電機(jī)學(xué)_06同步電機(jī)

1、第六章第六章 同步電機(jī)同步電機(jī)pfnn1160同步電機(jī)也是一種常用的交流電機(jī)。其特點(diǎn)：同步電機(jī)也是一種常用的交流電機(jī)。其特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率f之間具有固定不變的關(guān)系之間具有固定不變的關(guān)系，即，即 若電網(wǎng)的頻率不變，若電網(wǎng)的頻率不變， 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)。載的大小無(wú)關(guān)。 運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，調(diào)相機(jī)。運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，調(diào)相機(jī)。 同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理一、同步電機(jī)結(jié)構(gòu)：同步電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成， 分 轉(zhuǎn)場(chǎng)式和轉(zhuǎn)樞式兩種。定子鐵心內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)

2、稱交流繞組。 轉(zhuǎn)子鐵心裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng) 處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響 凸極式同步電機(jī)隱極式同步電機(jī)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)凸極式轉(zhuǎn)子凸極式轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)（隱極式轉(zhuǎn)子）汽輪機(jī)（隱極式轉(zhuǎn)子）勵(lì)磁形式勵(lì)磁形式直流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器旋轉(zhuǎn)整流器冷卻方式冷卻方式1、空氣冷卻、空氣冷卻 空氣冷卻主要采用內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風(fēng)系統(tǒng)，適用與容量為50MW以下的汽輪發(fā)電機(jī)。為確保運(yùn)行安全，要求整個(gè)空氣系統(tǒng)是封閉的。2、氫氣冷卻、氫

3、氣冷卻 氫氣冷卻的效果明顯優(yōu)于空氣冷卻，在汽輪發(fā)電機(jī)中被廣泛應(yīng)用，并從外冷式發(fā)展為內(nèi)冷式，即定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)線做成空心的，直接將氫氣壓縮進(jìn)導(dǎo)體帶走熱量。應(yīng)用中要注意解決的是防漏和防爆問(wèn)題。3、水冷卻、水冷卻 水的冷卻效果優(yōu)于氫氣。主要方式為內(nèi)冷式。除了有定、轉(zhuǎn)子繞組雙水內(nèi)冷，還有定子繞組用水內(nèi)冷，定、轉(zhuǎn)子鐵心氫外冷、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組用氫內(nèi)冷的混合冷卻方式。水冷卻方式面臨泄漏和積垢堵塞問(wèn)題。4、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)是未來(lái)巨型汽輪發(fā)電機(jī)的一種很有前途的冷卻方式，在超導(dǎo)狀態(tài)下電機(jī)繞組的電阻損耗完全消失，徹底解決了電機(jī)的發(fā)熱溫升問(wèn)題并大大提高了電機(jī)的效率。但是其中牽涉到很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如強(qiáng)磁場(chǎng)、

4、高電密、高溫交流超導(dǎo)線材的制備等。 三、額定值三、額定值 額定容量SN（額定功率PN）：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出的功率； 額定電壓UN：額定運(yùn)行時(shí)定子三相線電壓； 額定電流IN：額定運(yùn)行時(shí)定子三相線電流； 額定功率因數(shù)：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的額定功率； 額定頻率；額定運(yùn)行時(shí)的頻率； 額定轉(zhuǎn)速：同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速；NNNIUS3額定值間的相互關(guān)系：6.2 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理 勵(lì)磁繞組建立起主磁場(chǎng) ; 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn), 勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組 ; 電樞繞組三相對(duì)稱交變電勢(shì)。通過(guò)引出線，輸出交流電 。 感應(yīng)電勢(shì)的有效值：fwkNfE44.40 感應(yīng)電勢(shì) 頻率：

5、感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p ，即60pnf 由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行空載運(yùn)行：空載運(yùn)行：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行, 勵(lì)磁繞組通過(guò)適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流, 電樞繞組不帶任何負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況。空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)單獨(dú)建立。磁通分為主磁通和漏磁通。 凸極同步電機(jī)通常選用極弧系數(shù)為0.680.72, 氣隙比值為1.31.8空載特性曲線空載特性曲線當(dāng)空載運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁電勢(shì)隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系, 稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性同步發(fā)電機(jī)的空載

6、特性。 勵(lì)磁電勢(shì)的大小 (有效值) 與轉(zhuǎn)子每極磁通成正比，而勵(lì)磁電流的大小又和作用于同步電機(jī)磁路上的勵(lì)磁磁勢(shì) 正比例變化，所以空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律。 空載特性可以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得到空載特性可以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得到 。 說(shuō)明電機(jī)設(shè)計(jì)合理性；空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹 )可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。發(fā)電廠通過(guò)測(cè)取空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。時(shí)空矢量時(shí)空矢量 磁密波Bf1與定子任一相交鏈的磁通量0是時(shí)間變量， 由 感應(yīng)產(chǎn)生的該相電勢(shì)用 表示,當(dāng)定子各相的時(shí)間參考軸都取在各自的相繞組軸線時(shí)， 與 重合。 00E01fBfFfB00ENS 勵(lì)磁磁勢(shì)的基波F

