1．同步发电机的电磁转矩T :
用一个等值集中的励磁电流(每对极只有一匝)去代 替实际的励磁电流。由于基波励磁磁动势超前于气 隙磁密一个 电角度，使励磁电流 i f 所在处的气隙 磁密不为零 ，有磁场有电流就必然产生电磁力，转
子受力为：
fb lif B Sinlif
若转子极对数为 p ，则整个转子上有 2 p 个等值励
二、负载运行
并联到电网上的发电机，能够调节的物理量有两个： 一个是励磁电流，另一个是原动机输出转矩。
调节原动机的输出转矩使之增加，T1
T
会引起转子加
0
速，首先出现的是转子位置（以 F& f 1 为标志）超前气隙
旋转磁密 B& ，由于电网频率不会改变， E& 的频率也不
会变，所以气隙磁密 B& 的旋转速度也不能变，维持恒
15-2 并联合闸的条件和方法
(2) 灯光旋转法：
电网
此方法比暗灯法容易实现
并网操作，一个相灯熄灭
AS BS CS
2
V
3
1
时，另两个相灯亮度一样； AG BG CG
GS 3~
15-2 并联合闸的条件和方法
调节发电机转速，使灯光旋转极其缓慢。当相灯1熄灭， 相灯2、相灯3亮度一样时，即可合闸并网。
力，用 k m 表示：
kmTTmNax
磁电流，作用在转子的总电磁转矩为 T ：
T fr 2 p B S i n li fr 2 p C S i n
2. 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：
T1 T T0
转矩平衡等式的每项都乘以机械角速度，就变 成功率平衡式。
T 1 T T 0 P 1 P M p 0
结论2：并联在电网上的同步发电机，保持励磁电流i f
为常数，调节发电机输出的有功功率，电动
势向量E& 0 的轨迹是一个圆，电枢电流 I& 向量
的轨迹也是一个圆(圆心不是0)，把它们称为 同步电机的圆图。
3、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定
同步发电机输出容量的大小，不仅受到发热的限 制，而且受到运行稳定性的限制。
机频率。
f pn 60
b. 电压不等：三个相灯没有绝对熄灭的时候，而
是在最亮和最暗范围闪烁，需调节
励磁电流从而改变发电机的端电压。
当不满足并网条件时，暗灯法所呈见现象
c. 相序不等：三个相灯明暗呈交替变化状态，说 明发电机与电网的相序不同，需对 调发电机或电网的任意两根接线。
d. 相角不等：三组相灯不同时熄灭，不能合闸 并网，需微调节转速。
第十五章 同步发电机 的并联运行
主讲：张建辉
15 同步发电机的并联运行
教学要求：
1．熟悉同步发电机并联合闸的条件和方法 2．掌握同步发电机并联运行的基本电磁关系、
功率及转矩平衡方程式 3．掌握有功功率和无功功率的调节 4．理解V形曲线的物理意义
15-1 概述
同步发电机并联运行的优点：
1.电能的供应可以互相调剂，合理使用。
同步发电机有功功率的流程图
输入 功率P1
电磁功 率PM
输出功 率P2
机械损 耗pmec
附加损铁损pFe 耗pad
定子铜
p pcu1损 cu
P P p m cU o m s I 2 R I M 2 cu
15-4 有功功率的调节和静态稳定
与电网并联运行的同步发电机，当增加原动机的 拖动转矩时，电机的电磁制动转矩随之增大，同步发 电机的电磁功率和输出有功功率增大。
0
900
1800
调节有功功率时发电机输出无功功率的变化
②
E0 ③
E0U jI XC
①
jI'XC jIXC 保持 If 不变 1 2
jI'' XC
1、 1 较大，有功功率
较大，无功功率为零
1
2
U jX C
2、 2 较小，有功功率
减小，无功功率增加
3、 为零时，有功功率
I 为零，无功功率最大
结论
结论1：当励磁电流 i f 为常数时，调节发电 机输出的有功功率，发电机的无功功 率也会改变，输出有功功率减少时， 输出滞后性无功功率会增大。
电网
U&G
A
U&1
U&S A
AS BS CS
2
V
3
1
AG BG CG
GS 3~
G S
U&S C
U&3 U&G C
U&G B
U&S B
U&2
暗灯法接线和相量图
当不满足并网条件时，暗灯法所呈见现象
a. 频率不等：相灯将呈现同时暗、同时亮的交替变
化现象，说明发电机与电网的频率不
同，需调节原动机转速从而改变发电
（2）发电机投放电网，立即加直流励磁电流， 此时靠定、转子磁场间所形成的引力就可 把转子自动牵入同步。 缺点：合闸后有电流冲击。
15-3 同步电机并网运行的理论基础
