電機(jī)學(xué)同步電機(jī)PPT課件

1、6-1 同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理 旋轉(zhuǎn)電樞式電樞裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上，主磁極裝設(shè)在定子上 旋轉(zhuǎn)磁極式主磁極裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上，電樞裝設(shè)在定子上 凸極式同步電機(jī) 隱極式同步電機(jī)一、同步電機(jī)結(jié)構(gòu)：1、按磁極的安裝位置分類：第1頁/共126頁定子鐵心內(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)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 2、同步電機(jī)結(jié)構(gòu)第2頁/共126頁凸極式同步電機(jī)隱極式同步電機(jī)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)第3頁/

2、共126頁汽輪發(fā)電機(jī)組第4頁/共126頁水輪發(fā)電機(jī)組第5頁/共126頁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)第6頁/共126頁第7頁/共126頁水輪發(fā)電機(jī)分瓣定子第8頁/共126頁二、勵(lì)磁形式概念 勵(lì)磁方式同步電機(jī)獲取直流勵(lì)磁電流的方式 勵(lì)磁系統(tǒng)供結(jié)勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)，包括裝置和線路勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（手動(dòng)、自動(dòng)）滅磁裝置第9頁/共126頁 正常運(yùn)行時(shí)，供給勵(lì)磁電流 為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負(fù)載情況變化，勵(lì)磁電流能相應(yīng)調(diào)節(jié) 當(dāng)系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)（如發(fā)生短路故障等），能強(qiáng)行勵(lì)磁提高電勢(shì)，保持電壓穩(wěn)定 突然丟負(fù)荷時(shí)，如水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯升高，能強(qiáng)行減磁，限制端電壓過度增高。 當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，能快速滅磁和減磁，以減

3、小故障的損壞程度。 對(duì)兩臺(tái)以上并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)，能成組調(diào)節(jié)無功功率，使無功合理分配。 其他：反映迅速，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，成本低，體積小等對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求第10頁/共126頁勵(lì)磁方式 它勵(lì)由另外電源供電直流發(fā)電機(jī)，帶整流的交流發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式同軸，獨(dú)立工作 自勵(lì)自并勵(lì)，自復(fù)勵(lì)，諧波繞組勵(lì)第11頁/共126頁直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法，或采用負(fù)載電流反饋的復(fù)式勵(lì)磁。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。第12頁/共126頁交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流勵(lì)磁副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)

4、(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。第13頁/共126頁靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交

5、流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。第14頁/共126頁交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)第15頁/共126頁三、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)。通過引出線，輸出交流電 。 感應(yīng)電勢(shì)的有效值：0104.44NEfNk 感應(yīng)電勢(shì) 頻率： 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 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；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。 第16頁/共126頁四、同步電機(jī)銘牌第17頁/共

6、126頁同步電機(jī)銘牌我國(guó)生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)有QFQ、QFN、QFS等系列。前兩個(gè)字母表示汽輪發(fā)電機(jī)；第三個(gè)字母表示冷卻方式，Q表示氫外冷，N表示氫內(nèi)冷，S表示雙水內(nèi)冷。水輪發(fā)電機(jī)系列：TS系列，T表示同步，S表示水輪。舉例：QFS-300-2 表示容量為300MW雙水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機(jī)。TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)，定子外徑為1264厘米，鐵心長(zhǎng)為160厘米，極數(shù)為48。另外同步電動(dòng)機(jī)系列有TD、TDL等，TD表示同步電動(dòng)機(jī)，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動(dòng)機(jī)；TDL表示立式同步電動(dòng)機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)為TT系列。第18頁/共126頁 額定容量SN（額定功率PN

7、）：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；3cosNNNNPUI額定值間的相互關(guān)系：額定值第19頁/共126頁6-2 空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng) 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。 一、空載運(yùn)行第20頁/共126頁（1）隱極同步電機(jī)的空載磁勢(shì) 勵(lì)磁繞組

