同步发电机改作同步电动机运行的探讨

同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。

所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势，将导体连接成闭合回路，就有电流通过的现象。

导体镶嵌在铁芯的槽里，铁芯是固定不动的称为定于（静子）。

磁极是转动的，称为转子。

它是由励磁绕组和铁芯组成的。

励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连，定子和转子是发电机的基本组成部分。

那么，三相交流电是如何产生的呢？直流电通入转子绕组后，就产生了稳恒的磁场，沿定于铁芯内圆，每相隔120度，分别安放三相绕组A－X、B－Y、C－Z。

当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时，定子绕组便切割磁力线，产生感应电势，感应电势的方向可由右手定则来确定。

由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电势。

交流电势的额定频率为f，它决定于发电机的极对数P和转速n，其计算公式为:f=np/60HZ，我国规定交流电的频率为50HZ。

即：p=1，n=3000r/min交流电势的相位关系：转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以三相绕组中电势的相位是不同的，因为定子绕组在安放时，空间角度相差120°相序为A－B－C。

何为同步呢？当发电机并列带负荷后，三相绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，交流磁场与转子同速度，同方向旋转，这就是同步。

二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。

其中，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。

而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量，计算发电机的各项基本参数。

1、外特性所谓外特性，就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。

同步发电机并列运行将同步发电机与电网(或正在运行的发电机)并联在一起运行的工作方式，称为并列运行。

发电机并列运行后有以下优点:(1)提高供电的可靠性。

当一台发电机故障或检修时，其他电源仍可在出力允许的情况下多带负荷，不致造成用户停电，提高了供电的可靠性。

(2)可提高电能质量。

并列运行后，电网容量大，因负荷波动或机组的投、切引起的频率和电压的波动小，电能质量得到了提高。

(3)可减小备用机组的总容量节省投资。

单个电厂需装设备用发电机组，并人电网后，只要电网有足够的备用容量，就不需每个电厂装设备用机组投资。

(4)可以合理利用动力资源，提高运行的经济性。

并网后，电网可合理利用自然资源。

进行经济调度。

如在丰水期可多发水电，少发火电节约燃料;枯水期多发火电，让水电厂带尖峰负荷。

同时，可以让高效率、低损耗的机组多带负荷，低效率、高损耗的机组少带负荷，从而降低电能生产的成本。

二、并列运行的条件同步发电机的并列，必须满足下列条件:(1)待并发电机电压与电网电压大小相等，即U=U。

(2)待并发电机电压的相位与电网电的相位相同两电压的相位差为0即=0.(3)待并发电机的频率与电网频率相等，即fc=f。

(4)待并发电机电压的相序与电网电压的相序一致。

同步发电机并列运行为什么要满足这些条件，现分析如下:如果待并发电机与电网的频率相等，电压的相位相同，相序也一致，但是，电压的大小不等(U≠U),则在开关两触头之间将存在电压差，Ú=Uc-。

如果这种情况下合闸，在电压U的作用下，在发电机与电网所组成的回路中，将产生一个冲击电流。

在合闸瞬间，由于发电机定子绕组的阻抗很小，所以这种冲击电流是相当大的。

这个冲击电流格产生很大的电动力，使发电机绕组受到很大的提动，甚至造成损坏。

如果待并发电机与电网的频率、电压均相等，相序也一致，但相位不同。

这时由于待并发电机的电压和电网电压在每一瞬间都不相等，因此出现电压差ΔÚ，最严重(即U与相差180)时，电压差可达发电机电压最大值的2倍，在这种情况下合闸，由ΔU所产生的冲击电流，可能达到额定电流的20-30倍。

东莞市骏能电机有限公司
同步电机的运行方式
同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式。

作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。

同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。

小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。

同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。

这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。

同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。

一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。

最常用的是转场式同步发电机,其定子铁心的内圆均匀散布着定子槽，槽内嵌放着按规律排列的三相对称绕组。

这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。

转子铁心上装有制成必定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的散布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。