7、f1和由它產(chǎn)生的氣隙磁密波Bf1為空間分布波， 兩者同相位，其正波幅處于轉(zhuǎn)子直軸正方向， 且與轉(zhuǎn)子一起以同步速旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)Bf1波的波幅來(lái)到某相軸左側(cè)900時(shí)， Bf1波與該相繞組交鏈的磁通量的瞬時(shí)值正好為零， 這時(shí)0 在該軸線左側(cè)900。對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)v空載時(shí)，同步電機(jī)中只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢(shì)；v當(dāng)電樞繞組接上三相對(duì)稱負(fù)載后，電樞繞組和負(fù)載一起構(gòu)成閉合通路，通路中流過(guò)的是三相對(duì)稱的交流電流，當(dāng)三相對(duì)稱電流流過(guò)三相對(duì)稱繞組時(shí)，將會(huì)形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)；v同步發(fā)電機(jī)接上三相對(duì)稱負(fù)載以后，電機(jī)中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì) (稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì))外，又多了一個(gè)

8、電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) (稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)) 。v這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速均為同步速，而且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，用矢量加法將其合成為一個(gè)合成磁勢(shì) 。 同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)afffFIUFIUBF同步電機(jī)的磁場(chǎng)建立：負(fù)載時(shí)，負(fù)載時(shí)， 電樞磁動(dòng)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)主磁極勢(shì)的基波對(duì)主磁極基波磁場(chǎng)的影響稱基波磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)性質(zhì)（助磁、去磁、交磁）電樞反應(yīng)性質(zhì)（助磁、去磁、交磁）取決于基波磁勢(shì)與勵(lì)磁磁勢(shì)在空間的相對(duì)位置， 即決定于電樞電流和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)之間的相位角。 假定：磁路不飽和，隱極式轉(zhuǎn)子。 電樞磁勢(shì)基波與勵(lì)磁磁勢(shì)同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向、彼此保持相對(duì)靜止。影響電

9、樞反應(yīng)的有關(guān)量影響電樞反應(yīng)的有關(guān)量： 主磁路的飽和程度； 、 之間的相位關(guān)系； 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式；faFF 影響電樞反應(yīng)的量影響電樞反應(yīng)的量一、電樞電流 和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì) 同相位（1800）時(shí)電樞反應(yīng) 主極軸線與電樞A相繞組的軸線正交； A相勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值達(dá)最大值； 電樞電流與勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)同相位， 達(dá)最大值。 基波電樞磁勢(shì)Fa的軸線與A相繞組軸線重合。 電樞磁勢(shì)的軸線與轉(zhuǎn)子的交軸重合；在任意瞬間， 電樞磁勢(shì)的軸線恒與轉(zhuǎn)子交軸重合。 電樞磁勢(shì)是交軸磁勢(shì)；電樞磁勢(shì)是交軸磁勢(shì)；d軸q軸)(01fF)(aaF)(FA0Ed軸SNXAq軸nI0E交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞反應(yīng)： 使氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)的軸線從主磁極軸

10、線逆轉(zhuǎn)向后移一個(gè)電角度；從而產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩； 合成磁場(chǎng)的幅值較轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)有所增加（增磁）。二、電樞電流 滯后勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì) 一個(gè)銳角時(shí)的電樞反應(yīng) 主極軸線與電樞A相繞組的軸線正交； A相勵(lì)磁電勢(shì)的瞬時(shí)值達(dá)最大值； 電樞電流落后勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)一個(gè)角； 基波電樞磁勢(shì)Fa的軸線落后A相繞組軸線 角；電樞磁勢(shì)的軸線落后轉(zhuǎn)子交軸角；在任意瞬間， 電樞磁勢(shì)的軸線恒與轉(zhuǎn)子交軸相差角。 電樞磁勢(shì)可分解為交軸磁勢(shì)和直軸磁勢(shì)；d軸I0ESNXAq軸nq軸)(01fF)(aaF)(FAcossinIIIIIIIqdqdaqwaqdwadwaIpkNFIpkNFIpkNF11111135.135.135.1cossin

11、aaqaadaqadaFFFFFFFFaq：交軸電樞反應(yīng)； Fad：直軸電樞反應(yīng)（去磁）d軸adFaqFq軸)(01fF)(aaF)(FA電樞反應(yīng)的總結(jié)電樞反應(yīng)的總結(jié) 交軸的電樞反應(yīng)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，交軸的電樞反應(yīng)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換；實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換； 直軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)起助磁或去磁的作用，直軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)起助磁或去磁的作用， 不產(chǎn)生不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩； 電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)間的夾角（功率角）會(huì)隨著電電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)間的夾角（功率角）會(huì)隨著電機(jī)的運(yùn)行情況改變。機(jī)的運(yùn)行情況改變。 電樞反應(yīng)的性質(zhì)也隨負(fù)載的變化而電樞反應(yīng)的性質(zhì)也隨負(fù)載的變化而變化。變化。 隱極同步發(fā)電

12、機(jī)的負(fù)載運(yùn)行隱極同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行 不計(jì)磁路飽和， 磁路線性， 把主極磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的作用分別考慮， 再利用疊加原理。 E 00aaaffEFIEFIE轉(zhuǎn)子：定子：（1）隱極電機(jī)按照規(guī)定的參考正方向，電樞繞組一相的電動(dòng)勢(shì)平衡方程：aaRIUEEE0UIaE0EEABCXI jE漏抗電動(dòng)勢(shì)寫成漏抗壓降形式，電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用電樞反應(yīng)電抗壓降形式表示aaXI jEXa為電樞反應(yīng)電抗ttaaaaaXI jUXI jRIURIXI jXI jURIEEUE 0Xt：為同步電機(jī)的同步電抗， 磁路不飽和時(shí)為常數(shù)。 UaRXEIUaRtX0EI隱極同步電機(jī)的等效電路圖：隱極同步發(fā)電機(jī)等效電路隱極同步發(fā)電機(jī)等

