同步发电机工作原理及应用说明

转速和交流电网的频率成恒定比例的发电机称为同步发电机，其工作转速为

式中 p——电机的磁极对数；

f——电网的频率。

从式（9-1）可以看出，在额定转速下，同步发电机的电压和频率也达到额定值；在变转速运行时，电压和频率随转速变化而变化。同步发电机的电枢绕组装在定子上，而励磁绕组装在转子上，如图9-4所示。通常，转子激磁的直流电由与转子装在同一轴上的直流发电机供给；或者采用由交流电网经硅整流器馈给的激磁回路提供。自激式同步发电机功转子激磁用的直流电是利用接到发电机定子绕组的硅整流器得到的，在转子刚起动时，旋转转子微弱剩磁的磁场，在定子绕组中感应出少许交流电动势，而硅整流器会发出直流电来加强转子磁场，因而发电机电压升高。

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图9-4　三相同步发电机结构原理

当同步发电机并网运行时，其电动势的瞬时值在任何时刻都应该和电网对应电压的瞬时值在数值上相等，而方向上相反。根据这一要求，得出下列并网条件：被接入发电机的电动势与电网电压应具有相同的有效值，频率等于电网频率，相位和电网相位恰巧相反，而相位的轮换应该和电网的相位轮换相符合。

要完成并网接入条件，被接入发电机需要预先进行整步，其方式为：先使电机大致达到同步转速，然后调整电机的励磁，使得在电机线端上电压表所指示的数值等于电网电压，此时电机的相序应该和电网的相序一致；然后对发电机的频率尤其是电动势的相位作更精确地调整，直至完全达到并网条件。

同步发电机的优点为所需励磁功率小，约为额定功率的1%，故发电机效率高；通过调节它的励磁不但可调节电压，还可调节无功功率，从而在并网运行时，无需电网提供无功功率；可采用整流—逆变的方法来实现变速运行。

同步发电机的缺点：①需要严格的调速及并网时的相序、频率与电网同步的装置；②直接并网时，阵风引起的风力发电机组转矩波动无阻尼地输入给发电机，强烈的转矩冲击产生失步力矩，将使发电机与电网解裂，通常需要风力发电机组采用变桨距控制，来将瞬态转矩限制在同步发电机的失步力矩之内；③价格高于异步发电机。