同步電機(jī)(第六章)

1、第六章第六章 同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析同步機(jī)：同步機(jī)：pfnns60 本章討論內(nèi)容：同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，本章討論內(nèi)容：同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，電磁過(guò)程；基本平衡方程；運(yùn)行特性以及同步發(fā)電機(jī)與電磁過(guò)程；基本平衡方程；運(yùn)行特性以及同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行；同步機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行。電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行；同步機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行。運(yùn)行方式：同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式：同步電動(dòng)機(jī); 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī); 同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式機(jī)）氣隙不均勻（水輪發(fā)電凸極式（多用于汽輪發(fā)電機(jī)）忽略齒槽影響氣隙均勻隱極式1、隱極同步電機(jī)、隱極同步電機(jī)

2、汽輪發(fā)電機(jī)一般都是兩極：汽輪發(fā)電機(jī)一般都是兩極：分轉(zhuǎn)/300060pfnns定子繞組定子繞組三相對(duì)稱繞組（又稱電樞繞組）。三相對(duì)稱繞組（又稱電樞繞組）。定子：定子：定子鐵芯定子鐵芯內(nèi)圓周均勻開(kāi)槽的硅鋼片疊成。內(nèi)圓周均勻開(kāi)槽的硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組置于轉(zhuǎn)子槽中，通直流電勵(lì)磁（有時(shí)稱勵(lì)置于轉(zhuǎn)子槽中，通直流電勵(lì)磁（有時(shí)稱勵(lì)磁繞組）磁繞組）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯整塊具有良好導(dǎo)磁性能的高強(qiáng)度合金鋼整塊具有良好導(dǎo)磁性能的高強(qiáng)度合金鋼鍛成，不開(kāi)槽部分約鍛成，不開(kāi)槽部分約1/3圓周）稱為圓周）稱為“大齒大齒”汽輪發(fā)電機(jī)一般采用細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)一般采用細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)（國(guó)產(chǎn)（國(guó)產(chǎn)200200MW汽輪發(fā)電機(jī)

3、）汽輪發(fā)電機(jī)）（國(guó)產(chǎn)（國(guó)產(chǎn)600600MW汽輪發(fā)電機(jī)）汽輪發(fā)電機(jī)）Stator of Turbo-dynamo with 330MW Made in China（國(guó)產(chǎn)（國(guó)產(chǎn)330330MW汽輪發(fā)電機(jī)）汽輪發(fā)電機(jī)）Stator Core of Turbo-dynamo with 330MW Made in China（國(guó)產(chǎn)（國(guó)產(chǎn)330330MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心）汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心）定子鐵心定子繞組端部汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)2、凸極同步電機(jī)、凸極同步電機(jī) 如圖所示，一般水輪發(fā)電機(jī)為凸極同步機(jī)，電機(jī)極如圖所示，一般水輪發(fā)電機(jī)為凸極同步機(jī)，電機(jī)極數(shù)較多。對(duì)數(shù)較多。對(duì)50Hz電網(wǎng)而言，轉(zhuǎn)

4、速在幾百到幾十轉(zhuǎn)電網(wǎng)而言，轉(zhuǎn)速在幾百到幾十轉(zhuǎn)/分。所分。所以通常水輪機(jī)為以通常水輪機(jī)為“扁平扁平”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。定子鐵芯和繞組與汽輪機(jī)相似。轉(zhuǎn)子鐵芯為凸極式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯和繞組與汽輪機(jī)相似。轉(zhuǎn)子鐵芯為凸極式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子繞組為集中勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子繞組為集中勵(lì)磁繞組。(1) (1) 立式水輪發(fā)電機(jī)立式水輪發(fā)電機(jī)(2) (2) 臥式水輪發(fā)電機(jī)臥式水輪發(fā)電機(jī)(3) 燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)(4)(4)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kw水輪機(jī)轉(zhuǎn)子 凸極極通常有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)，通常同步電動(dòng)機(jī)、凸極極通常有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)，通常同步電動(dòng)機(jī)、同步補(bǔ)償機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和沖擊式水輪機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)采用同步補(bǔ)