13、效電路隱極同步電機(jī)的相量圖隱極同步電機(jī)的相量圖作相量圖時(shí)，我們認(rèn)為發(fā)電機(jī)的端電壓，電樞電流，負(fù)載功率因數(shù)角以及同步電抗為已知量，最終可以根據(jù)方程式求得勵(lì)磁電勢(shì)。隱極電機(jī)相量圖可按以下步驟作出： 在水平方向作出相量 ； 根據(jù)角找出 的方向并作出相量 ； 在 的尾端，加上相量 ； 作出由 的首端指向 尾端的相量，該相量便是 UIUtXI jUtXI j0E0EtXI jUI 計(jì)及磁路飽和， 磁路非線性， 主極磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)合成為氣隙磁動(dòng)勢(shì)，再由此求出負(fù)載時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)。 E 00aaaffEFIEFIE轉(zhuǎn)子：定子：F計(jì)飽和：隱極同步電機(jī)計(jì)及飽和時(shí)隱極同步電機(jī)計(jì)及飽和時(shí)雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論（凸極同步

14、電機(jī)）一般情況：一般情況：電樞磁動(dòng)勢(shì)在空間的任意位置。分析方法：分析方法：把電樞磁勢(shì)分解成直軸和交軸兩個(gè)分量; 用對(duì)應(yīng)的直軸磁導(dǎo)和交軸磁導(dǎo)分別算出直軸和交軸電樞反應(yīng); 最后把它們的效果疊加起來(lái)。 aFaFaF 凸極同步電機(jī)的氣隙沿圓周不均勻：極面下的氣隙較小， 兩極之間氣隙較大。 氣隙磁導(dǎo) ， 直軸磁導(dǎo)比交軸磁導(dǎo)大， 以1800電角度為一個(gè)周期。 同樣大小的電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在直軸和交軸上時(shí)， 所產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)有明顯變化； /0雙反應(yīng)理論：對(duì)于在空間任意位置的電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa，將其分解成直軸和交軸兩個(gè)分量Fad和Faq， 用對(duì)應(yīng)的直軸磁導(dǎo)和交軸磁導(dǎo)分別算出直軸和交軸電樞反應(yīng); 最后把它們的效果疊加起

15、來(lái)。凸極同步電機(jī) aqaqaqqadadaddEFIEFIE轉(zhuǎn)子：定子：E00EFIffI利用雙反應(yīng)理論得到從電流建立磁場(chǎng)到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的過(guò)程：凸極同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行。凸極同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行。 UIqE0EEABCdEaqqddaqdaqqaddaaqqaddRIXI jXI jURIXIIjXI jXI jURIXI jXI jXI jUE )( 0按規(guī)定的參考正方向， 電壓方程為：qaqaqaqdadadadIFEIFEaqqaqaddadXI jEXjIEaaqadRIUEEEE0Xd：直軸同步電抗；Xq：交軸同步電抗 （XdXq）凸極機(jī)的電壓方程凸極機(jī)的電壓方程二、同步發(fā)電機(jī)的相量圖

16、二、同步發(fā)電機(jī)的相量圖taXI jRIUE 0隱極同步機(jī)：IU0EaRItXI j凸極同步機(jī)：aqqddRIXI jXI jUE0 dIIU0EaRIqIqqXI jddXI j凸極機(jī)的相量圖凸極機(jī)的相量圖如何得到？qqqXIXIQRcoscossinarctanUIRUIXaqqQXI jRaIUE首先求出EQIdIqIU0EqqXI jddXI jQEqXI jRQ1）容量基值 或 kVA2）相電壓基值 （額定相電壓）V或kV3）相電流基值 （額定相電流）A4）阻抗基值 5）轉(zhuǎn)子角速度基值 （式中nN的單位為r/min）VA NNNbImUSPNbUU NbII /NNNbIUZZrad/

17、s 60/2NNbn同步電機(jī)標(biāo)么值基值同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性空載特性：空載特性：實(shí)質(zhì)是電機(jī)的磁化曲線短路特性：短路特性：發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下， 電樞線端三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)， 電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線。 負(fù)載特性：負(fù)載特性：轉(zhuǎn)速為同步速度， 負(fù)載電流和功率因數(shù)為常值時(shí)， 發(fā)電機(jī)的端電壓與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系曲線。 外特性外特性：在nnN， If常數(shù)和cos常數(shù)時(shí)， 端電壓U和負(fù)載電流I的關(guān)系曲線。 調(diào)整特性：調(diào)整特性：在nnN， U常數(shù)和cos常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流If和負(fù)載電流I的關(guān)系?？蛰d特性空載特性空載特性可用實(shí)驗(yàn)測(cè)出， 也可用磁路計(jì)算得到。 （具有磁滯現(xiàn)象）同步發(fā)電機(jī)的空載損耗包

