如果在合闸前，发电机空载电压与电网电原如果在合闸前，发电机空载电压与电网电压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机还压不等，除了合闸时产生冲击电流外，发电机还会有无功电流，即向电网发出无功功率。会有无功电流，即向电网发出无功功率。电机学课件分析+A+A结论结论： 空载运行时，气隙磁动势和励磁磁动势同相位，定转子之间产生相吸引的力，使定子表现为椭圆，转子旋转一周，椭圆的长轴旋转两周。电机
17、学课件分析 调节原动机的输出转矩 ，引起转子加速。首先出现的是转子位置（以 为标志）领先气隙旋转磁密 。由于电网频率不会改变， 的频率也不会变，所以气隙磁密 维持恒定的同步速度。 并联到电网上的发电机，能够调节的物理量：励磁电流和原动机输出转矩。代表转子位置的空间向量 在空载时与 同相位； 增大瞬间，转子加速使得 领先 一个角度二、负载运行二、负载运行电机学课件分析1 1同步发电机的电磁转矩同步发电机的电磁转矩 +A. 制动力矩制动力矩电机学课件分析2. 2. 转矩平衡和功率平衡转矩平衡和功率平衡 电磁转矩的出现，同步发电机转矩平衡式变为：功率平衡式： 输入功率电磁功率输出功率电机学课件分析思
18、考：内功率因数角？思考：内功率因数角？电机学课件分析5.4.4 5.4.4 有功功率的调节和静态稳定有功功率的调节和静态稳定 并联运行的同步发电机，当输入转矩增加时，电并联运行的同步发电机，当输入转矩增加时，电机的电磁制动转矩随之增大，电机的电磁功率和输出机的电磁制动转矩随之增大，电机的电磁功率和输出有功功率增大。有功功率增大。1.隐极发电机：若忽略电阻 ，则电机学课件分析（2） 一定时，改变励磁电流 ，若 则（1 1）保保持持励励磁磁电电流流 不不变变时时， 值值与与 角角按按正正弦曲线变化。弦曲线变化。请比较请比较 和和 的大小的大小功角特性：功角特性：090018000900090018
19、001电机学课件分析 当忽略电枢电阻时，凸极式电磁功率亦等于输出功率。 2. 2. 凸极式发电机凸极式发电机电机学课件分析第一项是励磁电流在气隙磁场中产生电磁力所引起的，与励磁电势 成正比，称为励磁电磁功率。第二项在隐极机中不存在，与端电压 及交直轴磁阻的差异 有关，称作凸极电磁功率。电磁转矩电磁转矩: :电机学课件分析 由由于于凸凸极极机机的的电电磁磁功功率率有有两两个个正正弦弦函函数数叠叠加加而而成成，其其最最大大电电磁磁功功率率发发生生在在 角角小小于于 电电角角度度的的位置。若位置。若 则，则， 。1800090018000900180009000900凸极同步发电机的凸极同步发电机的
20、功角特性：功角特性：电机学课件分析 发电机励磁电流发电机励磁电流 = = 常数常数时，励磁电势时，励磁电势 = = 常数，调节常数，调节发电机输出有功功率时，因发电机输出有功功率时，因 角的不同，使得不仅输出的有角的不同，使得不仅输出的有功功率功功率 不同，而且输不同，而且输出的无功功率也会不同。出的无功功率也会不同。二、二、 调节有功功率时发电机输出无功功率调节有功功率时发电机输出无功功率 的变化的变化电机学课件分析结结论论1 1：当当励励磁磁电电流流 = =常常数数时时，调调节节发发电电机机输输出出的的有有功功功功率率，发发电电机机的的无无功功功功率率也也会会改改变变，输输出出有有功功功功
21、率率增增大大时时，输输出出落落后后性性无无功功功功率率会会减小。减小。结论结论2 2：并联在电网上的同步发电机，保持励磁电流：并联在电网上的同步发电机，保持励磁电流为常数，调节发电机输出的有功功率，电动势向量为常数，调节发电机输出的有功功率，电动势向量的的轨轨迹迹是是一一个个圆圆( (圆圆心心是是 ) ) ，电电枢枢电电流流 向向量量的的轨轨迹迹也是一个圆也是一个圆( (圆心是圆心是 ) )，把它们称为同步电机的圆图。，把它们称为同步电机的圆图。电机学课件分析 同同步步发发电电机机输输出出容容量量的的大大小小，不不仅仅受受到到发发热热的的限制，而且受到运行稳定性的限制。限制，而且受到运行稳定性
22、的限制。 稳稳定定问问题题包包括括由由若若干干个个发发电电厂厂或或发发电电机机的的电电力力系系统统，在在正正常常负负载载调调配配和和不不正正常常事事故故中中，这这些些电电机机或电厂是否还能保持同步运行的问题。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。稳定问题又分为静态稳定和动态稳定两种。1 1发电机的稳定问题发电机的稳定问题 三、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定三、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定电机学课件分析（2 2）动动态态稳稳定定：发发电电机机突突然然加加负负载载、切切除除负负载载等等正正常常操操作作运运行行时时，或或者者在在发发生生突突然然短短路路