原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。

同步发电机的工作原理
同步发电机是一种常用于发电的电机，其工作原理基于电磁感应和电流激励的相互作用。

首先，同步发电机的转子由直流激励线圈和交流绕组组成。

直流激励线圈通过外部直流电源提供直流电流，形成一个磁场。

交流绕组则与电网相连，接受电网中的电压。

当同步发电机的转子旋转时，直流激励线圈产生的磁场也随之旋转。

这个旋转的磁场将与交流绕组中的电流相互作用，产生电磁感应力。

根据法拉第电磁感应定律，电磁感应力会导致交流绕组中的电流发生变化。

这个电流变化又会产生额外的磁场，与直流激励线圈产生的磁场叠加在一起。

如果两者的磁场方向一致，它们将相互增强，使得感应力增大。

反之，如果磁场方向相反，它们将相互抵消，使得感应力减小。

当感应力达到一个平衡时，同步发电机的转速将与电网的频率完全同步。

这是因为电网的频率是固定的，而同步发电机的旋转速度取决于直流激励线圈提供的直流电源电流。

因此，在感应力的作用下，同步发电机的转子将转向与电网频率相同的速度。

最后，同步发电机通过交流绕组将同步旋转的磁场转化为交流电能，输出给电网。

这样，同步发电机就实现了将机械能转化为电能的功能。

总结起来，同步发电机的工作原理是通过电磁感应力和电流激励的相互作用，使得转子转速与电网频率同步，并将机械能转化为电能输出到电网中。

同步电动机原理
同步电动机是一种根据电磁原理工作的电机，其工作原理是利用电磁感应现象。

当三相交流电通过定子绕组时，会在定子中形成一个由电流产生的旋转磁场，这个磁场的旋转速度正好与电源频率相关。

同时，在转子中也存在一个磁场，其旋转速度由定子磁场的旋转速度决定。

在正常运行时，两个磁场会保持同步运动，使得转子旋转与定子磁场的旋转速度相同。

这样，转子就会随着定子磁场的旋转而旋转，达到同步转速。

当转子达到同步转速时，同步电动机的运行就稳定了。

同步电动机的同步转速与电源频率和极对数有关，可以通过改变电源频率或改变转子极对数来控制同步电动机的转速。

同时，同步电动机还具有良好的功率因数，可以在运行过程中自动调整，提高电能的利用效率。

总之，同步电动机的工作原理是利用定子与转子之间形成的旋转磁场，使得转子能够同步运动。

通过控制电源频率或转子极对数，可以实现对同步电动机的转速控制。

同步发电机的工作原理
同步发电机是一种可以将机械能转换为电能的机器，它是发电厂中最重要的设备之一，在电力系统中发挥着重要作用。

同步发电机的工作原理是，它由一个旋转转子和一个固定的定子组成。

当外部源提供动力时，转子就会通过传动装置转动，定子中的磁铁与转子上的磁铁相互作用，从而产生电动势。

定子上的磁铁有两个组成部分，一部分是定子线圈，它会产生相应的磁场；另一部分是定子磁铁，它会产生另一个磁场。

当转子上的磁铁在定子磁铁的磁场中转动时，一个转动磁铁就会产生电动势，从而使定子线圈产生电流。

由于定子磁铁与转子上的磁铁的磁场是相互作用的，它们之间的转速会保持一致，这个转速就叫做同步转速。

所以，同步发电机的工作原理就是利用转子磁铁在定子磁铁的磁场中转动，产生电动势，从而使定子线圈发生电流，从而将机械能转换为电能。

同步发电机的优点是可以产生高压高功率的电能，它可以提供多种功率，并且具有良好的稳定性。

它也可以提供高功率密度，可以有效地节省空间和资源。

总之，同步发电机是一种重要的发电设备，它的工作原理是利用转子磁铁在定子磁铁的磁场中转动，产生电动势，从而将机械能转换
为电能，可以提供高压高功率的电能，具有良好的稳定性。