18、括機(jī)械損耗pmec、定子鐵耗pFe從不同勵(lì)磁時(shí)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)所需的功率中扣除機(jī)械損耗后， 得到定子鐵耗。短路特性短路特性短路運(yùn)行特性：短路運(yùn)行特性：短路運(yùn)行時(shí)，I Ik k滯后于E E0 0 近似90電角度，交軸分量IqIq =0 ，其電樞反應(yīng)表現(xiàn)為純?nèi)ゴ抛饔?。去磁作用減少了電機(jī)中的磁通，電機(jī)的磁通和感應(yīng)電勢(shì)較小，磁路處于不飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電勢(shì)和勵(lì)磁電流之間在數(shù)量上呈線性關(guān)系，短路電流和勵(lì)磁電流 在數(shù)量也呈線性關(guān)系。短路特性就是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。短路特性： nnN，端電壓U=0 ，電樞短路電流 Ikf（If）Ff(If)U0Ik特性三角形短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)時(shí)， 測(cè)出的拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)所需功率為

19、發(fā)電機(jī)的短路損耗， 包括：機(jī)械損耗、電樞繞組基本銅耗和短路雜散損耗從空載試驗(yàn)算出機(jī)械損耗和鐵耗，短路試驗(yàn)測(cè)出定子銅耗和負(fù)載雜散損耗。從而得到發(fā)電機(jī)的總損耗。同步發(fā)電機(jī)的效率 NNNadmecfcuFeIUPpPpppppppcos3 1221當(dāng)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系曲線，稱為電機(jī)的效率特性。的效率與輸出功率的關(guān)系曲線，稱為電機(jī)的效率特性。 零功率因數(shù)負(fù)載特性零功率因數(shù)負(fù)載特性cos=0 的負(fù)載為純電感負(fù)載， 即=90度。負(fù)載特性負(fù)載特性：Ia =常數(shù)，功率因數(shù)c

20、os=常數(shù)時(shí)，端電壓Uf（If）。 其中當(dāng)cos=0時(shí)一條負(fù)載特性稱為零功率因數(shù)特性零功率因數(shù)特性。ddXI jEU, , 0具有相同相位。寫出代數(shù)方程：ddfddIXIEIXEU)(00磁動(dòng)勢(shì)間和電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系：afdFFFIxUE0v 零功率因數(shù)負(fù)載特性與空載特性之間相差一個(gè)特性三角形特性三角形。（由電樞電流對(duì)應(yīng)的等效勵(lì)磁電流和漏抗壓降IaX構(gòu)成其中的兩條邊）v 測(cè)取零功率因數(shù)負(fù)載特性時(shí)電流I為恒值， 該特性三角形大小不變。 DE反之，反之， 可以由空載特性和特性三角形求取零功率因數(shù)負(fù)載特性?？梢杂煽蛰d特性和特性三角形求取零功率因數(shù)負(fù)載特性。 保梯（保梯（Potier)電抗電抗：考慮轉(zhuǎn)子漏

21、磁影響， 空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性間的特性三角形是逐漸變動(dòng)的。 在UUN一點(diǎn)上得到的特性三角形稱為保梯三角形， 對(duì)應(yīng)的漏抗稱為保梯漏抗。 同步發(fā)電機(jī)的外特性同步發(fā)電機(jī)的外特性v對(duì)于感性負(fù)載(0,90 )，在勵(lì)磁電流不變的情況下，隨著電樞電流的增大，電樞反應(yīng)的去磁作用的增強(qiáng)，漏抗壓降的增大，同步電機(jī)的外特性是下降的曲線。 v對(duì)于0,90 的容性負(fù)載，電樞反應(yīng)表現(xiàn)為增磁作用，隨著電樞電流的增大，端電壓反而增大。外特性：外特性：n=n1, If=常數(shù),cos=常數(shù)的條件下，同步發(fā)電機(jī)作單機(jī)運(yùn)行時(shí),端電壓U隨負(fù)載電流 而變化的關(guān)系,即U=f(I )曲線。額定勵(lì)磁電流：額定勵(lì)磁電流：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁

22、，使其在額定負(fù)載（調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，使其在額定負(fù)載（I II IN N，coscoscoscosN N ）時(shí)電機(jī)端電壓為額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流。）時(shí)電機(jī)端電壓為額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流。 發(fā)電機(jī)的端電壓隨著負(fù)載電流的改變而變發(fā)電機(jī)的端電壓隨著負(fù)載電流的改變而變, ,保持額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電保持額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流流I IfNfN 和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n nN N 不變不變, ,將發(fā)電機(jī)的完全卸載將發(fā)電機(jī)的完全卸載, ,發(fā)電機(jī)的端電壓將由發(fā)電機(jī)的端電壓將由 U UN N變化為勵(lì)磁電勢(shì)變化為勵(lì)磁電勢(shì)E E0 0 ，電壓變化的幅度可以用，電壓變化的幅度可以用電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率來(lái)表示來(lái)表示 U U是發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)

23、之一，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)之一，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 應(yīng)不大于應(yīng)不大于40% 40% 。 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率%1000NNUUEU調(diào)整特性調(diào)整特性調(diào)整特性調(diào)整特性 ：當(dāng)nnN，U常數(shù)， cos常數(shù)時(shí)， 勵(lì)磁電流If和負(fù)載電流I的關(guān)系曲線Iff（I）。8 . 0cos1cos8 . 0cos滯后超前NIIfI0對(duì)于感性和純電阻負(fù)載， 調(diào)整特性呈上升趨勢(shì)；對(duì)于容性負(fù)載， 調(diào)整特性呈下降趨勢(shì)；同步發(fā)電機(jī)的直軸同步電抗和短路比同步發(fā)電機(jī)的直軸同步電抗和短路比由空載和短路特性確定Xd的不飽和值 短路時(shí)， 合成磁動(dòng)勢(shì)很小，按線性磁路考慮。 任取一勵(lì)磁電流Ifk, 在氣隙線和短路特性上查出勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)