无限大电网：
电网的容量相对于并联的同步发电机容量来说要大得多， 如果对并联在电网上的同步发电机进行有功功率和无功功 率调节时，对电网的电压和频率不会有什么影响。无限大 电网的特点是端电压和频率均可认为是恒定的。
空载时改变发电机的励磁电流
1．增大励磁，则 E0 U，电流滞后电压9 0 0 电角度
（向电网输送感性无功，相当于吸收容性无功）， 发电机对电网起电容器作用。
2．减小励磁，则 E0 U，电流超前电压 9 0 0 电角度，
发电机从电网吸收感性无功功率，此时发电机对电 网相当于电感负载。
3．改变发电机的励磁电流只能使电枢绕组产生落后或 领先的纯无功电流，没有能使发电机输出有功功率。
3、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定 （3）静态稳定分析：
A、 隐极机
TPM mE0Usin
XC
2 n 60
0190 若原动机拖动转矩 T 1 不变，当 1 增大一个
时，电磁转矩 T 也增加一个 T ，去掉干扰后，因
T T T + T > T 1 ，使电机自动回到原工作点（
稳定。
）
1
3、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定 （3）静态稳定分析：
902 180
若原动机拖动转矩 T 1 不变，当 2增大一个
时，电磁转矩 T 却减少一个 T ，去掉干扰后，因
T － T < T 1 ，使电机不能再回到原来的稳定工作点
（ T T1）。
3、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定
（3）静态稳定分析：
稳定问题包括由若干个发电厂或发电机的电力系 统，在正常负载调配和不正常事故中，这些电机或电 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。
3、同步发电机与电网并联运行时的静态稳定
（1）静态稳定问题：
发电机在某一稳定运行状态，（即发电机和电 网并联运行时，电压 U 和频率 f 都为恒定值，励磁 电流If 不变，其输入功率和输出功率都不变的运行 状态）
1.隐极发电机：若忽略电阻R，
则 P MP 2m U IC co os s
E&0
jI&X c
E 0sinIX Cco s
Icos E0 si n
XC
QPMP2 mUXEc0 Sin 叫功率角
U&
I&
同步发电机的功角特性：
（1）保持励磁电流i f 不变时，
P M 值与 角按正弦曲线变化，
正半波代表发电机工况。
2.增加供电的可靠性。
3.提高供电质量，电网的电压和频率能保持 在要求的恒定范围内。
4.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。
5.联成大电力系统，有可能使发电厂的布局更 加合理
15-2 并联合闸的条件和方法
一、条件：
并联投入时，避免产生大的电流冲击和转轴受到 突然的扭矩。并联合闸必须满足四个条件：
同步发电机的理想条件:
并联运行通常是指同步发电机与无限大电网并联运行。 就是发电机的端电压和频率与电网完全相等，同步发电机 并联到电网上。
一、空载运行（忽略发电机电枢电阻）
I 不是指 =0，而是指有功功率或有功电流为零
由于 U & 与 E& 0 同相位，虽然有电枢电流 I 的存在，但由
于没有有功功率输出，仍认为是空载。同步发电机在理想条 件下并联到电网，原动机只能供给同步发电机转动时所需的 损耗功率，即风阻摩擦等机械损耗以及铁耗等。
二、方法：
1、准确同步法：
将同步发电机调整到符合并联条件后进行并网操 作，分为暗灯法和旋转灯光法两种。 (1)暗灯法：
电网与同步发电机之间的三相并联开关两侧 接灯泡，称相灯，若三相相灯同明同暗，说明相 序正确；当三组相灯同时熄灭时，表示电压
差 U & A U & B U & C0，即可并网合闸。
15-2 并联合闸的条件和方法
定的同步速度。
二、负载运行
E0 jIX a
代表转子位置的空
间向量 F& f 1 在空载
时与 B& 同相位， 当 T 1 增大瞬间，
转子加速使得 F& f 1
E jIX S
超前 B& 一个角
度 。
Ff 1
U
F
Fa
Ff 1
二、负载运行
b f B
F f1
b Bsin
If
If
负载情况下气隙磁密和磁动势分布曲线
如果在电网或原动机方面，突然发生一些微小 干扰，在此小干扰去掉后，发电机如能恢复到原来 的稳定运行状态，即认为该发电机的运行是稳定的。