8、埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙近似均勻。 勵(lì)磁磁勢(shì)在空間的分布為一個(gè)階梯形，受齒槽的影響,氣隙磁密呈現(xiàn)出波動(dòng)變化。 用諧波分析法可求出其基波分量 合理地選擇大齒的寬度可以使氣隙磁密的分布接近正弦波。如無特殊說明，以后僅考慮磁通密度的基波分量 fffFFk1波形系數(shù)1 空載磁勢(shì)第21頁/共126頁2sin4fk（2）凸極同步電機(jī)的空載磁勢(shì)勵(lì)磁繞組為集中繞組，磁勢(shì)波為矩形波 對(duì)于凸極發(fā)電機(jī)來說，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個(gè)電樞圓周分布不均勻，極面下氣隙較小，磁阻較??；極間氣隙較大，極間磁阻很大。同一個(gè)極面下，氣隙徑向磁通密度的分布近似于平頂?shù)拿毙巍O靴以外的氣隙磁通密度減少很快，相鄰兩極中線上的磁通密度

9、為零。 氣隙磁密用付立葉諧波分析分解出空間基波和一系列諧波。 第22頁/共126頁 感應(yīng)電勢(shì)的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關(guān)。 在設(shè)計(jì)和制造電機(jī)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以獲得盡可能接近正弦分布的氣隙磁密，從而得到較高品質(zhì)的感應(yīng)電勢(shì)。 第23頁/共126頁轉(zhuǎn)子繞組軸線兩極間中心線 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。 00E01fB2 同步電機(jī)中的時(shí)空量將相繞組軸線作為空間矢量參考軸（相軸）令時(shí)間相量參考軸（時(shí)軸）與空間矢量參考軸重合時(shí)間相量繞組的感應(yīng)電勢(shì)、電壓和電流，匝鏈

10、的磁通空間矢量磁勢(shì)和磁通密度（隨時(shí)間變化） 勵(lì)磁磁勢(shì)的基波Ff1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。第24頁/共126頁3 空載電勢(shì)三相電勢(shì)對(duì)稱主磁通 0漏磁通 只有主磁通才在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)01104.44NEfN k第25頁/共126頁二、 對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng) 空載時(shí)，只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢(shì)Ff隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì) (稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)) ，在電樞繞組中感應(yīng)出三相對(duì)稱交流電勢(shì)，勵(lì)磁

11、電勢(shì)，即空載電勢(shì)E0。 當(dāng)電樞繞組接上三相對(duì)稱負(fù)載后，電樞繞組中流過三相對(duì)稱的交流電流 ，將形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)電樞磁勢(shì)Fa電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) (稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)）。 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速均為同步速，且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，矢量合成為一個(gè)合成磁勢(shì) 。 氣隙磁場(chǎng) 由合成磁勢(shì) 在電機(jī)的氣隙中建立起來的磁場(chǎng)。 同步發(fā)電機(jī)負(fù)載以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢(shì)和磁場(chǎng)及繞組中感應(yīng)電勢(shì)將發(fā)生顯著變化，此變化主要由電樞磁勢(shì)的出現(xiàn)所致。 電樞反應(yīng)第26頁/共126頁 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)， 電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)主磁極基波磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。第27頁/共1

12、26頁內(nèi)功率因數(shù)角 E0Ia 解釋：時(shí)間相量Ia與空間矢量Fa同向電樞磁勢(shì)Fa三相電流產(chǎn)生的合成磁勢(shì)，哪一相電流達(dá)最大值，則位置在其繞組的軸線上；A相電流Ia如Ia最大，則Ia在相軸上，此時(shí)Fa正好在交軸上第28頁/共126頁電樞反應(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)的量第29

13、頁/共126頁1、=0時(shí)的電樞反應(yīng)分析 輸出電流 和空載電勢(shì)同相，有功功率從電機(jī)輸至電網(wǎng)發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 0，cos1，sin0，不發(fā)出無功功率。 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)在直軸上，電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢(shì)的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。 作用在交軸上的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)，簡(jiǎn)稱交磁作用交軸電樞反應(yīng)Fa滯后于Ff1發(fā)電機(jī)第30頁/共126頁2、=/2 時(shí)的電樞反應(yīng)分析 輸出電流滯后于空載電勢(shì)90，cos0，sin1，有功功率等于零，僅發(fā)出電感性無功功率。 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)均作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫铣纱艅?shì)的幅值減小直軸去磁電樞反應(yīng)。 為保持電壓不變

