E 0
x jI d ad x jI
q aq
E
x jI U r I a
定子合成磁 场等效电路
S
S

Ba B0 (a)
N n1
N
n1

I

(b)
图11-14
功率角的时空意义
第六章 同步电机
§5
并网同步发电机的有功调节及静态稳定
一、分析假设
第六章 同步电机
二、发出有功功率的调节过程
PM 2.125 max 2.66 0.8 PM
kM
第六章 同步电机
§6
并网同步发电机的无功调节及V形曲线
一、调节无功功率的必要性 接到电网上的负载，除了少数电热设备外，绝大多数都是电 感性质的负载。所以，一个电力系统，除了要给负载有功功率外 ，还要给负载大量的感性无功功率。据大致估计，一个现代化的 电力系统，异步电机需要的无功功率占了电网给的总无功功率的 70％，变压器占了20％，其它设备占10％。 电网给的总无功功率，应该由电网里的全部发电机共同负担 。但是，每台发电机究竟负担多少，怎样调节一台发电机的无功 功率呢？这是本节要研究的问题。
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。
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
三、并网同步发电机的静态稳定
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机


例题 一台凸极同步发电机，接在电网上额 定运行，运行于cos 0.8 （滞后）下，略去定子 电阻， xd 0.8，xq 0.5 试求： (1) PM (2) E0 与 PM max (3) 过载能力
第六章 同步电机
三、转矩平衡方程式
第六章 同步电机
§4
同步发电机的功角特性
一、功角特性的定义及意义
第六章 同步电机
二、功角特性公式的推导
第六章 同步电机
E 0
x jI d d x jI
q q
U
I q

I I d
图11-11 凸极同 步发电机相量图
第六章 同步电机
U2 1 1 m TM ( ) sin 2 21 xq xd
为基本电磁转矩。
为附加电磁转矩或凸极电磁转矩。
第六章 同步电机
若要求取无功功率Q＝mUIsinφ的功角特性，可用类似方法推导 出：
UE0 U 2 xd xq mU 2 xd xq Qm cos m cos 2 xd 2 xd xq 2 xd xq
X
图11-1
研究并联运行的正方向
第六章 同步电机
三、并网情况分析
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
理想并网条件：
第六章 同步电机
§2
一、并网投入方法
同步发电机并网操作的方法
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，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。
简单的同步指示器由三组同步指示灯组成。同步指示器有两种接
法，一种是暗灯法，另一种叫旋转灯光法。
第六章 同步电机
二、准整步法
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
§3
同步发电机的功率、转矩关系
一、功率平衡方程式
第六章 同步电机
二、关于电磁功率的初步认识
第六章 同步电机
第六章 同步电机
七、举例
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
q aq
E
x jI U r I a
定子合成磁 场等效电路
S
S

Ba B0 (a)
N n1
N
n1

I

(b)
图11-14
功率角的时空意义
第六章 同步电机
总之：功率角θ实际上反映了定子合成磁场扭斜的角度，它愈大， 产生的电磁功率和电磁转矩也愈大。而形成θ角的原因是由于有交 轴电枢反应磁动势 Faq（或 Iq），所以，交轴电枢反应磁动势是产 生电磁转矩、进行机电能量转换的必要条件。
当E0、U和xd为常数时，无功功率也是功率角θ的函数
第六章 同步电机
四、功角的物理意义
1）对发电机而言，θ 角是励磁电动势超前于端电压的时间角 2）θ的空间意义，θ是主磁场与电枢等效合成磁场之间的空间角。功率角可看 作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角
E 0
x jI d ad x jI
第六章 同步电机
一、并网投入方法
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。 2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
第六章 同步电机
二、准整步法 准整步法并车方法： 为判断发电机是否满足并联投入条件，常常采用同步指示器，最
第六章 同步电机
6.3

同步发电机的并网运行
§1 §2 §3
同步发电机理想并网条件 同步发电机并网操作的方法 同步发电机的功率、转矩关系


§4
§5 §6
同步发电机的功角特性
并网同步发电机的有功调节及静态稳定 并网同步发电机的无功调节及V形曲线
第六章 同步电机
§1
同步发电机理想并网条件
三、关于功角特性的讨论
第六章 同步电机
第六章 同步电机
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 TM m sin m ( )sin 2 TM 1 xd 1 21 xq xd
2
UE0 m TM sin xd 1
第六章 同步电机
tg
* I xq U sin
U cos

1.375
54
17
E0 U cos I d xd 1.602
1 E0U 1 2 P sin U sin 2 0.8 x xd xd q
第六章 同步电机
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，电压和频率就会下降，只是大容量系统中， 电压和频率的变动很小而已。
第六章 同步电机
三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
发 电 机 一 相 绕 组
I G
E 0
I S U G 电网 U S
* M
1 dPM E0U 1 2 cos U cos 2 0 x d xd xd q
* PM max 2 1.602 1 1 1 1 sin 72.2 sin 2 72.2 2.125 0.8 2 0.5 0.8
第六章 同步电机
二、分析假设
第六章 同步电机
三、发出无功功率的调节过程
第六章 同步电机
第六章 同步电机
第六章 同步电机
四、同步发电机的V形曲线
第六章 电机
五、关于有功调节需保持无功不变的分析
第六章 同步电机
六、关于有功、无功调节综合性结论
第六章 同步电机
一、并联运行的必要性(2)
系统愈大，负载就愈趋均匀，不同性质的负载，相互起补偿作 用。就以地区来说，地区大，时差也大，使用照明的时间也就错 开了，负载均匀，发电机就能经常满载运行，提高了设备的利用 率，若电力系统处在尖峰负荷(短时用电量较大)，可以用增开担 负尖峰负载的发电机来解决，不使电网中发电机的负载均衡性遭 到破坏。 联成大电力系统后，有可能使发电厂的布局更加合理。在产煤 区，多布置一些火力发电厂，在水力资源丰富的地方，多布置一 些水力发电厂，然后，利用高压输电线对工业中心区域供电。