電機(jī)學(xué)第6章同步電機(jī)

同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是常值且與同步速相等，與負(fù)載的大小無關(guān)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與氣隙磁場轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格同步。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可以用作電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。主要內(nèi)容同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行和三相突然短路第6章同步電機(jī)同步電機(jī)的用途同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）（火電廠、水電廠、核電廠）（主要用于驅(qū)動(dòng)不要求調(diào)速的大功率機(jī)械，優(yōu)點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁改善電網(wǎng)的功率因數(shù)）（空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)償電網(wǎng)的無功）同步電機(jī)的分類按用途分：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：凸極、隱極。按冷卻方式分：按勵(lì)磁方式分：電勵(lì)磁式、永磁式同步電機(jī)?？绽?、氫冷、水冷、混合冷卻。臥式、立式。6.1同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)1.基本結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞裝在轉(zhuǎn)子上，主極裝在定子上。

只用于小容量同步電機(jī)中

旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極裝在轉(zhuǎn)子上，為大中型同步電機(jī)的基本形式旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式隱極式凸極式旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子

定子

同步電機(jī)又分為隱極式和凸極式兩種。有明顯的凸出的磁極，氣隙不均勻，制作簡單。適合于高速發(fā)電機(jī)適合于低速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓柱形，氣隙均勻，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，勵(lì)磁繞組固定容易。NS+隱極式NSNS+凸極式同步電機(jī)的基本類型同步發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)隱極結(jié)構(gòu)凸極結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)

由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)

p=1

n=3000r/min(50Hz)

n=3600r/min(60Hz)

采用隱極結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子細(xì)而長轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)鐵心的強(qiáng)度要求很高，就目前材料，轉(zhuǎn)子直徑一般不超過1.1m。

基本采用臥式結(jié)構(gòu)隱極發(fā)電機(jī)的剖面圖同步電機(jī)的外形圖汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)n=幾十~幾百r/min

極對(duì)數(shù)多采用凸極結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子粗而短

勵(lì)磁繞組為集中繞組

立式結(jié)構(gòu)

阻尼繞組水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)阻尼繞組的結(jié)構(gòu)與籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的籠型繞組相似。阻尼繞組的作用同步發(fā)電機(jī)中：阻尼繞組中感應(yīng)電流產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩，抑制轉(zhuǎn)速振蕩。同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)中：起動(dòng)繞組與感應(yīng)電機(jī)一樣同步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子極數(shù)應(yīng)相同。水輪發(fā)電機(jī)的磁極水輪發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)320MW水輪發(fā)電機(jī)思考題1.一臺(tái)頻率f=50Hz，轉(zhuǎn)速n=3000r/min的汽輪發(fā)電機(jī)的極數(shù)是多少？2.一臺(tái)頻率f=50Hz，極數(shù)2p=100的水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？2.同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

轉(zhuǎn)子主極磁場

轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。定子合成磁場

定子三相對(duì)稱繞組流過三相對(duì)稱電流產(chǎn) 生，以同步速旋轉(zhuǎn)（等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）。同步電機(jī)有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)取決于磁場的相對(duì)位置功率角δ轉(zhuǎn)子磁場軸線領(lǐng)先定子合成磁場軸線的夾角。δ>0時(shí)，Te為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩Te平衡。轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率，定子發(fā)出電功率。

發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖δ<0時(shí)，Te為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功率，定子吸收電功率。

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)δ=0時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為0，不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，僅發(fā)出或吸收無功功率。

補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖3.同步電機(jī)的勵(lì)磁方式

（1）電勵(lì)磁

1）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)（與同步電機(jī)同軸）G~同步發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁直流電機(jī)存在電刷和換向器，可靠性差，受換向限制，容量受限。

并勵(lì)

+他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁相比，可提高勵(lì)磁系統(tǒng)的反應(yīng)速度，并使勵(lì)磁機(jī)在較低的電壓下也能穩(wěn)定運(yùn)行。帶副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)GG~副勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)2)靜止整流器勵(lì)磁

他勵(lì)式自勵(lì)恒壓器～～～電壓調(diào)整器交流副勵(lì)磁機(jī)（中頻）交流主勵(lì)磁機(jī)（100Hz）可控整流器不可控整流器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器靜止整流器勵(lì)磁

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行、維護(hù)方便，沒有直流勵(lì)磁機(jī)，使勵(lì)磁容量得以提高，因而在大容量汽輪發(fā)電機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。