14、，應(yīng)增大勵(lì)磁，即為過激狀態(tài)，將輸出電感性無功功率 直軸電樞反應(yīng) 第31頁/共126頁3、= 時(shí)的電樞反應(yīng)分析 I與E0反相。cos1，sin0，有功功率將從電網(wǎng)輸送到電機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 sin0，不發(fā)出無功功率。 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)作用在直軸上，電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)使合成磁勢(shì)的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。交軸電樞反應(yīng)Fa超前于Ff1電動(dòng)機(jī)第32頁/共126頁4、=-/2 時(shí)的電樞反應(yīng)分析 輸出電流超前空載電勢(shì)90，cos0，sin1，有功功率等于零，僅發(fā)出電容性無功功率，或吸收電感性無功功率。 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)均作用在直軸上，方向一致，合成磁勢(shì)的幅值加大，電樞反應(yīng)為純?cè)龃抛?/p>

15、用直軸助磁電樞反應(yīng)。 為保持電壓不變，應(yīng)減少勵(lì)磁，即為欠激狀態(tài)，將輸出電容性無功功率 直軸電樞反應(yīng)第33頁/共126頁5、 為任意角度時(shí)的電樞反應(yīng) 將電樞磁勢(shì)分解為直軸和交軸兩個(gè)分量。sincosadqdqIIIIIII1111111.351.351.35NaNaddNaqqN kFIpN kFIpN kFIpsincosaadaqadaaqaFFFFFFF第34頁/共126頁電樞反應(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， 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， 不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩； 電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)間的夾角會(huì)隨著電機(jī)的運(yùn)行情況改變。 電樞反應(yīng)的性質(zhì)也隨負(fù)載的變化而變化。

16、 交軸分量Faq滯后于Ff1為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，超前于Ff1為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)于輸出和輸入有功功率。直軸分量Fad可能是磁化或去磁作用，當(dāng)去磁作用時(shí)，處于過激狀態(tài)。當(dāng)直軸電樞磁勢(shì)起磁化作用時(shí)，接在電網(wǎng)上的同步電機(jī)處于欠激狀態(tài)。第35頁/共126頁電樞反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵 同步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子繞組開路，沒有負(fù)載電流：不存在電樞反應(yīng)，不存在由轉(zhuǎn)子到定子的能量傳遞。 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)帶有負(fù)載時(shí)，就產(chǎn)生了電樞反應(yīng)。 不同負(fù)載性質(zhì)時(shí)，電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生不同性質(zhì)的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。實(shí)現(xiàn)能量的傳遞 （a)：電樞反應(yīng)交軸作用，電磁力與旋轉(zhuǎn)方向相反，為了維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動(dòng)

17、機(jī)的輸入功率（b）（c）：電樞反應(yīng)直軸作用，b為去磁，c為助磁，為保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須隨著無功負(fù)載的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的激磁電流。第36頁/共126頁6-3 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。 00 EffaaaIFEIFE E轉(zhuǎn)子：定子：一、不考慮磁飽和 第37頁/共126頁按照規(guī)定的參考正方向，電樞繞組一相的電動(dòng)勢(shì)平衡方程：0aaEEEU I r UIaE0EEABCxa為電樞反應(yīng)電抗1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程E0空載電勢(shì)，反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的作用Ea電樞反應(yīng)電勢(shì)，反應(yīng)電樞磁場(chǎng)的作用。是三相合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在一相繞組中的感

18、應(yīng)電勢(shì)。E漏抗電動(dòng)勢(shì)，可以寫成漏抗壓降形式EjI x aaEjIx 第38頁/共126頁0 aaaaassEUEEI rUjIxjIxI rUIrjIxUjIZ Xs：為同步電機(jī)的同步電抗， 磁路不飽和時(shí)為常數(shù)。 2、隱極同步發(fā)電機(jī)等效電路隱極同步電機(jī)的等效電路圖：aEEE0UaRXEIUaRsX0EIUaRsX0EI第39頁/共126頁3、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 、 ；

19、作出由 的首端指向 尾端的相量，該相量便是 UIUsjIxUsjIx0EaIr第40頁/共126頁電動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)圖功角 E0與U間的夾角，與功率有關(guān)位移角i 空間矢量Ff1與F間的相位角，反映負(fù)載后磁勢(shì)的位移sin0sMxUEP i第41頁/共126頁思考題 12-3 同步電抗對(duì)應(yīng)于什么磁通?為什么說同步電抗是三相電流產(chǎn)生的電抗而它的數(shù)值又是每相值？每相同步電抗與每相繞組本身的激磁電抗有什么區(qū)別? 哪些是空間矢量?哪些是時(shí)間相量?如何理解電流相量與電樞磁勢(shì)“同相”? 三相電流通過對(duì)稱三相繞組時(shí)產(chǎn)生電樞磁勢(shì)（為三相合成磁勢(shì)，空間矢量），幅值總是和具有最大電流的相繞組軸線重合。當(dāng)某相電流最大時(shí)，電流