5、償機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和沖擊式水輪機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)，而大型水輪發(fā)電機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)，立式水輪發(fā)臥式結(jié)構(gòu)，而大型水輪發(fā)電機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)，立式水輪發(fā)電機(jī)的推力軸承是關(guān)鍵部件。電機(jī)的推力軸承是關(guān)鍵部件。 除了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，通常在轉(zhuǎn)子上還裝有阻尼繞組。除了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，通常在轉(zhuǎn)子上還裝有阻尼繞組。起抑制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的作用。在同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)中，主要起抑制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的作用。在同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)中，主要作為起動(dòng)繞組用。作為起動(dòng)繞組用。Hydraulic Turbine Generator in Operation（現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)）（現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)）二、同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)二、同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 旋轉(zhuǎn)

6、磁場(chǎng)，同時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也是同步轉(zhuǎn)速，所以定、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也是同步轉(zhuǎn)速，所以定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)保持相對(duì)靜止，它們之間相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)保持相對(duì)靜止，它們之間相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，距，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換， 同步電機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)：電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)主要決定于轉(zhuǎn)同步電機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)：電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)主要決定于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子合成磁場(chǎng)之間的夾角功率角子磁場(chǎng)和定子合成磁場(chǎng)之間的夾角功率角 。發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，所以定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，所以定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位置如圖所示，轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)超前于定子合成磁場(chǎng)置如圖所示，轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)超前于定子合成磁場(chǎng) ，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子從原動(dòng)機(jī)輸入驅(qū)

7、動(dòng)轉(zhuǎn)距（子從原動(dòng)機(jī)輸入驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距（ ），轉(zhuǎn)子上受到制動(dòng)性質(zhì)），轉(zhuǎn)子上受到制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)距（的電磁轉(zhuǎn)距（ ）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速恒速旋轉(zhuǎn)，定子繞組向電網(wǎng)輸出功率。恒速旋轉(zhuǎn)，定子繞組向電網(wǎng)輸出功率。eT001TTTe1TSNons Te主極主極N So主極主極發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)SNons Te N So電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī):將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，所以定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，所以定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位置如圖置如圖6-7c)所示所示 。電磁轉(zhuǎn)距。電磁轉(zhuǎn)距Te是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)距。定是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)距。定子從電網(wǎng)吸收電功率，轉(zhuǎn)子可以拖動(dòng)負(fù)載，而輸出機(jī)械功子從電網(wǎng)吸收電功率，轉(zhuǎn)子

8、可以拖動(dòng)負(fù)載，而輸出機(jī)械功率。率。0補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī):當(dāng)當(dāng) 時(shí)，此時(shí)電機(jī)沒(méi)有有功功率的轉(zhuǎn)換，電機(jī)時(shí)，此時(shí)電機(jī)沒(méi)有有功功率的轉(zhuǎn)換，電機(jī)處于補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)或空載狀態(tài)。處于補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)或空載狀態(tài)。0SNNo Sons Te=0補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī) 并勵(lì)或他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸安裝。若是并勵(lì)或他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸安裝。若是他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，則同軸還有一副勵(lì)磁機(jī)供給直流機(jī)勵(lì)磁，他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，則同軸還有一副勵(lì)磁機(jī)供給直流機(jī)勵(lì)磁，直流機(jī)發(fā)出直流電供給同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。同時(shí)為直流機(jī)發(fā)出直流電供給同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。同時(shí)為了隨負(fù)載變化能同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁而保證輸出電壓恒定，稱了隨負(fù)載變化能同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁而

9、保證輸出電壓恒定，稱為復(fù)式勵(lì)磁系統(tǒng)。為復(fù)式勵(lì)磁系統(tǒng)。1、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁2、整流器勵(lì)磁、整流器勵(lì)磁圖6-9 靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)1、額定容量、額定容量 （或額定功率（或額定功率 ）指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)）指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的輸出功率的輸出功率NSNPVkUN2、額定電壓、額定電壓 指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電壓指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電壓. AIN3、額定電流、額定電流 指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流Ncos4、額定功率因數(shù)、額定功率因數(shù) 指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)7、額定勵(lì)磁電流、額定勵(lì)磁電流 有時(shí)也作為額定值寫(xiě)在銘牌有時(shí)也作為額定值寫(xiě)在銘牌上上fNfN