自勵(lì)式主發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率經(jīng)靜止整流器整流為直流，然后通過電刷和集電環(huán)通入到主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中。缺點(diǎn)：存在電刷、集電環(huán)的滑動(dòng)接觸（薄弱環(huán)節(jié)）。

優(yōu)點(diǎn)：取消了電刷和集電環(huán)，運(yùn)行比較可靠，適合大容量發(fā)電機(jī)，尤其適合于要求防爆、防燃的特殊場合。無刷勵(lì)磁多用于大、中容量的汽輪發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償機(jī)以及在特殊環(huán)境下的同步發(fā)電機(jī)。目前我國新裝發(fā)電機(jī)容量一般為30萬kW、60萬kW、90萬kW等。多采用整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。一般地，單機(jī)容量越大，電機(jī)效率越高。3）旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁

（2）永磁勵(lì)磁

永磁勵(lì)磁采用永磁材料建立同步電機(jī)的磁場。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子上無勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁電流，取消了電刷和滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，效率高，維護(hù)工作量小；轉(zhuǎn)子上永磁材料的形狀和尺寸可以靈活多樣，尤其適合于低速和高速電機(jī)。目前永磁勵(lì)磁在小型和微型同步電機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。永磁勵(lì)磁的缺點(diǎn)是其磁場不能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行方便和有效的調(diào)節(jié)。

額定電壓UN

單位為kV

額定電流IN

單位為A,kA

額定功率因數(shù)

額定頻率

fN

單位為Hz

額定轉(zhuǎn)速nN

單位為r/min

額定勵(lì)磁電流和電壓

IfN

、UfN

額定容量

SN

或額定功率PN

單位為kW,kVA同步發(fā)電機(jī)是指額定運(yùn)行時(shí)輸出的電功率；同步電動(dòng)機(jī)是指額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率；補(bǔ)償機(jī)是指額定運(yùn)行時(shí)輸出的無功功率。4.同步電機(jī)的額定值6.2同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行

一、空載運(yùn)行

n

s

If

I=01.空載磁場——主磁場

同步電機(jī)的空載磁場若主磁場B0

在氣隙中正弦分布，且以同步速ns旋轉(zhuǎn)，則在定子繞組中產(chǎn)生對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)

有效值：頻率：空載電動(dòng)勢(shì)，即激磁電動(dòng)勢(shì)。三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)2.空載特性

E0=f(If)

同步電機(jī)的空載特性

0較小時(shí)，磁路不飽和，空載曲線的下部是一條直線；隨o的增大，鐵心逐漸飽和，空載曲線彎曲。氣隙線：不計(jì)鐵心磁磁飽和的空載特性曲線。空載特性是同步電機(jī)的一條基本特性。二、對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)1.接三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的物理過程

空載時(shí)，同步電機(jī)的氣隙磁場是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的主磁場B0。}2.電樞反應(yīng) 電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)氣隙磁場的影響電樞反應(yīng)使氣隙磁場空間位置發(fā)生變化，直接關(guān)系到電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。

電樞反應(yīng)的去磁或增磁，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交磁，去磁或增磁）取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)和主磁場在空間的相對(duì)位置。這一相對(duì)位置決定于空載電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載電流之間的的相位差，稱為內(nèi)功率因數(shù)角。01）0=0

時(shí)

定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流及磁動(dòng)勢(shì)在此時(shí)刻，A相電動(dòng)勢(shì)、電流達(dá)到最大值，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線與A相繞組軸線重合，同時(shí)也與q軸重合，即Faq=Fa，稱為交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)。同步發(fā)電機(jī)的交軸電樞反應(yīng)定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通的時(shí)間相量圖各相電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通間的相位關(guān)系是相同的，所以后邊只畫出一相。定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通的時(shí)間相量圖在時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖中，電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa（空間矢量）與電樞電流（時(shí)間相量）同相位；空載磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff同相位。時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖氣隙合成磁場與主磁場的相對(duì)位置相對(duì)于主磁場，氣隙合成磁場的軸線偏移了一個(gè)角度，且幅值有所增加。這是由于電樞磁動(dòng)勢(shì)（Fa=Faq）的作用造成的，稱之為交磁作用。氣隙合成磁場與主磁場的相對(duì)位置圖2）Ψ0

≠0時(shí)