同步发电机工作原理
发电机是将机械能转换为电能的设备，同步发电机是一种常见的发电机类型。

它的工作原理可以简单概括为根据法拉第电磁感应定律，在磁场中通过转子与定子之间的相对运动来产生电压。

同步发电机包括转子和定子两部分。

转子是由电磁铁芯和线圈构成的，线圈中通有直流电流。

定子是由电磁铁芯和线圈构成的，线圈中通有交流电流。

在工作时，首先将外部的机械能输入到发电机的转子上，使其开始旋转。

转子产生的旋转运动会使得转子上的电磁铁芯与定子之间产生相对运动。

当转子上的电磁铁芯与定子线圈相对运动时，定子线圈中的磁感线会切割过线圈，根据法拉第电磁感应定律，磁感线的变化会在定子线圈中感应出电动势。

由于定子线圈中通有交流电流，因此在定子线圈中就会产生交流电压。

这样，通过定子线圈中的电压输出，同步发电机就将机械能转换为了电能。

这里需要注意的是，因为转子上的电磁铁芯与定子之间的相对运动速度不是无限大的，所以同步发电机产生的电压是交流电。

需要指出的是，同步发电机的特点是其输出电压的频率和电网的频率一致。

这是因为电机的转速是由输入的机械能决定，而电压的频率又与转速相关。

在电力系统中，通过调整同步发电
机的转速可以使得输出的电压频率与电网的频率保持一致，从而保证电力系统的正常运行。

同步发电机变电动机运行原因及其处理汽轮发电机在运行中，由于汽轮机主汽门关闭，会使发电机失去原动力，而变为同步电动机运行。

这时发电机不能向系统发出有功功率，反而从系统吸收一部分有功功率，来维持发电机本身运转。

但此时仍然输出无功功率，因为励磁系统没有改变。

这时发电机的状态为吸收有功、发出无功，变为同步调相机运行。

1．发电机变为电动机运行的物理过程：当发电机正常带有功负荷运行时，发电机转子所产生的主磁场轴线，总是超前电枢合成磁场轴线一个θ 角。

这样，在转子与定子空气间隙中的磁力线便像橡皮筋一样，由转子磁场拉着电枢合成磁场以同步速度旋转。

负荷越大，橡皮筋拉得越长，转子磁场超前电枢合成磁场的角度θ 就越大。

若逐渐减少有功负荷，则θ 角随之减少。

当有功负荷为零时，θ0，电枢和转子磁场轴线重合，磁力线的拉力垂直于转子表面，气隙中拉力总和便等于零。

假如把原动机的动力来源停止，这时发电机从系统中吸收一部分有功功率，以维持同步运转所需要的空载能量损耗，转子磁场轴线就落后于电枢合成磁场轴线，既θ 角变为负值，也就是定子带动转子转动，这并不失去同步，因为定子与转子空气间隙中仍有橡皮筋似的磁力线联系着，不过它的方向和发电机运行时相反，可见从原理上分析，发电机变为电动机运行是可行的。

但实际上是不可行的，因为对于电力系统来说，缺少一部分有功功率，可能会引起系统频率的降低，而且对于汽轮机来说，无蒸汽长时间运行时，末级叶片会因与空气摩擦而过热，特别是大容量机组这是绝对不允许的。

为此都设了可靠的保护（逆功率保护），来防止这种状态的发生。

2．发电机变为电动机运行时现象：同步发电机变为同步电动机运行时，发电机表计现象分析如下：（1）发电机“逆功率”信号发出。

（2）汽轮机“主汽门关闭”光字牌亮。

（3）发电机的有功功率表指针摆到零位附近的针档处，且指向负值。

因为这时发电机从系统吸收有功功率以满足它维持同步运转所需要的空载能量损耗。

（4）发电机的无功功率表只是升高。

常见事故及分析一、逆功率运行汽轮发电机在运行中，由于汽轮机主汽门关闭，会使发电机失去原动力，而变为同步电动机运行。

这时发电机不能向系统发出有功功率，反而从系统吸收一部分有功功率，来维持发电机本身运转。

但此时仍然输出无功功率，因为励磁系统没有改变。

这时发电机的状态为吸收有功、发出无功，变为同步调相机运行。

1．发电机变为电动机运行的物理过程：当发电机正常带有功负荷运行时，发电机转子所产生的主磁场轴线，总是超前电枢合成磁场轴线一个θ角。

这样，在转子与定子空气间隙中的磁力线便像橡皮筋一样，由转子磁场拉着电枢合成磁场以同步速度旋转。

负荷越大，橡皮筋拉得越长，转子磁场超前电枢合成磁场的角度θ就越大。

若逐渐减少有功负荷，则θ角随之减少。

当有功负荷为零时，θ=0，电枢和转子磁场轴线重合，磁力线的拉力垂直于转子表面，气隙中拉力总和便等于零。

假如把原动机的动力来源停止，这时发电机从系统中吸收一部分有功功率，以维持同步运转所需要的空载能量损耗，转子磁场轴线就落后于电枢合成磁场轴线，既θ角变为负值，也就是定子带动转子转动，这并不失去同步，因为定子与转子空气间隙中仍有橡皮筋似的磁力线联系着，不过它的方向和发电机运行时相反，可见从原理上分析，发电机变为电动机运行是可行的。

但实际上是不可行的，因为对于电力系统来说，缺少一部分有功功率，可能会引起系统频率的降低，而且对于汽轮机来说，无蒸汽长时间运行时，末级叶片会因与空气摩擦而过热，特别是大容量机组这是绝对不允许的。