10、UINf5、額定頻率、額定頻率 指額定運(yùn)行時(shí)電樞繞組的電壓或電流的指額定運(yùn)行時(shí)電樞繞組的電壓或電流的頻率我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為頻率我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為50HzNn6、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速 指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速6.2 空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng) 勵(lì)磁繞組通直流勵(lì)磁電流，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步勵(lì)磁繞組通直流勵(lì)磁電流，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電樞繞組開(kāi)路的情況，稱為同步發(fā)電機(jī)的空轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電樞繞組開(kāi)路的情況，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。載運(yùn)行。 同步電機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通直流電所產(chǎn)生磁場(chǎng)分同步電機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通直流電所產(chǎn)生磁場(chǎng)分兩部分：兩部分：主磁通主

11、磁通 穿過(guò)氣隙匝鏈定子繞組；穿過(guò)氣隙匝鏈定子繞組；主極漏主極漏磁磁 不通過(guò)氣隙與定子繞組匝鏈。主磁場(chǎng)不通過(guò)氣隙與定子繞組匝鏈。主磁場(chǎng)“切割切割”定子定子三相繞組，在定子繞組中感應(yīng)三相對(duì)稱感應(yīng)電勢(shì)，稱其為三相繞組，在定子繞組中感應(yīng)三相對(duì)稱感應(yīng)電勢(shì)，稱其為激磁電勢(shì)（或空載電勢(shì)激磁電勢(shì)（或空載電勢(shì) ）0f0E00EEoA1200EEoB1200EEoC011044. 4kfNE其中其中: 空載時(shí)每極磁通量空載時(shí)每極磁通量0 fIfE 0 空載特性的下部是一直線，與下部相切的直線稱為氣空載特性的下部是一直線，與下部相切的直線稱為氣隙線，當(dāng)隙線，當(dāng) 增大增大 增大時(shí)，由于磁路飽和，空載特性逐增大時(shí)，由于

12、磁路飽和，空載特性逐漸彎曲。漸彎曲。fI0O0fIffFI ,00,EUN氣隙線空載特性空載特性空載特性空載特性是同步電機(jī)的一條基本特性。空載特性是同步電機(jī)的一條基本特性。二、對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)二、對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng) 當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞繞組將流過(guò)對(duì)稱三相電流，此當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞繞組將流過(guò)對(duì)稱三相電流，此時(shí)電樞繞組將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì)，電樞磁勢(shì)基波分量時(shí)電樞繞組將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì)，電樞磁勢(shì)基波分量與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁勢(shì)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相同，此時(shí)，氣隙中磁場(chǎng)由與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁勢(shì)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相同，此時(shí)，氣隙中磁場(chǎng)由定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)共同產(chǎn)生。電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波在氣隙中產(chǎn)定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)共同產(chǎn)生。電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波在氣隙中產(chǎn)生

13、的磁場(chǎng)就稱為生的磁場(chǎng)就稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于激磁電動(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)在空間電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于激磁電動(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置，此相對(duì)位置取決于激磁電動(dòng)勢(shì)的相對(duì)位置，此相對(duì)位置取決于激磁電動(dòng)勢(shì) 和負(fù)載和負(fù)載電流電流 之間的相位角之間的相位角 （稱其為內(nèi)功率因數(shù)角）（稱其為內(nèi)功率因數(shù)角）0EI0FFFaf同方向同速度旋轉(zhuǎn)，二者的相對(duì)位置始終不會(huì)改變。同方向同速度旋轉(zhuǎn)，二者的相對(duì)位置始終不會(huì)改變。1、 與與 同相位同相位00I0EaqaFF 00此時(shí)電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。此時(shí)電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。 對(duì)于同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)對(duì)于同步發(fā)電機(jī)，當(dāng) 時(shí)，主磁場(chǎng)將超前于氣隙時(shí)，主磁場(chǎng)將超前