24、E0和短路電流IkkdIEx0由空載和零功率因數(shù)負(fù)載特性確定Xd的飽和值 電機(jī)在額定電壓下負(fù)載運(yùn)行時(shí)， 磁路處于飽和狀態(tài)。 近似地取零功率因數(shù)負(fù)載特性上IIN和UUN運(yùn)行狀態(tài)下地氣隙磁動(dòng)勢(shì)作為發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)飽和程度地依據(jù)。 IfUI=0I=INoATKLBCUNB：電機(jī)在輸出UN時(shí)在空載特性上對(duì)應(yīng)的E值點(diǎn)；OT: 該飽和度下的假想線性化空載特性TAxIEdN0AKTAIUxxNNdd/)/(短路比短路比在一個(gè)能產(chǎn)生空載電動(dòng)勢(shì)E0等于額定電壓的勵(lì)磁電流If0下進(jìn)行三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)， 得到的穩(wěn)態(tài)短路電流Ik0與發(fā)電機(jī)的額定電流IN的比值。即：產(chǎn)生空載額定電壓和產(chǎn)生額定短路電路所需的勵(lì)磁電流之比。

25、 )()(00/0NkNIIfkUUfNkIIIIkc計(jì)及飽和影響的電機(jī)參數(shù)。 氣隙線空載特性短路特性IfkIf0If0E0UNINIkN穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)定穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)定轉(zhuǎn)差法測(cè)定Xd和Xq： 勵(lì)磁繞組開(kāi)路， 被試電機(jī)拖到接近同步速， 在電樞繞組上外施三相對(duì)稱低電壓（約0.1UN， 保證電機(jī)不牽入同步), 外施電壓的相序使定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同。 電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速略小于同步轉(zhuǎn)速， 電樞磁勢(shì)以sn1的速度掠過(guò)轉(zhuǎn)子表面。記錄電樞電壓、電樞電流以及轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的波形。 Fa對(duì)準(zhǔn)直軸時(shí)， 電樞反應(yīng)電抗大， 電流小，電樞端電壓大（由于供電線路的壓降），轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓為零；Fa對(duì)準(zhǔn)交軸時(shí)， 電樞反應(yīng)電

26、抗小， 電流大，電樞端電壓小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓最大。 maxminminmax/IUxIUxqd提高了供電的可靠性；提高了供電的經(jīng)濟(jì)性和靈活性；提高了供電質(zhì)量同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)合閘的條件: 發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)連接的相序應(yīng)相同； 發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的頻率應(yīng)相同； 發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓波形應(yīng)相同； 發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓的大小和相位相同；投入并聯(lián)進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程稱為同步過(guò)程同步過(guò)程。同步方法： 準(zhǔn)同步法， 自同步法投入并聯(lián)的方法投入并聯(lián)的方法準(zhǔn)同步：把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)條件再進(jìn)行并聯(lián)合閘。 分交叉接法和直接接法l頻率不等時(shí),三個(gè)燈同時(shí)呈現(xiàn)時(shí)亮?xí)r暗的現(xiàn)象 ;調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直到三個(gè)

27、燈的亮度不再閃爍 ;l調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的大小和相位(相位可通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)速度來(lái)調(diào)整)，直到三個(gè)燈同時(shí)熄滅 .燈光熄滅法燈光熄滅法 交叉接法（旋轉(zhuǎn)燈光法）交叉接法（旋轉(zhuǎn)燈光法）AUBUCUAUBUCU11l燈光順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 說(shuō)明發(fā)電機(jī)的輸出頻率與電網(wǎng)不一致。l當(dāng)發(fā)電機(jī)的頻率接近電網(wǎng)頻率時(shí)， 可觀察到燈光的旋轉(zhuǎn)越來(lái)越慢， 在第一對(duì)相燈全暗的瞬間合閘， 將電機(jī)并入電網(wǎng)。 l依靠電機(jī)的自整步作用， 將電機(jī)牽入同步。 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)頻率；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)頻率；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)電壓；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)電壓；自整步法自整步法v 在相序一致的情況下將勵(lì)磁繞組通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮瓒探?；用?/p>

28、動(dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步速(相差25)；在沒(méi)有接通勵(lì)磁電流的情況下將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)；v 再接通勵(lì)磁并調(diào)節(jié)勵(lì)磁強(qiáng)弱，依靠定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速。注意：注意：勵(lì)磁繞組必須通過(guò)一限勵(lì)磁繞組必須通過(guò)一限流電阻短接。流電阻短接。因?yàn)橹苯娱_(kāi)路，將在其中感應(yīng)出危險(xiǎn)的高壓；直接短路，將在定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生很大的沖擊電流。自同步法的優(yōu)點(diǎn)自同步法的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，方便快捷；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：合閘時(shí)有沖擊電流。 同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程（1）功率平衡式同步發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，從轉(zhuǎn)子軸上輸入機(jī)械功率P1，從定子輸出電功率P2。 P1PemP2pmecpFe，padpc

