三相同步发电机的并网运行

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。

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。

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。

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。

实验四同步发电机并网及有功、无功功率调节一、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。

二、预习要点1、三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？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联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？三、实验方法12、屏上挂件排列顺序D44、D52、D33、D32、D34-3、D31、D41、D513、用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行三相同步发电机与电网并联运行必须满足下列条件：(1)发电机的频率和电网频率要相同，即fⅡ=fⅠ；(2) 发电机和电网电压大小、相位要相同，即E0Ⅱ=UⅠ；(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。

4、旋转灯光法(1) 按图5-4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180Ω电阻，R f1选用D44上1800Ω阻值，R f2选用D41上90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值,R选用D41上90Ω固定电阻。

开关S1选用D52挂箱。

并把开关S1打在“关断”位置，开关S2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220伏，可通过V1表观测。

图5-4 三相同步发电机的并网运行(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ＭＧ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220伏，可通过V2表观测，D53整步表上琴键开关打在“断开”位置。

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。

电机学实验报告实验五三相同步发电机并网运行班级：姓名：学号：同组成员：实验时间：实验地点：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。

二、实验内容1．用准确同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无功功率调节。

(1) 测取输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

(2) 测取输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

三、实验接线图1．图5-1三相同步发电机与电网并联运行接线图四、实验设备1. T三相感应调压器2. G同步发电机PN =2kW UN=400V IN=3.61A IfN=3.6A nN=1500r/min3. M直流电动机PN =2.2kW UN=220V IN=12.4A UfN=220V nN=1500r/min4. 变阻器励磁变阻器Rf1 0/500Ω 1A5. 并车开关6. 直流电流表30A(电枢)7. 直流电流表 4A(励磁)8. 直流电压表400V9. 交流电压表500V10. 交流电流表10A11. 功率表五、实验数据记录2六、计算及问题分析1. 根据实验操作过程，简要说明发电机与电网并联运行时无功功率调节的方法。

在保持同步发电机的有功功率不变的情况下，调节同步发电机的励磁电流I，改变了功率因数角，调节电机的无功功率输出。

在励磁电流变化的过程中，f在励磁电流取某一值的时候，定子电流会出现一个最小值，这时功率因数角为0，无功功率输出为0。

以这一点为基础，增大励磁电流，功率因数角增大，无功功率也随之增大，且为感性；减小励磁电流，功率因数角减小，为负值，无功功率也随之增大，且为容性。

2．P2≈0时同步发电机的V形曲线I=f(If)，如图：3．P2=0.5PN时同步发电机的V形曲线I=f(If)，如图：七、思考题1. 如何根据灯光旋转法中灯光旋转的方向判断发电机的频率是高于还是低于电网频率？答：当灯光顺时针熄灭时，发电机频率低于电网频率；逆时针熄灭时，发电机频率高于电网频率。

三相交流同步发电机同期并网异常运行的研究【摘要l文章阐述了在电机实验室做三相交流同步发电机与电网并网实验时遇到的异常情况，分析研完发生非同期并网的原因及解决办法，同时对原实验接线圈提出了修改意见。

【关键词】实验教学，同步发电机，并网运行在电机教学中，学生们经常要到电机实验室进行三相交流同步发电机并网实验，以验证同步发电机与电网进行准同期并列运行时需要满足的几个条件。

准同期并列法的几个条件是：(1)待并发电机的电压U 和电网电压Uw大小相等；(2)待并发电机的电压和电网电压相位相同；(3)待并发电机的频率和电网频率相等；(4)待并发电机电压的相序和电网电压相序相同。

在实验室进行三相交流同步发电机并网实验时，常采用对认识并列条件较直观的灯光法，即暗灯法和旋转灯光法。

暗灯法的接线如图1。

暗灯法是指接在发电机与电网间的三组灯同时熄灭的瞬间，发电机与电网同步，符合并网条件，在该时刻可以进行并网发电。

旋转灯光法接线如图2。

旋转灯光法是指灯光旋转到接在同名相上的一盏灯熄灭时（如图2中的A相灯），发电机与电网同步，符合并网条件。

通常情况下，操作者只要把握好符合并网条件的瞬间，按下台闸按钮，即可完戒发电机与电网的并网操作，调节原动机的出力就可向电网供电。

但有时也有偶然的情况。

例如，在一次电机老师组织学生到电机实验室做三相交流同步发电机与电网进行准同期法并列运行实验时，就有一个实验小组不能实现同期并列，发生了非同期并列的情况，使发电机受到了巨大的冲击振动，并变为噪音很大的异步运行。