電流滯后電動(dòng)勢(shì)電流滯后電動(dòng)勢(shì)的向量圖電流超前電動(dòng)勢(shì)電流超前電動(dòng)勢(shì)的向量圖

并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，直軸電樞反應(yīng)影響電機(jī)輸出的無功功率。直軸電樞反應(yīng)的影響電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，直軸電樞反應(yīng)將直接影響端電壓的大小。去磁時(shí)，端電壓降低；助磁時(shí)端電壓升高。當(dāng)ψ角為不同值的電樞反應(yīng)位置電樞反應(yīng)性質(zhì)負(fù)載性質(zhì)Ψ=00q軸交軸RΨ=900d軸直、去LΨ=-900d軸直、增C00<Ψ<900d、q軸交、直去R、L-900<Ψ<00d、q軸交、直增R、C勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)的區(qū)別基波波形幅值大小位置轉(zhuǎn)速勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)正弦波恒定，由勵(lì)磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定電樞磁動(dòng)勢(shì)正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時(shí)值決定由電流的f和p決定同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理量的關(guān)系：1、不考慮磁飽和時(shí)6.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路

在時(shí)間相位上，滯后于以90°電角度，若不計(jì)定子鐵耗,與同相位，則將滯后于以90°電角度,亦可寫成負(fù)電抗壓降的形式，即:

采用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時(shí)，電樞的電壓方程為:

因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea正比于電樞反應(yīng)磁通Φa不計(jì)磁飽和時(shí)，Φa又正比于電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa和電樞電流I，即:整理前式可得：

式中，Xs稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗，Xs=Xa+Xσ，它是對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)表征電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個(gè)效應(yīng)的一個(gè)綜合參數(shù)。不計(jì)飽和時(shí)，Xs是一個(gè)常值。隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路：隱極同步發(fā)電機(jī)的相量圖隱極同步發(fā)電機(jī)的相量Xa為電樞反應(yīng)電抗,是反映電樞反應(yīng)磁通（由電樞電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生）在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。Xs為同步電抗，表征電樞反應(yīng)磁通和漏磁通一起在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗，即代表電樞電流引起的總電抗。Xs＝X

＋Xa

考慮磁飽和時(shí)，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時(shí)，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢(shì)F，然后利用電機(jī)的磁化曲線(空載曲線)求出負(fù)載時(shí)的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢(shì)。2、考慮磁飽和時(shí)或

從氣隙電動(dòng)勢(shì)減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即：電動(dòng)勢(shì)—磁動(dòng)勢(shì)圖：1、雙反應(yīng)理論6.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理，就稱為雙反應(yīng)理論。凸極同步電機(jī)的極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大，故直軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λd(λd＝μ0／δd)要比交軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λq(λq＝μ0／λq)大很多。

直軸和交軸磁動(dòng)勢(shì)：2、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖不考慮磁飽和時(shí)同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理量的關(guān)系：不計(jì)磁飽和時(shí)：從氣隙電動(dòng)勢(shì)中減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，便得電樞的端電壓。采用發(fā)電機(jī)慣例，電樞的電壓方程為：考慮，可得：

由于

和分別滯后和900電角度，可以用相應(yīng)的負(fù)電抗壓降來表示：式中，Xd和Xq分別稱為直軸同步電抗和交軸同步電抗。式中，Xad和Xaq分別稱為直軸電樞反映電抗和交軸電樞反映電抗。凸極同步發(fā)電機(jī)的向量圖引入一個(gè)虛擬電動(dòng)勢(shì)，使可得：由相量圖可確定：

凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路3、直軸和交軸同步電抗的意義由于電抗與繞組匝數(shù)的平方和所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)成正比，所以：直軸電樞磁導(dǎo)交軸電樞磁導(dǎo)對(duì)于凸極電機(jī)，由于直軸下的氣隙比交軸下小，直軸磁導(dǎo)Λad>交軸磁導(dǎo)Λaq，所以Xad>Xaq，因此在凸極同步電機(jī)中，Xd>Xq。對(duì)于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故Xd≈Xq≈Xs。Xad為直軸電樞反應(yīng)電抗，反映三相對(duì)稱電樞電流產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁通在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。Xaq為交軸電樞反應(yīng)電抗，反映三相對(duì)稱電樞電流產(chǎn)生的交軸電樞反應(yīng)磁通在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。Xd為直軸同步電抗，反映直軸電樞總磁通（包括電樞反應(yīng)磁通和漏磁通）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。Xq為交軸同步電抗，反映交軸電樞總磁通（包括電樞反應(yīng)磁通和漏磁通）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。Xd＝X