29、u1功率平衡式：aemcuemadFemecemRmImUIPpPPpppPP2121cos)(轉(zhuǎn)矩平衡式：)(1adFemecemTTTTT當(dāng)忽略電樞繞組損耗時(shí)， 功角特性功角特性 P Pememf f（）sincos)sinsincos(cos)cos(cos2dqemmUImUImUImUImUIPPqqddXUIXUEIsincos02sin)11(2sin20dqdemXXUmXUEmPIdIqIU0EqqXI jddXI jQEqXI jRQ對(duì)于隱極機(jī)， XdXqXt，只有基本電磁功率 2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUEmPsin0temXUEmP基本電磁功率附加

30、電磁功率同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：凸極機(jī)：2sin)11(2sin1210dqdemXXUmXUEmT隱極機(jī)：sin10temXUEmT附加轉(zhuǎn)矩的作用 當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與旋轉(zhuǎn)磁極的軸線重合， 只有徑向磁拉力， 無(wú)切向磁拉力， 轉(zhuǎn)子無(wú)電磁轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通力圖通過(guò)磁阻最小的路徑， 氣隙磁場(chǎng)扭曲， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子間除了徑向力， 還有切向力， 形成電磁轉(zhuǎn)矩。 隱極轉(zhuǎn)子氣隙不會(huì)扭歪， 所以沒(méi)有電磁轉(zhuǎn)矩。 磁阻轉(zhuǎn)矩磁阻轉(zhuǎn)矩功角、矩角特性：功角、矩角特性：凸極機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩包含有基本分量和附加分量；MTMP電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)隱極機(jī)MPMT電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)MPMPMP 凸極機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)

31、時(shí)有功功率與大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定 同步電機(jī)空載運(yùn)行，不輸出有功功率，0, 0, 0ememTP 增加原動(dòng)機(jī)輸入功率， 轉(zhuǎn)子加速， 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)Ff超前合成磁場(chǎng)， 電機(jī)向電網(wǎng)輸出一定的有功功率。要增加發(fā)電機(jī)的輸出有功功率， 必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率， 使功率角增大。 ememTP ,090fFB0EtXI jUaIUBfF0EtXI jaI當(dāng)900， 電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。 temtemXUEmTXUEmP10max0max靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的條件：ememTP ,09000ddPddTemem靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定比整步轉(zhuǎn)矩（功率）：比整步轉(zhuǎn)矩（功率）： 表示同步電機(jī)抗干擾

32、保持穩(wěn)定運(yùn)行能力的強(qiáng)弱。 coscos010temsyntemsynXUEmddPPXUEmddTT隱極機(jī)：凸極機(jī)：2cos)11(cos1210dqdsynXXUmXUEmT2cos)11(cos20dqdsynXXmUXUEmPddPem比整步功率比整步功率過(guò)載能力過(guò)載能力過(guò)載能力：最大電磁功率與額定功率的比值。NNttNemMxUEmxUEmPPksin1sin00max1、凸極機(jī)功角特性中，兩個(gè)分量的大小比較 ；2、不同勵(lì)磁時(shí)功角特性的變化；3、有功功率調(diào)節(jié)時(shí)， 無(wú)功功率的變化情況；4、同步電機(jī)的圓圖；5、靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行補(bǔ)充說(shuō)明與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行補(bǔ)充說(shuō)明2sin)11

33、(2sin20dqdMXXUmXUEmP無(wú)功功率調(diào)節(jié)和無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V形曲線形曲線以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機(jī)為例以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機(jī)為例。電網(wǎng)電壓、頻率不變， 發(fā)電機(jī)在理想條件下并聯(lián)合閘： 合閘后， 電樞電流為零， 此時(shí)的勵(lì)磁電流稱為正常勵(lì)磁電流。發(fā)電機(jī)沒(méi)有有功負(fù)載， 也沒(méi)有無(wú)功負(fù)載。 保持原動(dòng)機(jī)輸出不變， 勵(lì)磁電流調(diào)大， 稱為過(guò)勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)送出滯后的無(wú)功電流，產(chǎn)生去磁的電樞反應(yīng) 保持原動(dòng)機(jī)輸出不變， 勵(lì)磁電流調(diào)小，稱為欠勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)送出超前的無(wú)功電流產(chǎn)生助磁的電樞反應(yīng) 以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機(jī)為例以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機(jī)為例。在原動(dòng)機(jī)輸入有功功率P1

34、， 發(fā)電機(jī)輸出有功功率， 且保持不變的情況下，忽略電樞繞組損耗， 有2210cossinCmUIPCXUEmPtem當(dāng)磁路不飽和， 電網(wǎng)電壓U、同步電抗Xt不變 常數(shù)常數(shù)，cossin0IEIU0EtXI j1coscI20sincEI0EtXI j tXI j 0E I tXI j 0E I 電流與電壓同相時(shí)， 0， cos 1，發(fā)電機(jī)輸出有功，電流最小， “正常勵(lì)磁”。 勵(lì)磁增大， E0增大， I增大，并落后于電壓，發(fā)電機(jī)輸出滯后的無(wú)功功率；發(fā)電機(jī)處于“過(guò)勵(lì)”狀態(tài)； 勵(lì)磁減小， E0減小， I增大， 但超前電壓， 發(fā)電機(jī)輸出超前的無(wú)功功率；發(fā)電機(jī)處于“欠勵(lì)”狀態(tài)； 當(dāng)勵(lì)磁電流減小， 與 垂