14、于氣隙合成磁場(chǎng)，主極將受到一個(gè)制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)距，所以合成磁場(chǎng)，主極將受到一個(gè)制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)距，所以交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距及能量轉(zhuǎn)換直接有關(guān)。交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距及能量轉(zhuǎn)換直接有關(guān)。00時(shí)時(shí)空矢量圖上空矢量圖上 與相位相同與相位相同IaF2、 與與 不同相位不同相位IE00900將將Fa分解為兩個(gè)分量：分解為兩個(gè)分量：adaqaFFF00cossinaaqaadFFFFaqF交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)adF直軸的電樞磁動(dòng)勢(shì)直軸的電樞磁動(dòng)勢(shì)adF交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 與能量轉(zhuǎn)換直接有關(guān)；直軸電樞與能量轉(zhuǎn)換直接有關(guān)；直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) 的作用是去磁或助磁的作用是去磁或助

15、磁.。aqF6.3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路相量圖和等效電路fFaF不計(jì)飽和時(shí)，不計(jì)飽和時(shí)， 和和 的作用分別考慮，再把它們作用結(jié)的作用分別考慮，再把它們作用結(jié)果疊加起來(lái)。果疊加起來(lái)。電樞：電樞： 主極：主極：00EFIffaaaEFIEXIjEEF按發(fā)電機(jī)慣例由回路電壓定律可得：按發(fā)電機(jī)慣例由回路電壓定律可得：隱極同步發(fā)電機(jī)等效電路隱極同步發(fā)電機(jī)等效電路aXUIaRX0EE)(jXRIEUa)(0jXRIUEEEaa所以：所以：IFEaaaaaXIjE)(0jXRIEEUaaXa是電樞反應(yīng)磁通相應(yīng)的電抗，稱為是電樞反應(yīng)磁通相應(yīng)的電抗，稱為電樞反應(yīng)電

16、抗電樞反應(yīng)電抗。（電樞電流產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，在定子每相繞組中感應(yīng)（電樞電流產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，在定子每相繞組中感應(yīng)電勢(shì)可以表示為電樞繞組相電流與電樞反應(yīng)電抗的乘積）電勢(shì)可以表示為電樞繞組相電流與電樞反應(yīng)電抗的乘積）所以：所以：saaaaaXIjRIUXXjIRIUjXRIEUE)()(090IUaRIXI jaXI jaE0EEa0a)0IUaRIEsXI jb)aXEaRIXsXU0EXXXas隱極同步電機(jī)的同步電抗。隱極同步電機(jī)的同步電抗。二、考慮磁飽和時(shí)二、考慮磁飽和時(shí) 考慮飽和時(shí)，由于磁路的非線性，應(yīng)先將磁勢(shì)進(jìn)行合考慮飽和時(shí)，由于磁路的非線性，應(yīng)先將磁勢(shì)進(jìn)行合成，再利用磁化曲線求相應(yīng)的氣

17、隙合成磁場(chǎng)成，再利用磁化曲線求相應(yīng)的氣隙合成磁場(chǎng)和感應(yīng)電和感應(yīng)電勢(shì)勢(shì) ，即：，即：EaafFkFFEFfFfIaIaF 電壓平衡方程式：電壓平衡方程式：)(jXRIUEaUjXRIEa)( aafFkFF ka的物理意義：產(chǎn)生同樣大小的基波氣隙磁場(chǎng)，一的物理意義：產(chǎn)生同樣大小的基波氣隙磁場(chǎng)，一安匝的電樞磁動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于多少安匝的梯形波主極磁動(dòng)勢(shì)安匝的電樞磁動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于多少安匝的梯形波主極磁動(dòng)勢(shì)ka0.931.03fF階梯波幅值階梯波幅值aF正弦波幅值正弦波幅值6.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖相量圖 凸極同步發(fā)電機(jī)氣隙是不均勻的，直軸處氣隙小，凸極同步發(fā)電機(jī)氣隙是不均勻

