92.知识资料第四章第七节感应电动机(六)

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（6）同步电抗。同步电抗包括与漏磁通相对应的漏电抗和与定子旋转磁场对应的电枢反应电抗。定子旋转磁场在定子绕组中感应电动势，为电枢反应电动势。电动势与磁通成正比，不考虑饱和时，磁通正比于磁动势和电流，电枢反应电动势和电枢反应电流成正比，比例常数为电枢反应电抗。磁路饱和时，磁阻增强使得电枢反应电抗减小，同步电抗的大小随磁路饱和程度改变。

（7）运行特性。

1）空载特性：是一条饱和曲线，是电机的磁化特性。指发电机转速为同步转速n 0时，空载电动势E 0（等于此时的电枢端电压U ）

随励磁电流I f 的变化关系。横坐标为实际的励磁电流。 2）短路特性：稳态短路时，电枢反应为直轴去磁性质，气隙合成磁动势较小，电机磁路不饱和短路特性是一条过原点的直线，指发动机转速为同步转速n 0时，定子三相出线端短路U=0时，定子短路电流I k 随励磁电流i f 的变化关系。

短路比Kc ：同步发电机空载电动势等于额定电压时，所加的励磁电流为I f0，保持这个励磁电流，在稳态短路时的短路电流为I kN ，与发电机额定电流I N 之比称为短路比，即

0*

11

kN c N N d d I E K k I U X X μ=

=⨯=（k μ为饱和系数，0N

E k U μ=）。短路比随着饱和程度而增强，随同步电抗标幺值*d X 的增大减小。

短路比大同步电抗小，短路电流大，负载变化时发电机电压较小，对电力系统运行的稳定性有利。但同步电抗小，电机的气隙较大，增强的励磁磁动势安匝，增强了转子用铜量，提高了电机造价。

3）外特性：指发电机转速为同步转速n 0时，励磁电流I f 不变，负载功率因数cos 不变时，同步发电机单机运行时，定子端电压U 随负载电流Ia 的变化关系。

感性负载时，励磁电流I f 不变，随着电枢电流增大，有两个导致端电压下降的因素，电枢反应的去磁作用增强和漏抗压降增大；则外特性是下降的曲线。纯电阻负载时，外特性也是下降的曲线。容性负载时，电枢反应表现为去磁作用，随着电枢电流的增大，端电压法而增大，外特性是升高的曲线。如图4.8-1所示。

4）调节特性：指发电机转速为同步转速n 0时，负载功率因数cos 不变时，为维持定子端电压U 不变，励磁电流I f 随电枢电流I 的变化关系。电压调节率△U （变化率）为

()0100%Np Np U E U U ⎡⎤∆=-⨯⎣⎦

4.8.2.同步发电机并网运行

（1）同步发电机并联运行的条件和主意。

1）投入并联：即同步发电机并联到电网的过程，也称为并列、并车、整步、 2）并联运行（并车）的条件：

①发电机的相序与电网相序一致，该项必须满意。

②发电机电压的有效值与电网电压有效值相等且相位相同。 ③发电机的频率与电网频率相等。

3）并联运行的决定工作：检查并车条件和决定合闸时刻。电压表测量电网电压Ui ，调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压等于电网电压，即U=Ui 。借助同步指示器决定合闸时刻。

4）同步发电机并联运行的主意有同步发指示灯法和自同步法。

（2）同步发电机并联运行分析。同步发电机与外部衔接接口有定子三相绕组的端口、转子励磁绕组的端口和转自转轴的机械端口三个。并联运行时，可调的惟独励磁绕组的励磁电压（励磁电流）和转子转轴上的机械转矩（原动机向发电机输入的拖动转矩）。

1）调节励磁电流。同步发电机理想并网条件下并联到电网，发电机端电压为空载电动势0

E （等于此时的电枢端电压U ），合闸后电枢绕组电流0I =，发电机空载运行。原动机向发电机

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输出的转矩与转子转动方向一致，是驱动性质；制动性质的转矩是转子转向相反的风阻、摩擦和铁耗产生的空载转矩；驱动转矩T 1和制动转矩T 0平衡，发电机转子维持同步转速旋转。则T 1=T 0。功率平衡方程式为