20、相量在時(shí)間軸上。在時(shí)空?qǐng)D上，取時(shí)間軸與相繞組軸線（空間軸）重合，則有電流相量與電樞磁勢(shì)“同相”重合。第42頁/共126頁 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)。 00 EffaaaIFEIFE E轉(zhuǎn)子：定子：F 計(jì)飽和：二、隱極同步電機(jī)計(jì)及飽和時(shí)電勢(shì)平衡方程： aEUI rjx第43頁/共126頁電動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)圖注意：對(duì)隱極電機(jī)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為一梯形波；而電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa的幅值則是基波的幅值，因此在Ff和Fa矢量相加時(shí)，需要把基波電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa乘上換算系數(shù)ka以換算為等效梯形波的作用。第44頁/共126頁 凸極同步電機(jī)的氣隙沿圓周不均勻：極面

21、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； /06-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行。 一、雙反應(yīng)理論aFaFaF第45頁/共126頁雙反應(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來。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);

22、 最后把它們的效果疊加起來。 （注意前提：磁路是線性的）第46頁/共126頁凸極同步電機(jī) addadadaqqaqaqIFEIFE E轉(zhuǎn)子：定子：EjIx 00ffIFE I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)的過程：二、 凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和向量圖 第47頁/共126頁UIaqE0EEABCadE0 () dadqaqadadqaqdqaddqqaEUjI xjI xjIxIrUjI xjI xj IIxIrUjI xjI xIr按規(guī)定的參考正方向， 電壓方程為：adadaddaqaqaqqEFIEFI addadaqqaqEjI xEjI x 0adaqaEEEEUIrxd：

23、直軸同步電抗；xq：交軸同步電抗 （xdxq）1、凸極機(jī)的電壓方程第48頁/共126頁2、同步發(fā)電機(jī)的相量圖0 asEUIrjIx隱極同步機(jī)：IU0EaIrsjIx凸極同步機(jī)：0 ddqqaEUjI xjI xIrdIIU0EaIrqIqqjI xddjI x第49頁/共126頁凸極機(jī)的相量圖如何得到？cosqqqI xRQIxsinarctancosqaIxUIrU QaqEUI rjI x 首先求出EQIdIqIU0EqqjI xddjI xQEqjIxRQ0()dQdqEEjIxx第50頁/共126頁QaqEUI rjI x 凸極機(jī)的等效電路UaRqXQEI第51頁/共126頁6-5 同

24、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。 P1PMP2pmecpFe，padpcu1第52頁/共126頁功率平衡式：1212()coscos(cos)cosMmecFeadMcuMaqQaPPpppPPpPmUImI rIImI UIrmE I轉(zhuǎn)矩平衡式：1()mecFeadTTTTT10TTTIdIqIU0EqqjI xddjI xQEqjIxRQ第53頁/共126頁6-6 同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定1. 同步發(fā)電機(jī)的空載特性一、空載特性、短路特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性 當(dāng)空載運(yùn)行時(shí)（電樞繞組開路，I=0）,空載電動(dòng)勢(shì)E0隨轉(zhuǎn)子

25、勵(lì)磁電流If變化的關(guān)系 。 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 E00 If Ff 第54頁/共126頁ba飽和系數(shù)： E0*=1時(shí)的總磁勢(shì)與氣隙磁勢(shì)之比，一般為（1.1-1.25） 意義：空載磁路飽和后，由勵(lì)磁磁勢(shì)所建立的磁通和感應(yīng)電勢(shì)都降低到未飽和時(shí)的1/k。第55頁/共126頁空載特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 調(diào)節(jié)可變電阻，使激磁電流逐步上升，每次記下If和E0的讀數(shù)。 作同步電機(jī)的空載特性 由于存在剩磁，規(guī)定用下降曲線來表示空載特性。 從1.3UN對(duì)應(yīng)的激磁逐步減小剩磁電動(dòng)勢(shì)第56頁/共126頁空載特性的工程應(yīng)用 將設(shè)計(jì)好的電機(jī)的空載特性與常規(guī)空載特性相比較，如果兩者接近，說明電機(jī)設(shè)計(jì)合