18、的，直軸處氣隙小，交軸處氣隙大，極面下氣隙小，兩極間氣隙大，所以直交軸處氣隙大，極面下氣隙小，兩極間氣隙大，所以直軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)要比交軸下單位面積的氣隙磁軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)要比交軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)大的多。導(dǎo)大的多。 當(dāng)正弦分布的電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在直軸上時(shí)，產(chǎn)生的當(dāng)正弦分布的電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在直軸上時(shí)，產(chǎn)生的基波磁場(chǎng)的幅值較大，而作用于交軸上時(shí)，產(chǎn)生的基波基波磁場(chǎng)的幅值較大，而作用于交軸上時(shí)，產(chǎn)生的基波磁場(chǎng)幅值較小磁場(chǎng)幅值較小. 一般情況下，一般情況下，F(xiàn)a既不作用于直軸，也不作用于交軸上，既不作用于直軸，也不作用于交軸上，而是在空間任意處（而是在空間任意處（Fa位置決定于負(fù)載性質(zhì)）

19、，可將位置決定于負(fù)載性質(zhì)），可將Fa分分解成直軸和交軸兩個(gè)分量解成直軸和交軸兩個(gè)分量aqadFF 、 再用對(duì)應(yīng)的直軸和交軸磁導(dǎo)分別算出直軸和交軸的再用對(duì)應(yīng)的直軸和交軸磁導(dǎo)分別算出直軸和交軸的電樞反應(yīng)。最后再將它們效果相加，這種將電樞反應(yīng)分電樞反應(yīng)。最后再將它們效果相加，這種將電樞反應(yīng)分解為交、直軸分量，分別處理的方法，稱為雙反應(yīng)理論。解為交、直軸分量，分別處理的方法，稱為雙反應(yīng)理論。aqadaFFFaqadBBB1、電壓方程、電壓方程不計(jì)飽和時(shí)：不計(jì)飽和時(shí)：E00EFIffaqaqaqadadadEFEFaFI )(XIjEEXI jRIUEEEaaqad0列出電壓方程：列出電壓方程：00co

20、ssinaaqaadFFFF00cossinIIIIqddIE00EFIffaqaqaqadadadEFEFI)(XI jEEqI所以不計(jì)飽和時(shí)：所以不計(jì)飽和時(shí)：qaqqaqdaddadIFEIFE00qaqaqdadadIjXEIjXE直軸電樞反應(yīng)電抗直軸電樞反應(yīng)電抗adX交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗aqXqqddaaqqaddaaqqaddaXIjXIjRIUXXIjXXIjRIUXIjXIjXIjRIUE)()(0-直軸同步電抗直軸同步電抗dXqX交軸同步電抗交軸同步電抗XXXaddXXXaqqqqddaXIjXIjRIUE0qdqqddaqdXIjXIjXIjRIUXIjE0qaq

21、ddXIjRIUXXIjE)(0qaqddQXIjRIUXXIjEE)(0)(0qddQXXIjEEqaQXIjRIUEaqIXUIXUarctgcossin0 2、相量圖、相量圖 aXEaRIXsXU0E由于電抗與繞組匝數(shù)平方成正比與磁場(chǎng)所經(jīng)磁路磁導(dǎo)成由于電抗與繞組匝數(shù)平方成正比與磁場(chǎng)所經(jīng)磁路磁導(dǎo)成正比，所以：正比，所以：qqddNXNX2121 電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù) 直軸和交軸磁路等效磁導(dǎo)直軸和交軸磁路等效磁導(dǎo) -主磁導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的磁路，主磁導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的磁路， 漏磁路磁導(dǎo)漏磁路磁導(dǎo)1Nqd ,aqad,aqqadd6.5 同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方

22、程方程eFePppP1 若同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁由別的直流電流供給時(shí)，若同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁由別的直流電流供給時(shí)，則轉(zhuǎn)子軸上輸入機(jī)械功率則轉(zhuǎn)子軸上輸入機(jī)械功率P1，扣除機(jī)械損耗，扣除機(jī)械損耗P 和鐵耗和鐵耗PFe ，即為靠電磁感應(yīng)傳遞給電樞繞組的功率，即為靠電磁感應(yīng)傳遞給電樞繞組的功率電磁電磁功率功率Pe 。電樞繞組得到的電磁功率電樞繞組得到的電磁功率Pe扣除電樞繞組銅耗，可得輸扣除電樞繞組銅耗，可得輸出電功率出電功率P22PpPcuae其中：其中：acuaRmIp2cos2mUIP 對(duì)于隱極機(jī)而言對(duì)于隱極機(jī)而言 所以：所以：0EEQ00cosImEPe)cos(cos2aaeIRUmIRm