＋

Xad，Xq＝X

＋

Xaq6.5同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程1、功率方程和電磁功率

功率方程：

若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗由另外的直流電源供給，則發(fā)電機(jī)軸上輸入的機(jī)械功率Pl扣除機(jī)械損耗PΩ和定子鐵耗PFe后，余下的功率將通過旋轉(zhuǎn)磁場和電磁感應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)換成定子的電功率，所以轉(zhuǎn)換功率就是電磁功率Pe，即：

再從電磁功率Pe中減去電樞銅耗PCua可得電樞端點(diǎn)輸出的電功率P2；即：電磁功率：

從向量圖導(dǎo)出可見：故同步電機(jī)的電磁功率亦可寫成：

上式的第一部分與感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，第二部分則是同步電機(jī)常用的。對(duì)于隱極同步電機(jī)，由于EQ=E0，故有：

2、轉(zhuǎn)矩方程把功率方程除以同步角速度，可得轉(zhuǎn)矩方程：式中，T1為原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,Te為電磁轉(zhuǎn)矩,T0為空載轉(zhuǎn)矩，分別為：6.7同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。外特性：外特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即n＝ns，If=常值，cosφ=常值時(shí)，U=f(I)。cosΦ=0.8（滯后）cosΦ=1cosΦ=0.8（超前）調(diào)整特性：調(diào)整特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí)，勵(lì)磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=常值時(shí)，If=f(I)。cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前6.9同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行1.投入并聯(lián)的條件和方法2.與電網(wǎng)并聯(lián)的功角特性3.有功功率的調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定4.無功功率的調(diào)節(jié)