26、理，反之，則說明該電機(jī)的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。如太飽和，將使勵(lì)磁繞組用銅過多，且電壓調(diào)節(jié)困難如飽和度太低，則負(fù)載變化時(shí)電壓變化較大，且鐵心利用率較低，鐵心耗材較多 結(jié)合短路特性可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。 發(fā)電廠通過測(cè)取空載特性來判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。 必須掌握（*）第57頁/共126頁2.同步發(fā)電機(jī)的短路特性 發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，電樞短路電流Ik與激磁電流If間的關(guān)系曲線。短路運(yùn)行時(shí)，Ik 滯后于E0 90o電角度， =90o，交軸分量Iq =0 ，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔谩?忽略繞組電阻忽略繞組電阻ra影響：電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)。第58頁/共126頁短路特性曲

27、線 去磁作用減少了電機(jī)中的磁通，磁路處于不飽和狀態(tài) 電樞磁勢(shì)Fa正比于電樞電流I=Ik 短路特性是一直線kIEFkaIF kaffIFFFI1IkIf0U=0穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，電機(jī)的磁通和感應(yīng)電勢(shì)較小，短路電流不大，三相穩(wěn)態(tài)短路運(yùn)行沒有危險(xiǎn)第59頁/共126頁短路特性的測(cè)定短路試驗(yàn) 先將三相電樞繞組在出線端處短接，再起動(dòng)原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速，通入不同數(shù)值的激磁電流If，讀取每次相應(yīng)的短路電流Ik，即得同步發(fā)電機(jī)的短路特性。 第60頁/共126頁3.零功率因數(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：n=n1，I =常數(shù)，功率因數(shù)cos=常數(shù)時(shí)，端電壓

28、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。第61頁/共126頁0 , , ddUEjI x具有相同相位。寫出代數(shù)方程：00()ddfddUEI xE II x磁動(dòng)勢(shì)間和電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系：0dfadadEUIxFFk FddjI x第62頁/共126頁重點(diǎn)：空載特性與零功率因數(shù)曲線 mn對(duì)應(yīng)于去磁磁勢(shì)kadFad的激磁電流on：合成磁勢(shì)om=mn+om：激磁磁勢(shì)Ffan：E合成電勢(shì)ab：Ix bn=cm：U=E-Ix c點(diǎn)：對(duì)應(yīng)(U,If)為零功率因數(shù)特性曲線上一點(diǎn)電抗三角形abc如電樞電流保持不變，三角形大小不變高ab= Ix，底邊bc=mn均正比于電樞電流負(fù)載時(shí)實(shí)際激磁

29、第63頁/共126頁v 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。（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。 c點(diǎn)軌跡即為零功率因數(shù)曲線DE保梯（Potier)電抗：考慮轉(zhuǎn)子漏磁影響， 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。 第64頁/共126頁零功率因數(shù)曲線求取兩點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)法當(dāng)電機(jī)較大時(shí)，將電機(jī)并聯(lián)于電網(wǎng)，有功調(diào)節(jié)為零，調(diào)節(jié)勵(lì)磁使發(fā)出無功電流達(dá)到IN，即為e點(diǎn).短路點(diǎn)e點(diǎn)（I=IN,U=0）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使三相穩(wěn)

30、定短路電流為額定值額定電壓點(diǎn)c點(diǎn)（ I=IN,U=UN ）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)處于過激，電樞電流為額定值，輸出有功功率為0（零功率因數(shù)），激磁電流和額定電壓決定c點(diǎn)第65頁/共126頁由空載和短路特性確定Xd值 kdIEx0Ff(If)U0Ik0fINUfkIIIN)(IUxNd飽和Ff(If)U0IkfI0EkI二、同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及測(cè)定dqxx65. 0第66頁/共126頁短路比在一個(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)生額定短路電流所需的勵(lì)磁電流之比。 )()(/NkNIIfkUUf

31、NkcIIIIk 000Ff(If)U0Ik0fINUfkI0KIIN第67頁/共126頁漏抗的測(cè)定 電抗三角形法 抽出轉(zhuǎn)子法NIabx bc等效于電樞反應(yīng)的勵(lì)磁電流第68頁/共126頁穩(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。 第69頁/共126頁第70頁/共126頁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