1100m Fe P T T p p p =Ω=Ω==+

式中P 1——原动机提供发电机的功率，是发电机输入的机械功率； P 0——发电机的空载损耗； Pm ——发电机的机械损耗； p Fe ——发电机的铁耗。

并联合闸后，倘若增强励磁电流，则励磁磁动势增大，空载电动势0E 相位不变、幅值增大；因为电枢端电压U 不变，发电机输出滞后的无功电流，产生去磁的电枢反应。并联合闸后，倘若减小励磁电流，则励磁磁动势减小，空载电动势0E 相位不变、幅值减小；因为电枢端电压U 不变，发电机输出产生后的无功电流，产生增磁的电枢反应。因此改变励磁电流，只能使电枢绕组中产生滞后或超前的无功功率，不能是发电机输入或输出有功功率。

发电机在并联合闸前频率和电网相同、端电压与电网不同，并联合闸时有合闸冲击电流，合闸后点击有无功电流，向电网发出无功功率。

2）调节原动机转矩。调节原动机的拖动转矩可通过调节汽轮机的汽门、水轮机的水门、内燃机的油门等主意。以隐极机为例，设在增大拖动转矩前，发电机已发出无功功率。增大发电机的拖动转矩T 1,原有的平衡关系T 1=T 0被破坏，T 1>T 0，发动机转子要加速。

基波励磁磁动势超前于其隙磁通密度角，转子轴向有效长度l ，则电流为I f 的一根导体的受力为sin f f B lI δθ'=。

倘若转子极对数p 、在囫囵转子上有2p 个等效励磁电流I f ，设转子半径为r ，则作用在转子上的总电磁转矩为

22sin 2

s f f

em p k F T fr p πφθ'=⨯=

当励磁电流I f 不变为常数时，稳态运行时气隙磁通密度B δ基本不变，l 、r 、2p 均不变时，电磁转矩为常数C 与sin θ'的乘积。电磁转矩T em 的方向是使角θ'减小的方向，与转子旋转方向相反，是一个制动性的转矩。调节原动机拖动转矩使其增大，θ'浮上，制动性的转矩T em 产生，

最大电磁转矩T em,max 产生在90θ'=︒时，只要原动机的拖动转矩T 1不超过T em,max ，发电机不会因转矩不平衡造成与电网失去同步。

同步发电机的电磁转矩能自动与拖动转矩相平衡，是发电机能够并联运行的关键。调节原动机的拖动转矩可以改变并联运行的同步发电机向电网发出的有功功功率。

（3）同步发电机的功角特性。

1）功角特性。同步发电机并网后，其电压U 和频率f 收到电网的约束保持不变。如不调节励磁电流，0E 不变时，发电机发出的电磁功率Pem 和功角δ之间的关系称为功角特性。功角特性是同发电机的基本特性之一，可用来分析同步发电机与电网并联运行时的有关功功率调节问题和静态稳定问题。

①隐极式同步发电机的功角特性：0sin em s

mE U

P x δ=

②凸极式同步发电机的功角特性：2011sin sin 22em d q

d mE U mU P x x x δδ⎛⎫

=+- ⎪ ⎪⎝⎭ 2）功角δ的物理意义。时光相位角：δ为一相空载电动势0E 和相电压U 之间的夹角，δ在0E 超前电压U 时为正。空间相位角：假定U 是由等效合成磁动势产生的，δ为产生0E 的基波磁动势和等效合成磁动势的夹角，即转子磁极轴线与等效合成磁极轴线之间的空间相位角。

（4）静态稳定。稳定问题决定了转子转速与电网频率之间的关系。

1）定义：同步发电机和电网并联运行时，电网或原动机在发生极小干扰且干扰出现后，发电机能够恢复到本来的稳定运行状态，则发电机运行时静态稳定的。

2）条件：

0dT

d δ

>则发电机运行是静态稳定的。 3）过载能力：最大电磁转矩与额定电磁转矩之比，即max

m N

T k T =

。隐极同步发电机1

sin m N

k δ=

。 为了保证同步发电机有一定的静态稳定能力，隐极、凸极同步发电机的额定运行点分离设计在3040δ=︒︒和2030δ=︒︒。过载能力是为了提高发电运行的稳定性设置的，只能短时使用。