为此都设了可靠的保护（逆功率保护），来防止这种状态的发生。

2．发电机变为电动机运行时现象：同步发电机变为同步电动机运行时，发电机表计现象分析如下：（1）发电机“逆功率”信号发出。

（2）汽轮机“主汽门关闭”光字牌亮。

（3）发电机的有功功率表指针摆到零位附近的针档处，且指向负值。

因为这时发电机从系统吸收有功功率以满足它维持同步运转所需要的空载能量损耗。

（4）发电机的无功功率表只是升高。

第十三章同步发电机的并联运行同步电动机第十三章同步发电机的并联运行同步电动机概念题13-1 比较变压器并联运行和同步发电机运行的条件的异同点变压器并联运行的条件是各台变压器的联机组相同，额定电压和变比相等。

要是变压器之间合理分配负载，还要求各变压器应有相同的短路电流标么值。

同步发电机和大电网并联运行的条件是发电机和电网的电压有效值相等，相位相同，频率相同和相序一致。

因为同步发电机的励磁可以调节，各台发电机并联运行时端电压相等，但空载电动势可以不同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配，同步发电机的电抗有不同数值时仍可并联运行，这是和变压器要求有相同的短路阻抗，是不同的。

13-2 什么是同步发电机的功角特性？再推导功角特性时用什么假定？功角θ的时间和空间物理意义是什么？功角特性是电磁功率与功角的关系。

推导功角特性时，略去电枢电阻。

功角θ是电动势Eo和电压U之间的时间和相位差，如忽略漏阻抗压降，θ是产生电动势Eo的转子主磁通Φ0和产生Eδ=U的合成磁通之间的空间相位差。

表示转子旋转磁场和气隙合成旋转磁场之间的相对位置。

功角的大小和电磁的功率成正比。

功角数值的正负，决定同步发电机的运行状态。

13-3 为什么隐极同步发电机和凸极发电机的功角特性表达式不同？隐极同步发电机空气隙均匀，气隙磁阻为常数。

功角特性P=======.功角θ=90时，输出功率最大。

凸极同步发电机空气隙不均匀，直轴范围磁阻小，交轴范围磁阻大，因为交直轴的磁阻不相等产生附加电磁功率称为磁阻功率。

功角特性P=======。

由式可见磁阻功率仅与电网电压U有关，只要Xd=Xq，θ≠0，就会产生磁阻功率。

凸极发电机的基本电磁功率在θ=90时最大，磁阻功率在θ=45时最大，总的电磁功率最大值将出现在45~90之间。

13-4 和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，输出无功功率的大小是否改变？和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，则无功功率的大小要改变，过历时发电机输出的感性无功功率，欠励时发电机输出容性无功功率。

同步电动机的启动及运行武汉市排水泵站管理处常青排水站：耿金枝、姜学力关键词：同步电动机启动运行同步电动机和异步电动机一样，是根据电磁感应原理工作的一种旋转电机，同步电动计时转子转速始终与定子旋转磁场的转速相同的一类交流电机。

按照功率转换方式，同步电机可分为同步电动机、同步发电机、同步调相机三类。

同步电动机将电能转化为机械能，用来驱动负载，由于同步电动机转速恒定，适宜于要求转速稳定的场所，目前大多数大中型排灌站采用的同步电动机；同步发电机将机械能转化为电能，由于交流电在输送和使用方面的优点，现在全世界发电量几乎全部都是同步发电机发出的；同步调相机实际上就是一台空载运行的同步电动机，专门用来调节电网的功率因数。

一、同步电动机的构造同步电动机按机构形式不同，可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。

旋转电枢式电机仅仅只适用于小容量的同步电动机；而旋转磁极式电机按照磁极形式又可分为凸极式和隐极式，隐极式转子做成圆柱形，转子上无凸出的磁极，气隙是均匀的，励磁绕组为分布绕组，一般用于两极电机；而凸极式转子有明显的凸出的磁极，气隙不均匀，极靴下的气隙小，极间部分的气隙较大，励磁绕组为集中绕组，一般用于四级以上的电机。