32、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)電抗小， 電流大，電樞端電壓小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓最大。 maxminminmax/IUxIUxqd第71頁/共126頁思考題1.為什么感性負(fù)載特性（零功率因數(shù)特性）和空載特性有相同的形狀？感性負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫艅?shì)間的關(guān)系以及電勢(shì)間的關(guān)系為純代數(shù)關(guān)系，即：0dfaaEUIxFFk FddjI x第72頁/共126頁思考題2.比較變壓器、異步電機(jī)的激磁電抗與同步電機(jī)的同步電抗。變壓器：異步電機(jī)：同步電機(jī)：同步電抗包括兩個(gè)部分，（1）對(duì)應(yīng)于定子繞組的漏磁通的x ，（2）對(duì)應(yīng)與定子電流產(chǎn)生的空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的xa。非主氣隙合

33、成磁場(chǎng)的作用1111110mmmmasUI ZI ZUI ZI ZUEIrjIx對(duì)應(yīng)于-E1，即主磁通第73頁/共126頁6-7 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 空載特性：實(shí)質(zhì)是電機(jī)的磁化曲線 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：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：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：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。第74頁/共126頁一、同步發(fā)電機(jī)的外特性v感性負(fù)載（或純阻性負(fù)載）在

34、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：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。第75頁/共126頁額定勵(lì)磁電流：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，使其在額定負(fù)載（IIN，coscosN ）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,保持額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流IfN 和轉(zhuǎn)速nN 不變,將發(fā)電機(jī)的完全卸載,發(fā)電機(jī)的端電壓將由 UN變化為勵(lì)磁電勢(shì)E

35、0 ，電壓變化的幅度可以用電壓調(diào)整率來表示 U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40% 。 二、電壓調(diào)整率%1000NNUUEU第76頁/共126頁三、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)；第77頁/共126頁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6-8 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行第78頁/共126頁并聯(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

36、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；第79頁/共126頁投入并聯(lián)進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過程稱為同步過程。同步方法： 準(zhǔn)同步法， 自同步法投入并聯(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第80頁/共126頁直接接法（燈滅法）通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使電壓相等 ；電壓調(diào)整好后，如果相序一致，燈光應(yīng)表現(xiàn)為明暗交替。如果燈光不是明暗交替，則說明相序不一致，應(yīng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴(yán)格保證相序一致；通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變頻率，直到燈光明暗交替十分緩慢時(shí)，說明頻率已十分接近，等待燈光完全變暗的瞬間

37、（相位相同），即可合閘并車 AUBUCUAUBUCU11直接接法（燈光明暗法）第81頁/共126頁交叉接法（燈光旋轉(zhuǎn)法）AUBUCUAUBUCU11通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使電壓相等 ；電壓調(diào)整好后，如果相序一致，則燈光旋轉(zhuǎn)，如燈光同步則說明相序不一致；通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變 頻率，直到燈光旋轉(zhuǎn)十分緩慢時(shí)，說明 頻率十分接近，這時(shí)等待燈 3 完全熄滅的瞬間到來，即可合閘并車。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；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相位調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相位第82頁/共1

38、26頁自整步法v 在相序一致的情況下將勵(lì)磁繞組通過適當(dāng)?shù)碾娮瓒探樱籿 用原動(dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步速(相差25)；v 在沒有接通勵(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。需要注意的是：勵(lì)磁繞組必須通過一限流電阻短接。 直接開路，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)：操作簡(jiǎn)單，方便快捷；缺點(diǎn)：合閘時(shí)有沖擊電流。 第83頁/共126頁6-9 功角特性 P PM Mf f（）當(dāng)忽略電樞繞組損耗時(shí)， 2coscos()(coscossinsin)cossinMqdPPm

39、UImUImUImUImUI 0cossinddqqEUIxUIx2011sin()sin22MdqdE UUPmmxxxIdIqIU0EqqjI xddjI xQEqjIxRQ第84頁/共126頁2011sin()sin22MdqdE UUPmmxxx對(duì)于隱極機(jī)， XdXqXs，只有基本電磁功率 0sinMsE UPmx基本電磁功率附加電磁功率原因：原因：凸機(jī)極電機(jī)直軸和交軸位置的磁阻不一樣，電樞磁密矢量Ba與磁勢(shì)磁勢(shì)Fa不重合第85頁/共126頁功角的時(shí)空概念 在時(shí)間上：端電壓（U與E相位基本相同）和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E0之間的相位差 在空間上：合成磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間夾角。 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，