一臺(tái)發(fā)電機(jī)獨(dú)立向負(fù)載供電的缺點(diǎn)每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量有限制。若負(fù)載經(jīng)常變化，輕載時(shí)運(yùn)行效率低。發(fā)電機(jī)檢修則需要停電；否則要備用一臺(tái)同容量的機(jī)組，平時(shí)卻不用，不經(jīng)濟(jì)。一臺(tái)發(fā)電機(jī)供電，供電的品質(zhì)會(huì)受影響頻率和電壓會(huì)變化（負(fù)載突變時(shí)）。一般在較偏遠(yuǎn)或無法與電網(wǎng)相聯(lián)的場合下使用。1.并聯(lián)投入的條件和方法無限大電網(wǎng)的概念：現(xiàn)代電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）通常總是由許多發(fā)電廠并聯(lián)組成，每個(gè)電廠內(nèi)又有多臺(tái)發(fā)電機(jī)在一起并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行：把發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)上運(yùn)行的運(yùn)行方式稱為并聯(lián)運(yùn)行。提高供電的質(zhì)量；并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：提高供電的可靠性；提高供電的經(jīng)濟(jì)性。研究同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行問題，不僅具有理論意義，而且還有很大的實(shí)際意義。無限大電網(wǎng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電時(shí)，電壓的頻率由原動(dòng)機(jī)決定，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)電壓的大小。一臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無限大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不會(huì)改變其電壓的頻率；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流也不能改變其電壓的大小。當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量遠(yuǎn)小于它所并聯(lián)的電網(wǎng)的容量時(shí)，電網(wǎng)可看成是無限大電網(wǎng)。無限大電網(wǎng)的容量可近似認(rèn)為是無窮大，電網(wǎng)的電壓和頻率不變。同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)，為了避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流，以及由此在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)距，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足：投入并聯(lián)的條件（1）發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)與電網(wǎng)一致；（2）發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同；（3）發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢(shì)應(yīng)與電網(wǎng)電壓大小相同，相位相同，分析：1）相序不同；2）頻率不同；3）電壓不同。第一個(gè)條件必須滿足，其余兩個(gè)條件允許有些差別。并連接線圖和向量圖如何才能達(dá)到這些條件？關(guān)于相序問題：一般大型同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和相序在出廠以前都已經(jīng)標(biāo)定。對(duì)于沒有表明相序的電機(jī)，可以利用相序指示器來確定。要使發(fā)電機(jī)的頻率、電壓與電網(wǎng)相同，分別調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流就可以達(dá)到。關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的頻率和大?。喊l(fā)電機(jī)的頻率和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為：f＝pns/60和E0＝4.44fN1kw10電動(dòng)勢(shì)的相位：可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)速度來調(diào)整。投入并聯(lián)的方法投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過程稱為整步。實(shí)用的整步方法有兩種：準(zhǔn)確整步法和自整步法準(zhǔn)確整步法：把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)。判斷是否滿足投入并聯(lián)的條件方法采用同步指示器最簡單的同步指示器由三個(gè)指示燈組成，可以有兩種接法：直接接法和交叉接法。直接法是把三個(gè)同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相之間，即接在之間。（1）直接接法（又稱燈光熄滅法或暗燈法）燈光明滅的直接連接法分析時(shí)將無限大電網(wǎng)視為一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，其電壓的大小和頻率不變。起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速接近同步速；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)的電壓接近電網(wǎng)電壓。頻率：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到三個(gè)燈的亮度不再閃爍或閃爍頻率很低時(shí)，就表示f’≈f。電壓的大?。赫{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相等。電壓的相位：燈滅且UAA’=0時(shí)即可合閘投入并聯(lián)。條件檢查相序：燈光同時(shí)明暗，說明相序正確，若輪流亮暗，則相序不同。(2)交叉接法（又稱亮燈法）交叉接法是把三個(gè)同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的之間。燈光旋轉(zhuǎn)的交叉連接法起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速接近同步速；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)的電壓接近電網(wǎng)電壓。頻率：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到燈光旋轉(zhuǎn)速度很低時(shí)，就表示f’≈f。電壓的大小：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相等。電壓的相位：A相燈滅（UAA’=0）時(shí)，且BC相燈亮度相同時(shí)，即可合閘投入并聯(lián)。條件檢查相序：燈光旋轉(zhuǎn)，說明相序正確。準(zhǔn)確整步法的優(yōu)點(diǎn)是可以比較準(zhǔn)確地確定合閘時(shí)刻，投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒有（或很少）沖擊；缺點(diǎn)是整步手續(xù)比較復(fù)雜，時(shí)間長，不能滿足快速并網(wǎng)要求。實(shí)際中，在需要將發(fā)電機(jī)很快投入并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可采用自整步法。自整步法自整步法校驗(yàn)發(fā)電機(jī)的相序；勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路；發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步速；并網(wǎng)；加勵(lì)磁電流。操作簡單，裝置簡單，但是合閘有較大的電流沖擊（達(dá)額定電流的3~8倍）。2.與電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)同步發(fā)電機(jī)的功角特性當(dāng)E0和U保持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功率角之間的關(guān)系Pe＝f()稱為功角特性。設(shè)法消去Id和Iq凸極機(jī)功角特性曲線為基本電磁功率基本電磁功率與激磁電動(dòng)勢(shì)成正比，與端電壓成正比，與功角的正弦成正比，與直軸同步電抗成反比。當(dāng)時(shí)，達(dá)到最大值。凸極機(jī)功角特性曲線附加電磁功率與激磁電動(dòng)勢(shì)（電流）的大小無關(guān)，且僅當(dāng)時(shí)才存在，它是由凸極效應(yīng)（即交、直軸磁阻不相等）所引起，故亦稱為磁阻功率。在隱極同步電機(jī)中附加電磁功率等于零。當(dāng)時(shí)達(dá)到最大值。稱為附加電磁功率總的電磁功率，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在為45°~90°之間達(dá)到最大值Pe(max),其具體位置和數(shù)值視Pe1(max)和Pe2(max)的相對(duì)大小而定。對(duì)于隱極電機(jī)，由于Xd＝Xq＝Xs，附加電磁功率為零，故Pe就等于基本電磁功率對(duì)于凸極電機(jī)，電磁功率Pe亦可以寫成要注意，式中的EQ為虛擬電動(dòng)勢(shì)，EQ本身也是功角的函數(shù)，隨著負(fù)載的變化而變化。功率角的空間含意功率角亦可看作是合成磁場滯后空載磁場的角度。3.有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定(1)有功功率的調(diào)節(jié)以隱極電機(jī)為例，說明同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)。為簡化分析，略去電樞電阻和磁飽和的影響。準(zhǔn)確整步法并網(wǎng)時(shí)，，功率角＝0有功功率的調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)距Te0，發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)上處于空載狀態(tài)；原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅用于克服發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。欲使發(fā)電機(jī)輸出有功功率，根據(jù)能量守恒原理，應(yīng)當(dāng)增加發(fā)電機(jī)的輸入功率，即調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)，這可以由開大汽輪機(jī)的汽門（或水輪機(jī)的水門）來實(shí)現(xiàn)。原動(dòng)機(jī)的功率增加時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1也增大，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子加速，于是與轉(zhuǎn)子主磁場相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)E0將超前于電網(wǎng)電壓U以角。根據(jù)功角特性，此時(shí)發(fā)電機(jī)將向電網(wǎng)輸