从总体结构上看，常见的同步电动机都是由建立磁场的转子和产生电动势的定子两大部分组成。

转子和定子之间没有机械的和电的联系，他们是依靠气隙磁场联系起来的，依靠磁场进行能量的传递和转换。

定子部分是由定子铁芯和定子绕组组成。

机座、端盖和风道等也属于定子部分。

定子铁芯是磁场通过的部分，一般由0.35mm 或0.5mm厚的硅钢片冲成有开口槽的扇形片迭成。

每迭厚约4~6mm，迭与迭之间留有1mm宽的通风沟，铁芯槽中线圈按一定规律连接构成空间互成120o的三相对称线组。

转子的主要作用就是产生磁场，当它旋转时就会在定子线圈中感应出交流电动势，同时把轴上输入的机械功率转换为电磁功率。

因此转子主要是由导电的励磁绕组和导磁的铁芯两部分组成。

同步发电机运行实验总结通过实验，我掌握了同步发电机的及其运行的基本原理。

学会操作发电机组的起动与停机与发电机同期并网，明白发电机的空载特性，发电机正常运行时的各种工作状态与发电机特殊的运行方式的情况。

这些情况在课堂上也听老师讲过，通过这次实验，我就能深刻记住并理解，也学会分析一些现场问题。

实验过程应注意的几点：1）发电机起动前，所有开关在断开状态，PLC上的复位开关应打下复位，调压器2TA在零位。

否则下回起动时机组有很大的冲击电流，损坏电机，这点一定要记得，这是对机组的保护，也是对下一次实验或下一组的负责。

2）机组停机：按减压接钮使发电机电压减到零，再接减速按钮将机组转速减到零，再跳开1KM，否则下次起动电动机可能会遭受很大的冲击。

3）同期表S不要长期通电，不并网或并网完成后都要断开6SA。

4）1SA、6SA、7SA、4QS等要扳向正确的位置，否则操作不正确，也无法进行。

5）在升压过程中当机端电压低于300V时，频率表指针可能打到头，这是正常现象，待电压升至300V以上时指针会回到正常值。

这是因为机端电压低于300V时，频率比较低。

6）并网时，当同期表指针顺时针均匀缓慢旋转并距零位6°左右时，立即按下2SB1使2KM合闸并网。

这是由于并列断路器有合闸时间。

实验的几个重要结论：1）发电机运行状态，发出功率；电动机运行状态，电机吸收功率2）励磁系统控制的发电机电压3）发动机与系统准同步并列应满足的条件。

①待并机与系统相序一致，这一条件应在并列操作前进行。

②并列断路器两侧的电压大小、频率和相位均相同。

如上述条件不能满足，将会引起冲击电流，对发电机本身及电力系统有极为不利的影响。

电压差越大，冲击电流为无功电流，冲击电流就越大；频率差越大，冲击电流经历的时间越长；当相位差很大时将产生严重的冲击电流，冲击电流为有功电流。

③发动机与系统准同步并列时立即带上无功负荷，说明合闸瞬间有电压幅值差，发电机电压高于系统电压。

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1第一章　发电机的自动并列第一节　概　述一、并列操作的意义电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为)sin(ϕω+=t U um 式中 ——电压幅值U m ——电压的角速度ω ——初相角ϕ 同步发电机组并列时遵循如下的原则：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽的小，其瞬时最大值一般不超过１～２倍的额定电流。

（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。

方法两种: 准同期并列（一般采用）、自同期并列。

二、准同期并列待并发电机组加励磁电流，其端电压G ，调节G 的状态参数使之符合并∙U ∙U 列条件。

图1-1准同期并列(a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路x∙)(a xU ∙DL×E ∙xE ∙x)(c21．设发电机电压G 的角速度为，电网电压x 的角速度为，它们∙U ωG ∙U ωx 间的相量差G —x 为s 。

∙U ∙U ∙U 2．要求DL 合闸瞬间的s 应尽可能的小，其最大值应使冲击电流不超过∙U 允许值。

最理想的情况是s 的值为零。

∙U 3．并且希望并列后能顺利进入同步运行状态，对电网无任何扰动。

4．理想条件为G ，x 的三个状态量全部相等。

∙U ∙U ()⎪⎭⎪⎬⎫=====，即相角差为零）（即电压幅值相等）（频率相等03,22,2,,)1(e X G X X G G X G U U f f f f δπωπω这时并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后发电机G 与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动现象。

5．三个条件很难同时满足。

（一）电压幅值差并列时：①频率=；f G f x ②相角差等于零；δe ③电压幅值不等：则冲击电流最大值为：()''ds''dx G ''maxh X U .X U U .i 552281=-=⋅式中　、——发电机电压、电网电压有效值；U G U x ——发电机直轴次暂态电抗X d "图1-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0δe δe xU)(b ∙s∙G∙3从图1-2（a ）可见，因为与夹角为90º，所以由电压幅值差max ⋅''h i GU 产生的冲击电流主要为无功冲击电流。