第10章同步发电机的并联运行-课件

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
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。

同步发电机的并联运行➢无限大电网无限大电网：现代电网的电压和频率可以看作是不变的，即U=常数，f＝常数，称为无限大电网，所以无限大电网实际上相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。

➢并联投入条件1.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。

2.投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致。

3.发电机的频率等于电网的频率。

4.发电机的相序必须与电网相序一致。

§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法➢并联投入方法整步过程：把发电机投入到电网所进行的操作过程称为整步过程（或称并车)。

整步方法：准整步和自整步。

准整步：把发电机调整到完全合乎并联投入条件，然后投入电网，这种方法叫准整步。

自整步：首先校验发电机的相序，并按照规定的转向(和定子旋转磁场的转向一致)把发电机拖动到接近同步速旋转，把励磁绕组通过一限流电阻短路(不加励磁)，然后把发电机投入电网，并立即加上励磁，依靠定、转子间形成的电磁力矩，把转子自动地拉入同步。

同步发电机的并联运行§11-3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式P 1= ( pm+ pfe+ pad) +PMP 2=PM-PcuaP2= mUI cosϕE 0 U cos ϕ + Ir a = E δ cos ϕ'P M= mE δ I cos ϕ'图11-7 隐极同步发电机电动势相量图 jI x s E δ jI x σ UI r aϕ' I➢ 转矩方程式T 1 = T 0 + T MP 1 = p fe + p m + P M Ω1 Ω1 Ω1Ω = 2π n 1 = 2π f (机械弧度/ 秒) 1 60 p同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性功角特性是同步电机并网运行的基本特性之一。

通过功角特性，可以确定稳态运行时发电机所能发出的最大电磁功率，还可以用它来分析静态稳定等问题。

功率角：指励磁电动势E 0和电网电压U 这两个向量之表示。

并联运行同步发电机组间无功功率分配讨论同步发电机组并联运行的无功功率分配，首先要建立一个概念--电网上只有一个电压。

船舶电网是独立电网,电网上有几台机组并联运行时，电压是各台发电机电势共同作用的结果。

发电机在负载电流产生的电枢反应作用下输出与电网平衡的电压，当手动或自动调节任意一台发电机的励磁电流，就会改变该台发电机本身产生的电势的大小，同时会改变无功负载的承担，也会改变电网电压。

并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压调整特性曲线所决定。

也就是说，同步发电机间无功功率的分配,实际是通过电压调整器调整励磁电流，以调整发电机电势的办法来实现的。

因此，电压调整器不仅担负着调整电压的任务，同时，还担负着调整和分配无功功率的任务。

当两台并联运行发电机的电势不相等，而频率、相位相等时，在两机组之间将产生一个无功性质的环流，其结果将使电势较高的发电机输出无功功率增大，而电势较低的发电机输出的无功功率减少(发电机负载电流功率因数低的，无功功率大;功率因数高的，则无功功率小)。

由此可见，当同步发电机并联运行时，通过改变发电机的励磁电流来调节其电势，即能调整无功输出、实现无功功率转移。

具体调节方法是:必须同时调节两台发电机的励磁电流，将功率因数低的发电机励磁电流减小，与此同时将功率因数高的发电机励磁电流减大，这样就可以使两台发电机功率因数趋于-致，即输出的无功功率相等。

通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压，因此同步发电机有一定的电压调整规律，也称电压调整特性。

同步发电机的电压调整特性是指发电机端电压U。

随无功电流I变化的规律，通常用Ug-f(Io)的曲线表示。

发电机并联运行时，调压特性曲线应呈下倾特性。

这样有利于稳定地并联工作。

由于两台机组的电压调整特性不一致，导致无功分配不均匀，特性曲线平坦的机组承担的无功变化大，特性曲线较陡的承担无功变化小，因此希望并联运行机组应有相同的电压调整特性。

同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性功率角：指励磁电动势和电网电压这两个向量之间的夹角，用表示。

功角特性：指同步电机接在电网上对称稳态运行时，电机的电磁功率与功率角之间的关系。

0E &U&θ¾功率角θ的物理意义1）功率角是和之间的时间相位差角，对发电机而言，θ角是励磁电动势超前于端电压的时间角。

0E &U &0E &U &同步发电机的并联运行§11-4 同步发电机的功角特性同步发电机的并联运行§11-5 同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定以隐极电机为例，饱和影响和电枢电阻略去不计，由于把电网看作无限大电网。

所以U＝常值，且f=常值。

同步发电机的并联运行§11-5 同步发电机与无限大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定¾静态稳定在电网或原动机方面偶然发生一些微小扰动时，当扰动的原因消失以后，发电机能否回到原先的状态继续运行，这称为同步发电机的静态稳定问题。

如果能回到原先的状态，发电机就是“静态稳定”的，反之，就是不稳定的。

¾静态稳定静态稳定条件：以θ角表示。

对于隐极同步发电机，运行在0°<θ<90°范围内，发电机是静态稳定的。

运行在90°<θ<180°范围内，发电机是静态不稳定的。

当θ=90°时，是静态稳定和不稳定的转折点，称为静态稳定极限。

极限电磁功率静态稳定条件：以微分形式表示。

发电机是否稳定取决于：由于外界的扰动使发电机的功角变化时。

电磁转矩的增量是大于零还是小于零。

若用微分形式表示是否静态稳定，则可用当功率角θ增加一个dθ时，如果电磁转矩也增加一个dT，当功率角减小一个dθ时，电磁M转矩也减小一个dT，则运行是稳定的。

M¾静态稳定1）隐极汽轮发电机的额定运行点一般设计在θ=3 0°~40 °范围内，以保证一定大小的同步转矩系数，即电机具备一定的稳定能力。