23、ImUIP0coscosImEmEIPQe0coscoscosQaEEIRU由由要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，則要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，則 即電樞電流中必須要有交即電樞電流中必須要有交軸電樞電流軸電樞電流 在發(fā)電機(jī)中由于交軸電樞反應(yīng)存在，使得氣在發(fā)電機(jī)中由于交軸電樞反應(yīng)存在，使得氣隙合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)之間錯(cuò)開(kāi)一定角度，使主極上隙合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)之間錯(cuò)開(kāi)一定角度，使主極上受到制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)距，原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩而做功，將機(jī)受到制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)距，原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩而做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。械能轉(zhuǎn)換為電能。 與與 夾角稱為功率角夾角稱為功率角 ，不難看出，不難看出， 愈大，交軸電樞愈大，交軸電樞反應(yīng)愈強(qiáng)，反應(yīng)愈強(qiáng)

24、， 角就愈大，在一定范圍內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)距和電磁角就愈大，在一定范圍內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)距和電磁功率愈大。功率愈大。o00EUqIeFePppP1eTTT01sssn602-同步機(jī)械角速度同步機(jī)械角速度sFeppT0To -同步發(fā)電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩同步發(fā)電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩seePTTe -電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩sPT11T1 -原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩eTTT016.6 同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定空載特性：空載特性：I = 0時(shí)時(shí) Eo = f ( If ),可以由實(shí)驗(yàn)求取可以由實(shí)驗(yàn)求取 實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓電機(jī)電樞繞組開(kāi)路，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓電機(jī)電樞繞組開(kāi)路，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)兩勵(lì)磁電流步轉(zhuǎn)速旋

25、轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)兩勵(lì)磁電流If,記錄不同勵(lì)磁電流所對(duì)應(yīng)記錄不同勵(lì)磁電流所對(duì)應(yīng)端電壓端電壓Uo直到直到Uo = 1.25UN左右。做出左右。做出U = Eo = f ( If )曲線。曲線。短路特性：短路特性：U = 0時(shí)時(shí)I = f ( If )曲線，也可以由實(shí)驗(yàn)求?。呵€，也可以由實(shí)驗(yàn)求?。?電樞繞組短路，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電樞繞組短路，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If，記錄不同，記錄不同If 時(shí)的電樞繞組短路電流時(shí)的電樞繞組短路電流Ik ,直直到到Ik = 1.25IN左右。做出左右。做出U = 0時(shí)時(shí)I = f ( If )曲線曲線.分析：分析：短路時(shí)，由于

26、端電壓短路時(shí)，由于端電壓U = 0，所以電樞繞組的短路，所以電樞繞組的短路電流主要在電樞繞組內(nèi)阻抗限制，一般電樞繞組電樞遠(yuǎn)電流主要在電樞繞組內(nèi)阻抗限制，一般電樞繞組電樞遠(yuǎn)小于內(nèi)阻抗。所以，短路電流可以認(rèn)為是純感性的小于內(nèi)阻抗。所以，短路電流可以認(rèn)為是純感性的)(09000ddqjXEIIIIddqddaXIjXIjXIjRIUE0IEXd0電樞電流是純?nèi)ゴ判再|(zhì)的直軸電樞反應(yīng)電流。所以電樞電樞電流是純?nèi)ゴ判再|(zhì)的直軸電樞反應(yīng)電流。所以電樞磁路不飽和，短路特性接近于是一直線。磁路不飽和，短路特性接近于是一直線。 由于短路特性對(duì)應(yīng)磁路不飽和，所以求出的由于短路特性對(duì)應(yīng)磁路不飽和，所以求出的Xd亦為亦為