40、Ff和F 之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，固定。 功角為正值時(shí)，為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。 功角為負(fù)值時(shí)，為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。IdIqIU0EqqjI xddjI xQEqjIxRQ第86頁/共126頁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：凸極機(jī)：201111sin()sin22dqdE UUTmmxxx隱極機(jī)：01sinsE UTmx2111()sin22qdUTmxx凸極機(jī)附加轉(zhuǎn)矩第87頁/共126頁附加轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩） 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， 無切向磁拉力， 轉(zhuǎn)子無電磁轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通力圖通過磁阻最小的路徑， 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

41、極轉(zhuǎn)子氣隙不會(huì)扭歪， 所以沒有電磁轉(zhuǎn)矩。 第88頁/共126頁MPT、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)MPMPMP凸極機(jī)功角特性2011sin()sin22MdqdE UUPmmxxx電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)隱極機(jī)MPT、第89頁/共126頁過載能力過載能力：最大電磁功率與額定功率的比值。額定情況下：N=3040 kP=1.62.0maxMmNPkP0max01sinsinMsmNNNsE UmPxkE UPmx對(duì)隱極機(jī)：第90頁/共126頁6-10 有功功率調(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，0,0,0MPT 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)

42、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。 ,MPT090fFB0EsjIxUaIUBfF0EsjIxaI第91頁/共126頁穩(wěn)定不穩(wěn)定一、有功功率的調(diào)節(jié)210MPPP功率平衡P電機(jī)的極限功率1空載時(shí)：P2=PM=0P1=P0，處于平衡狀態(tài)=02增加機(jī)械功率輸入：P1P0， P1-P00過渡過程：電機(jī)加速，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置將超前合成磁場(chǎng)， 0 隨著 增加，P2=PM0增加，當(dāng)達(dá)到P1-P0=PM時(shí)，電機(jī)加速過程結(jié)束穩(wěn)定運(yùn)行：轉(zhuǎn)化來的電磁功率，使輸出有功功率P2發(fā)電機(jī)內(nèi)部自動(dòng)改變位移角，相應(yīng)改變電磁功率和輸出功率，達(dá)到新的功率平衡）P1-P0PM第92頁/共126頁二、靜態(tài)穩(wěn)定

43、 擾動(dòng)發(fā)電機(jī)輸入功率的微動(dòng) 靜態(tài)穩(wěn)定瞬時(shí)擾動(dòng)消除后繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行狀態(tài)10abMaPP點(diǎn)：，轉(zhuǎn)子加速，10MbbaPPP擾動(dòng)消失后，轉(zhuǎn)子減速，達(dá)到原有的功率平衡ad點(diǎn)正常工作點(diǎn)點(diǎn)靜態(tài)不穩(wěn)定第93頁/共126頁對(duì)隱極電機(jī)：當(dāng)m900， 電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。 0max0max1MssE UPmxE UTmx,MPT090靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)域00900對(duì)凸極電機(jī)：當(dāng)450m900，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。 靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)域00Xq）凸極機(jī)的電壓方程第107頁/共126頁同步電動(dòng)機(jī)的相量圖0 asUEIrjIx隱極同步機(jī)：IU0EaIrsjIx凸極同步機(jī)：0 ddqqaUEjI xjI xI

44、rIU0EaIrdIqIqqjI xddjI x第108頁/共126頁二、 同步電機(jī)的功角特性一、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。 P1PMP2pcu1pFeppf第109頁/共126頁121112coscuaMcuMFePmUIpmI rPPpPppP輸入功率：定子繞組銅耗：電磁功率： 或運(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)， T、I、cos、 、n等與輸出功率的關(guān)系。 （2）運(yùn)行特性第110頁/共126頁當(dāng)忽略電樞繞組損耗時(shí)， 1coscos()(coscossinsin)cossinMqdP

45、PmUImUImUImUImUI IdIqIU0EqqjI xddjI xQEqjIxRQ0cossinddqqEUIxUIx2011sin()sin22MdqdE UUPmmxxx功角特性第111頁/共126頁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：凸極機(jī)：201111sin()sin22dqdE UUTmmxxx隱極機(jī)：01sinsE UTmx第112頁/共126頁功角、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；TMP發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)隱極機(jī)MPT發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)MPMPMP凸極機(jī)第113頁/共126頁二、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，0,0,0MPT 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。 fFB0EsjIxUUBfF0EsjIx,MPT090第114頁/共126頁 三、同步電機(jī)的無功功率調(diào)節(jié)以隱