实验只好停止下来，等待查明原因。

一、非同期并网的原因分析针对实验出现的异常情况，我们首先对接线是否有误进行了检查。

经过对连接导线的一一查对，并和与实验接线图上的接线校核，甚至连接线柱上的紧固螺母是否旋紧都进行了检查。

没有发现连线错漏或松动造成虚接的情况。

接着叉按照准同期法并网的四个条件去核对讨论，觉得电压、相位、频率、相序均符合要求，没有发现哪条不对，接线投有错，并网条件又满足，从原理上分析是可以并网的，但试并网时，异常情况依然存在。

实验报告四实验名称：_____________________________________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。

实验项目： 1. 用准确同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调节。

一测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

（一）填写实验设备表（二）三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 填写实验数据表格 表f（三）三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 填写实验数据表格表4-2 n=1500r/min U=220VP2 : 0W（四）问题讨论1•三相同步发电机投入电网并联运行有哪些条件？不满足这些条件将产生什么 后果？答： 1.发电机的频率和电网的频率相同。

2.发电机和电网的电压大小相等，相位相同。

3.发电机和电网的相序相同。

不满足这些条件将产生：1.频率不同，引起系统功率下降，进而导致系统解列。

2.电压不同，引起系统损耗加大。

相位不同不但会使有功和无功的冲击外，还会有一个电磁力矩冲击，会导致传动部分冲击。

3.相序不同.将会发生短路，造成人身伤亡和损坏设备事故。

2.三相同步发电机与电网并联的方法有哪些？答：1.直接并网，2.有电动机带动至电网电压和频率时并网。

3.发电机先做电动机，再转向发电机状态。

3. 实验的体会和建议答：熟悉了三相同步发电机并网运行的条件与操作方法，知道了如何对三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节，明白了三相同步发电机投入电网并联条件的重要性。

同步发电机的并联运行一、并联运行的必要条件二台同步发电机投入并联运行的必要条件：（1）发电机的频率与待并机组或电网频率相同，即FⅡ=FⅠ（2）发电机和电网的波形相同即三相正弦交流电（3）发电机和电网的电压大小及相位相同。

（4）发电机和电网的相序一致.一般情况下，条件(2)有设计制造年时来保证，不会出现问题。

条件（4）是最关键的最重要的条件，若条件（4）不满足是绝对不允许投入并联运行的，否则，将造成重大设备事故。

具体并联操作时，条件（2）可不考虑，条件（4）是电机出厂前由厂家对转向和相序作了标定。

只要接线时不搞错，一般不会出现问题。

当然，在没有完全把握时，可在并网前确认一下相序为好，以保万无一失。

于是，并网只要注意条件（1）和（3）就可以了。

二、投入并联运行的方法投入并联运行的方法很多，主要有自同步法和准确同步法，即同步表法。

主要由操作人员将电机的电压频率整定到符合并联运行的条件，为了判断该条件，常采用一种专门的同步指示装置（同步表MZ－10，100V）。

最简单的同步指示装置是灯光法，采用三组同步指示灯来检验合闸条件。

同步指示灯有两种接线方法：1.直接法（灯光明灭法）；2.交叉灯光法。

1注意：当控制回路电源缺相时，同期表指针将大幅度偏摆。

调整电压整定电位器使同期表上的电压指示在中间位置。

调整转速微调电位器，使频率指示在中间位置。

同期表S指示顺时针转动最慢，当指针指示在12点时为同步点。

并联运行的操作：a.并联时，先将控制屏同步检测转换开关置于“并”位置，调节电压整定电位器和转速微调电位器，使待并机组的电压、频率与电网或另一机机组的电压、频率相同，将并车方式开关置于“自动”位置，按自动并车按钮并保持一段时间，直到待并机组并车成功。

如自动并车功能失灵，可将并车方式开关置于“手动”位置，并观察同步表，当其指针逆时针转动最慢到垂直向上位置时，即可按合闸按钮，使待并机组与电网或另一机组并联。

b.当机组与电网并联运行时，并联成功后，调节转速调节电位器和电压整定电位器，使机组在功率因数0.8-0.9（滞后），有功功率在一定值下运行。