功角特性证明(２)
PM P2 mUI cos
E0 Sin ICos xs
mUE0 PM sin xs
§11-4 同步电机的功角特性
一、隐极式同步发电机的功角特性(2)
mUE0 PM sin xs
（1）保持励磁电流化，正半 波代表发电机工况。 （2）电磁功率一定时， 改变励磁电流 ， 若 i i ，则θ1＜θ2
U
US
E0
UG
US
G S
Ic
X (a)
(b)
图11-2
电压不相等时的并联合闸
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(2)
２、电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。
US UG U S
UG U Ic
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。
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
P 1
p fe
U
Ira
pcua

PM pad P2
I
pm
图11-7 隐极同步发 电机电动势相量图
图11-8
同步发电机功率流程图
说明：转子(励磁)铜耗没有列入上列功率方程式
§11-3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
二、转矩方程式(1)
P ( pm p fe pad ) PM p0 PM 1
2. 灯光旋转法 在暗灯法中，如果相序
电网
接错，相灯的灯光就会
旋转起来。如果把两组 相灯接在不同的相之间，
As Bs BG Cs
2 3 1
使它们在正确的相序下。
出现旋转的灯光，这种 并联合闸的方法，叫做 灯光旋转法。
V
AG
CG
G S 3 ~
图11-6
灯光旋转法接线
§11-3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
P2 PM Pcua
P2 mUI cos
§11-3 同步发电机的功率和转矩平衡方程式
一、功率平衡方程式(2)
E0 jIxs E
jIx
U cos Ira E cos 2 mUI cos mI ra mE I cos
PM mE I cos
一、功率平衡方程式(1)
发电机对称稳态运行时，原动机投入到发电机的机械功率为P1 ，
扣除发电机的机械损耗pm，铁耗pfe 和附加损耗pad后，通过电磁
感应和定、转子磁场的相互作用，机械能就转换为电能，这部分 转换的功率称为电磁功率PM，用方程式表示为
P ( pm p fe pad ) PM 1
在并联刀闸的对应端接上三组灯泡，如图11－4所示，每一组 灯泡称为相灯，由于相灯两端电压最大可达两倍相电压，因此， 对于相电压为220伏的发电机，应用两个220伏的灯泡串联作为 一组相灯，如果发电机和电网电压较高，必须用电压互感器降 压后再接相灯，而且发电机和电网的电压互感器必须有相同的 联结组别。
三、并联投入方法(2)
讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时，
励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励
磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。 通常的做法是把灭磁电阻接入闭合的励磁回路作为限流电阻。
2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
降，只是大容量系统中，电压和频率的变动很小而已。
三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
发 电 机 一 相 绕 组
IG
E0
IS UG U S 电网
X
图11-1
研究并联运行的正方向
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
一、并联投入条件
为了避免并联合闸时引起电流、功率以及由此引起的发电机 内部的机械应力的冲击，将要投入电网的发电机应满足下列条件： 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，即 3.发电机的频率等于电网的频率，即
第十一章 同步发电机的并联运行
§11-1 概述
一、并联运行的必要性(1)
电能的供应可以相互调剂，合理使用，从而更合理地利用动力 资源和发电设备。
增加供电的可靠性。一台发电机的故障，不致于造成停电事故， 同时，也减少了备用容量。 供电的质量增加了。由于系统容量很大，一台电动机的起动、 加载、停机，对系统来说，几乎就没有影响，因此，电网的电压 和频率能保持在要求的恒定范围内。
§11-1 概述
二、无限大电网
无限大电网：现代的电力系统容量很大，系统的电压和频率可以 看作是不变的，即U=常数，f＝常数， 这样的电网称为无限大电 网，所以无限大电网实际上是相当于一个内阻抗等于零的恒频、 恒压电源。 由于并网后的发电机运行情况要受到电力系统的制约，也就是它 的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。因此，对发电机的 运行分析将与单机运行有所不同。 实际上，系统的容量是有限的．无限大电网只是一个相对的概 念．负载增加时，就必须增加发电量，否则，电压和频率就会下
2）不同的励磁电流产生不同的励磁电动势E0，因 此可以得到不 同的功角特性
* U * E0 * * PM TM * sin 3）若用标么值表示 xs
二、凸极式同步发电机的功角特性(1)
E0
PM mUI cos( ) mUI (cos cos sin sin ) mUI q cos mUI d sin
G S
U CS
U CG
V
AG
U CS
U CS
U AG
CG
U 2
U BS
U BS U BG
2 3 G S 3 ~ 三个相灯最亮 1 3
2 1 3
2 1
三个相灯亮度减弱
三个相灯熄灭
图11-4 暗灯法接线和相量图
三、并联投入方法(6) 1. 暗灯法 发电机的相序和电网的相同，电压也相同，但 G S ( f G f S ) ，
U
US
G S U G
G S
(a)
G S
(b)
Ic

(c)
图11-3
频率不相等时的并联合闸
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(3) ３、电压相等，频率相等，但发电机相位和电网相位不相等。 相序不同是绝对不允许投入的。因为即使某相满足了前面三个 条件，但其它两相由于相序不同而使电压相位相差120度 ，它 将引起很大的冲击环流，危害电机的安全运行。 由于汽轮机和水轮机有一定的转向，而且发电机出线都用颜色
I q xq U sin U sin Iq xq E U cos Id 0 xd
jI d x d jI x
q q
U
Iq

I Id
I d xd E0 U cos
图11-11 凸极同 步发电机相量图
UE0 U2 1 1 PM m sin m ( )sin 2 PM PM xd 2 xq xd
附加电磁功率
0
90
180
图11-12 θ<90’时，电磁功率就达到最大值。
凸极同步发 电机的功角特性
§11-4 同步电机的功角特性
二、凸极式同步发电机的功角特性(3)
1）将凸极同步电动机的功角特性两边同除以同步机械角速度
讨论：
UE0 PM U 1 1 TM m sin m ( )sin 2 TM TM 1 xd 1 21 xq xd
UG U S
fG f S
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
二、不满足并联投入条件的后果(1)
１、频率相等，相序一致，但发电机电压和电网电压不相等。
U A
发 电 机 一 相 绕 组
Ic
UG
U U Ic j Z G Z S xG x S
黄、绿、红标明，在装置开关时，首先就要布置好相序，所以
在发电厂一般不会出现相序错误。
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(1)
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，然后投入电网，
f1 f2
§11-4 同步电机的功角特性
一、隐极式同步发电机的功角特性(3)
PM TM 1 2
if if1
if if 2 if1
1）若功角特性两边同除以同步机械角速度 讨论：
PM mUE0 TM sin 1 xs 1
0
90
180
图11-10 隐极同步发 电机的功角特性
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
并联投入方法(5) 1. 暗灯法
电网 U BG
U BG
U AS
U 1 U CG U BG
U AS
U 1
U AS
U CG
U AG
As
Bs BG
Cs
2 3
G S
1
U 3
G S U 3 U 2 U BS U AG
§11-4 同步电机的功角特性