27、不飽和值，不飽和值，Eo也應(yīng)查空載特性的氣隙線。也應(yīng)查空載特性的氣隙線。Eo,IEoO If IfI氣隙線氣隙線空載特性空載特性短路特性短路特性sdXX 忽略漏阻抗壓降則電機(jī)的飽和程度決定于端電壓，忽略漏阻抗壓降則電機(jī)的飽和程度決定于端電壓，不同的飽和程度有不同的不同的飽和程度有不同的Xd飽和值，通常用對(duì)應(yīng)額定電飽和值，通常用對(duì)應(yīng)額定電壓時(shí)的壓時(shí)的Xd作為其飽和值。從空載特性曲線查出對(duì)應(yīng)的短作為其飽和值。從空載特性曲線查出對(duì)應(yīng)的短路電流路電流 。I氣隙線氣隙線空載特性空載特性短路特性短路特性Eo,INUIN IO Ifo Ifk If對(duì)于隱極電機(jī)：6.7 同步電機(jī)的運(yùn)行特性同步電機(jī)的運(yùn)行特性

28、同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括外特性，調(diào)整特性同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括外特性，調(diào)整特性和效率特性，從這些特性可以確定發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率，和效率特性，從這些特性可以確定發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率，額定勵(lì)磁電流和額定效率。額定勵(lì)磁電流和額定效率。1、外特性、外特性 = 常數(shù)，常數(shù)， = 常數(shù)時(shí)常數(shù)時(shí)U = f ( I )關(guān)系，稱為外特關(guān)系，稱為外特性。性。fsInn cos8 . 0cos超前O IN IUNU8 . 0cos滯后1cos 感性和阻性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載電流增加端電壓將減感性和阻性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載電流增加端電壓將減小，外特性曲線是下降的。這是因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)的去磁小，外特性曲線是下降的。這是因?yàn)殡姌?/p>

29、反應(yīng)的去磁和漏阻抗壓降所引起的。在容性負(fù)載時(shí)，由于電樞反和漏阻抗壓降所引起的。在容性負(fù)載時(shí)，由于電樞反應(yīng)的增磁作用，外特性可能是上升的。應(yīng)的增磁作用，外特性可能是上升的。為說(shuō)明端電壓的變化，引入電壓調(diào)整率：為說(shuō)明端電壓的變化，引入電壓調(diào)整率：%1000NNUUEufNfII 電機(jī)從額定運(yùn)行狀態(tài)卸去負(fù)載過(guò)渡到空載狀態(tài)時(shí)電機(jī)從額定運(yùn)行狀態(tài)卸去負(fù)載過(guò)渡到空載狀態(tài)時(shí)端電壓的升高值與額定值之比的百分值。端電壓的升高值與額定值之比的百分值。凸極機(jī)：凸極機(jī)：%30%18u隱極機(jī)：隱極機(jī)：%48%30u8 . 0cos超前滯后8 . 0cos,NNUUO IN IIfIfN1cos2、調(diào)整特性、調(diào)整特性 =

30、常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，If = f ( I )關(guān)系稱為調(diào)整關(guān)系稱為調(diào)整特性特性cosNsUUnn汽輪發(fā)電機(jī)：汽輪發(fā)電機(jī)：1112%100PPPPP%100)1 (211pPpPPP%5 .98%96%8 .97%943、效率特性、效率特性由于由于:所以電機(jī)的效率決定于電機(jī)的損耗。所以電機(jī)的效率決定于電機(jī)的損耗。Fepcuapcufpp同步電機(jī)基本損耗有：基本鐵耗同步電機(jī)基本損耗有：基本鐵耗 ，電樞基本銅耗，電樞基本銅耗 勵(lì)磁繞組損耗勵(lì)磁繞組損耗 和機(jī)械損耗和機(jī)械損耗 。大型水輪發(fā)電機(jī)大型水輪發(fā)電機(jī) ：6.8 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行 現(xiàn)代電力系統(tǒng)通?？偸怯稍S多發(fā)電廠并聯(lián)組