35、直， 900， 達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限。 0EU調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的現(xiàn)象調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的現(xiàn)象二、二、V形曲線形曲線發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)輸入功率恒定、電網(wǎng)電壓恒定時(shí)， 電樞電流和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系曲線， 形狀如“V”， 稱V形曲線。 每一條V形曲線的最低點(diǎn)， 表示 ， 相應(yīng)的勵(lì)磁狀態(tài)為正常勵(lì)磁（右斜？）。 正常勵(lì)磁左為欠勵(lì)區(qū)， 功率因數(shù)超前；右為過(guò)勵(lì)區(qū)， 功率因數(shù)滯后； 在欠勵(lì)區(qū)，勵(lì)磁電流過(guò)小， 900對(duì)應(yīng)靜態(tài)穩(wěn)定極限。 輸出功率的增大， 曲線往上移。 1cosfII02P1cos2P2P 22PP 090欠勵(lì)過(guò)勵(lì)滯后超前正常勵(lì)磁（電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，V型曲線如何變化？） 同步發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)輸入功率不變的情況下，同

36、步發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)輸入功率不變的情況下， 調(diào)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以改變功率因數(shù)；節(jié)勵(lì)磁電流可以改變功率因數(shù)； 在勵(lì)磁電流不變的情況下，在勵(lì)磁電流不變的情況下， 改變?cè)瓌?dòng)機(jī)輸入功率，改變?cè)瓌?dòng)機(jī)輸入功率， 不僅有功功率發(fā)生變化，不僅有功功率發(fā)生變化， 無(wú)功功率也會(huì)發(fā)生變化。無(wú)功功率也會(huì)發(fā)生變化。 結(jié)論結(jié)論同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)同步電動(dòng)機(jī)作為一種恒速電動(dòng)機(jī)廣泛用以拖動(dòng)大容量恒速機(jī)械。優(yōu)點(diǎn)：功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)缺點(diǎn)：比異步電動(dòng)機(jī)結(jié)果復(fù)雜，造價(jià)高同步調(diào)相機(jī)：實(shí)質(zhì)是空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，專門用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)的過(guò)程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)的過(guò)程

37、N0SNS0nT1TemN0SS0NnT1N0SS0NnTemTZ 發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)當(dāng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)時(shí)功率角、電磁轉(zhuǎn)矩和電當(dāng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)時(shí)功率角、電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率由正值變?yōu)樨?fù)值，磁功率由正值變?yōu)樨?fù)值， 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程發(fā)生逆變。機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程發(fā)生逆變。 sin,cos01temXUEmPmUIP(a)為過(guò)勵(lì)磁電流， 0, 無(wú)功功率是正值，表示同步電動(dòng)機(jī)從電源吸收無(wú)功功率；同步電機(jī)運(yùn)行方式的判據(jù)同步電機(jī)運(yùn)行方式的判據(jù) 無(wú)論用發(fā)電機(jī)慣例還是用電動(dòng)機(jī)慣例，一臺(tái)同步電機(jī)究竟是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的判斷關(guān)鍵： 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)是超前氣隙磁通密度，還是滯后于它 超前時(shí)，是發(fā)

38、電機(jī)運(yùn)行， 滯后時(shí)，是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程UIaE0EEABC按照規(guī)定的參考正方向，電樞繞組一相的電動(dòng)勢(shì)平衡方程：aaaRIEERIEEEU0XI jE漏抗電動(dòng)勢(shì)寫成漏抗壓降形式，電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用電樞反應(yīng)電抗壓降形式表示aaXI jEXa為電樞反應(yīng)電抗ttaXI jEXI jRIEU00Xt：為同步電機(jī)的同步電抗， 磁路不飽和時(shí)為常數(shù)。 UaRXEIUaRtX0EI隱極同步電機(jī)的等效電路圖：UIqE0EEABCdE按規(guī)定的參考正方向， 電壓方程為：aqqddaqdaqqaddaaqqaddRIXI jXI jERIXIIjXI jXI jERIXI jXI

39、jXI jEU000 )( qaqaqaqdadadadIFEIFEaqqaqaddadXI jEXjIEaaqadRIEEEEU0Xd：直軸同步電抗；Xq：交軸同步電抗 凸極機(jī)的電壓方程凸極機(jī)的電壓方程二、同步電動(dòng)機(jī)的相量圖二、同步電動(dòng)機(jī)的相量圖taXI jRIEU0 隱極同步機(jī)：IU0EaRItXI j凸極同步機(jī)：aqqddRIXI jXI jEU0 IU0EaRIdIqIqqXI jddXI j同步電機(jī)的功角特性同步電機(jī)的功角特性一、功角特性和矩角特性：一、功角特性和矩角特性：（1）功率平衡式同步電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)， 定子從電網(wǎng)吸收電功率，轉(zhuǎn)子軸上輸出機(jī)械功率。 P1PemP2pcu1pF

40、eppf2121cosPppPpPPRmIpmUIPFeemcuemacu輸入功率：定子繞組銅耗：電磁功率： 運(yùn)行特性包括：工作特性、起動(dòng)和調(diào)速。工作特性指U和If為常數(shù)時(shí)， Tem、I、cos、 、n等與輸出功率的關(guān)系。 當(dāng)忽略電樞繞組損耗時(shí)， sincos)sinsincos(cos)cos(cos1dqMmUImUImUImUImUIPPIdIqIU0EqqXI jddXI jQEqjIXRQqqddXUIXUEIsincos02sin)11(2sin20dqdMXXUmXUEmP功角特性功角特性同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：凸極機(jī)：2sin)11(2sin1210dqdM