23、、电电压压突突变变、发发电电机机失失去去励励磁磁电电流流等等非非正正常常运运行行，以以及及遭遭受受到到大大的的或或是是一一定定数数值值参参数数变变化化或或负负载载变变化化时时，电电机机是是否否还能保持同步运行的问题。还能保持同步运行的问题。（1 1）静静态态稳稳定定：发发电电机机在在某某一一稳稳定定运运行行状状态态，（即即发发电电机机和和电电网网并并联联运运行行时时，电电压压U U和和频频率率f f都都为为恒恒定定值值，励励磁磁电电流流 不不变变，其其输输入入功功率率和和输输出出功功率率都都不不变变），如如果果在在电电网网或或原原动动机机方方面面，突突然然发发生生一一些些微微小小干干扰扰，在在
24、此此小小干干扰扰去去掉掉后后，发发电电机机若若能能恢恢复复到到原原来来的的稳稳定定运运行行状状态态，即即认认为为该该发发电电机机是稳定的。是稳定的。电机学课件分析90018009009001800900180090009001800T(1) (1) 隐极机隐极机 若原动机拖动转矩若原动机拖动转矩 不变，当不变，当 增大一个增大一个 时，时，电磁转矩电磁转矩 也增加一个也增加一个 ，去掉干扰后，因，去掉干扰后，因 使电机自动回到原工作点（使电机自动回到原工作点（ ），是），是稳定的。稳定的。2 2静态稳定分析静态稳定分析电机学课件分析 ，发电机是静态稳定的。，发电机是静态稳定的。 或或 时为静态
25、稳定极限。时为静态稳定极限。 ，发电机是不稳定的。，发电机是不稳定的。 结论：结论：电机学课件分析凸极机与隐极机相似，凸极机与隐极机相似，发电机是静态稳定的。发电机是静态稳定的。 ，为静态稳定极限，但此时，为静态稳定极限，但此时 ，发电机是不稳定的。，发电机是不稳定的。 1800090018000900180009000900（2 2）凸极机）凸极机电机学课件分析凸极机的额定运行点一般在凸极机的额定运行点一般在 角度范围。角度范围。（3 3）最大转矩）最大转矩 （或最大电磁功率（或最大电磁功率 ）与额定电）与额定电磁转矩磁转矩 （或额定电磁功率（或额定电磁功率 ）之比称为过载能力，）之比称为过
26、载能力，用用 表示：表示：隐极机隐极机 ， 一般为一般为1.51.52 2左右。左右。电机学课件分析整步转矩系数整步转矩系数隐极机：隐极机：凸极机：凸极机：整步转矩系数的正负代表了是否稳定，大小代表了稳整步转矩系数的正负代表了是否稳定，大小代表了稳定的能力。定的能力。电机学课件分析 电力系统，除了要供给负载有功功率以外，电力系统，除了要供给负载有功功率以外，还要供给负载大量的无功功率，电网的总无功功还要供给负载大量的无功功率，电网的总无功功率由电网中全部发电机共同负担。率由电网中全部发电机共同负担。 发电机在理想条件下（发电机与电网电压、发电机在理想条件下（发电机与电网电压、频率、初相角都相等
27、），并联合闸到电网上去。频率、初相角都相等），并联合闸到电网上去。1. 1. 正常励磁：空载运行时，电枢电流正常励磁：空载运行时，电枢电流 ，发电，发电机既没有有功功率输出，也没有无功功率输出，机既没有有功功率输出，也没有无功功率输出，此时电机励磁电流为正常励磁。此时电机励磁电流为正常励磁。第五节第五节 无功功率的调节和无功功率的调节和 形曲线形曲线电机学课件分析 3. 3. 欠励磁（进相运行）：（保持原动机输出不欠励磁（进相运行）：（保持原动机输出不变）减小励磁电流变）减小励磁电流 ，发电机送出领先的无功电，发电机送出领先的无功电流，产生助磁电枢反应。流，产生助磁电枢反应。2. 2. 过励磁过励磁( (迟相运行迟相运行) )：（保持原动机输出不变）：（保持原动机输出不变）增加励磁电流增加励磁电流 ，发电机送出落后的无功电流，发电机送出落后的无功电流，产生去磁电枢反应。产生去磁电枢反应。电机学课件分析（3 3）电枢电流）电枢电流 与电压与电压 同相同相位，正常励磁。位，正常励磁。（2 2）电枢电流）电枢电流 落后电压落后电压 时，时， 较大，也就是励磁电流较大，也就是励磁电流 较大，过励磁；较大，过励磁；（1 1）电枢电流）电枢电流 领先电压领先电压 时，时， 较小，也就是励磁电流较小，也就是励磁电流 较小，较小，欠励磁；欠励磁；