41、XXUmXUEmT隱極機(jī)：sin10tMXUEmT功角、矩角特性：功角、矩角特性： 發(fā)電機(jī)狀態(tài)0； 凸極機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩包含有基本分量和附加分量；MTMP發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)隱極機(jī)MPMT發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)MPMPMP 凸極機(jī)同步電動(dòng)機(jī)的工作特性 不同勵(lì)磁時(shí)的功率因數(shù)特性 二、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定二、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定 同步電機(jī)空載運(yùn)行，0, 0, 0ememTP 負(fù)載增加，轉(zhuǎn)子減速， 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)Ff滯后合成磁場(chǎng)， 電機(jī)輸出一定的功率和轉(zhuǎn)矩。同步電動(dòng)機(jī)的有功功率調(diào)節(jié)，取決于總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化 ， 電動(dòng)機(jī)自動(dòng)改變角， 調(diào)整從電網(wǎng)吸收的有功功率。 fFB0EtXI jUUBfF0EtXI jememTP ,0

42、90 同步電機(jī)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)同步電機(jī)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)以隱極機(jī)為例。在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時(shí)，忽略電樞繞組損耗， 有21110cossinCmUIPPCXUEmTemtem當(dāng)磁路不飽和， U、Xt不變 常數(shù)常數(shù)，cossin0IEIU0EtXI j1coscI2sin0cEI0EtXI j tXI j 0E I tXI j I 0E 電流與電壓同相時(shí)， 0， cos 1，電動(dòng)機(jī)吸收有功，電流最小， “正常勵(lì)磁”。 勵(lì)磁增大， E0增大， I增大，并超前電壓，電動(dòng)機(jī)吸收超前的無(wú)功功率， “過(guò)勵(lì)”； 勵(lì)磁減小， E0減小， I增大， 但落后電壓， 電動(dòng)機(jī)吸收滯后的無(wú)功功率，“欠勵(lì)”； 當(dāng)勵(lì)磁電流減小， 與

43、垂直， 900， 達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限。 0EU調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的現(xiàn)象調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的現(xiàn)象二、二、V形曲線形曲線電動(dòng)機(jī)在輸出功率恒定、電網(wǎng)電壓恒定時(shí)， 電樞電流和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系曲線， 形狀如“V”， 稱V形曲線。 每一條V形曲線的最低點(diǎn)， 表示 ， 相應(yīng)的勵(lì)磁狀態(tài)為正常勵(lì)磁。 正常勵(lì)磁左為欠勵(lì)區(qū)， 功率因數(shù)滯后；右為過(guò)勵(lì)區(qū)， 功率因數(shù)超前； 在欠勵(lì)區(qū)， 900對(duì)應(yīng)靜態(tài)穩(wěn)定極限。 輸出功率的增大， 曲線往上移。 1cosfII0emP1cosemPemP emPemP 090欠勵(lì)過(guò)勵(lì)導(dǎo)前滯后正常勵(lì)磁 同步電機(jī)的起動(dòng)同步電機(jī)的起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)， 兩者相對(duì)靜止時(shí)， 產(chǎn)生平

44、均電磁轉(zhuǎn)矩。 如果把同步電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)并加上勵(lì)磁電流？N0SS0NnTemN0NS0SnTem轉(zhuǎn)子受到的平均轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)子受到的平均轉(zhuǎn)矩為0， 同步電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)。 起動(dòng)的方法：異步起動(dòng)、輔助電機(jī)起動(dòng)和起動(dòng)的方法：異步起動(dòng)、輔助電機(jī)起動(dòng)和變頻起動(dòng)。變頻起動(dòng)。異步起動(dòng)：異步起動(dòng)：利用轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩， 使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 （注：與異步電機(jī)的區(qū)別）起動(dòng)過(guò)程：勵(lì)磁繞組通過(guò)一個(gè)電阻短路限制電流，通過(guò)阻尼繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩， 使電機(jī)旋轉(zhuǎn)；接近同步速時(shí)， 接入勵(lì)磁電流， 牽入同步。 輔助電機(jī)起動(dòng)輔助電機(jī)起動(dòng)：用容量為515、同步轉(zhuǎn)速和同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同的異步

45、電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)到接近同步速后， 將同步電動(dòng)機(jī)投入電網(wǎng)。 適用于輕載。 變頻起動(dòng)變頻起動(dòng)：逐漸升高電源頻率， 使轉(zhuǎn)子在低速起動(dòng)， 轉(zhuǎn)速隨頻率的升高而升高直至達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。 通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 同步機(jī)起動(dòng)同步機(jī)起動(dòng)調(diào)相機(jī)（同步補(bǔ)償機(jī)）調(diào)相機(jī)（同步補(bǔ)償機(jī)）同步補(bǔ)償機(jī)，就是不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)。 電網(wǎng)擔(dān)負(fù)滯后功率因數(shù)的負(fù)載時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)采用過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行 電網(wǎng)擔(dān)負(fù)超前功率因數(shù)的負(fù)載時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)采用欠勵(lì)磁運(yùn)行。 要求勵(lì)磁電流能自動(dòng)調(diào)節(jié) 作用：受電端補(bǔ)償、中間端補(bǔ)償不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法 采用對(duì)稱分量法：將不對(duì)稱的電壓和電流分解出正、負(fù)、零序三組分量。 02211111IIIaaaaIIICBA2321120jeajAUAE0AIZAUAIZ0AU0AI0Z正序阻抗：轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)、勵(lì)磁電流接