31、成。每現(xiàn)代電力系統(tǒng)通?？偸怯稍S多發(fā)電廠并聯(lián)組成。每個(gè)發(fā)電廠又有多臺(tái)發(fā)電機(jī)在一起并聯(lián)運(yùn)行。個(gè)發(fā)電廠又有多臺(tái)發(fā)電機(jī)在一起并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：1）可以提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。）可以提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。 2）可以合理利用動(dòng)力資源。）可以合理利用動(dòng)力資源。3）可以減少電機(jī)的備用臺(tái)數(shù)，提高電網(wǎng)供電的可靠性。）可以減少電機(jī)的備用臺(tái)數(shù)，提高電網(wǎng)供電的可靠性。投入并聯(lián)的條件：投入并聯(lián)的條件： 為了避免電機(jī)和電網(wǎng)之間產(chǎn)生電流沖擊，投入并聯(lián)為了避免電機(jī)和電網(wǎng)之間產(chǎn)生電流沖擊，投入并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足的條件為：的同步發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足的條件為：u1）發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序一致。）發(fā)電機(jī)的相

32、序與電網(wǎng)的相序一致。u2）發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電壓頻率與電網(wǎng)的電壓頻率相同。）發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電壓頻率與電網(wǎng)的電壓頻率相同。u3）發(fā)電機(jī)所發(fā)出電壓與電網(wǎng)電壓大小相等，相位相同。）發(fā)電機(jī)所發(fā)出電壓與電網(wǎng)電壓大小相等，相位相同。上述三條件中，第一個(gè)條件是應(yīng)絕對(duì)滿足的。上述三條件中，第一個(gè)條件是應(yīng)絕對(duì)滿足的。 上述三條件，若有一個(gè)不滿足，則會(huì)在發(fā)電機(jī)和電上述三條件，若有一個(gè)不滿足，則會(huì)在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間引起電流、功率和轉(zhuǎn)矩的沖擊。網(wǎng)之間引起電流、功率和轉(zhuǎn)矩的沖擊。 若相序不同，則對(duì)應(yīng)調(diào)發(fā)電機(jī)三個(gè)出線中的任意若相序不同，則對(duì)應(yīng)調(diào)發(fā)電機(jī)三個(gè)出線中的任意兩個(gè)，若頻率不同，則對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，若電兩個(gè)，若頻率不

33、同，則對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，若電壓不同，則應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（電網(wǎng)為壓不同，則應(yīng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。（電網(wǎng)為無(wú)窮大電網(wǎng)無(wú)窮大電網(wǎng) U = 常數(shù)常數(shù)f = 常數(shù)）常數(shù)） 投入并聯(lián)的方法：投入并聯(lián)的方法：為了投入并聯(lián)運(yùn)行而進(jìn)行的調(diào)節(jié)為了投入并聯(lián)運(yùn)行而進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程稱為整步過(guò)程，實(shí)用的整步方法有兩種，一和操作過(guò)程稱為整步過(guò)程，實(shí)用的整步方法有兩種，一種叫種叫，一種叫，一種叫。 若將發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全滿足并網(wǎng)條件而投入電網(wǎng)，若將發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全滿足并網(wǎng)條件而投入電網(wǎng)，稱為準(zhǔn)確整步。常采用同步指示器。同步指示器有三個(gè)稱為準(zhǔn)確整步。常采用同步指示器。同步指示器有三個(gè)同步指示燈組成，它們

34、可以有兩種接法。同步指示燈組成，它們可以有兩種接法。1、直接接法、直接接法將三組指示燈分別接于將三組指示燈分別接于 和和 之間。之間。AABBCC當(dāng)三組燈同時(shí)亮，同時(shí)滅表明相序一致，否則對(duì)調(diào)發(fā)電當(dāng)三組燈同時(shí)亮，同時(shí)滅表明相序一致，否則對(duì)調(diào)發(fā)電機(jī)出線端任意兩頭；機(jī)出線端任意兩頭；當(dāng)三組燈光亮滅變化閃爍越慢時(shí)當(dāng)三組燈光亮滅變化閃爍越慢時(shí) 與與 越接近。越接近。ff當(dāng)不閃爍時(shí)當(dāng)不閃爍時(shí) = ；否則調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；否則調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；ff 圖6-35直接接法的接線和向量圖a)接線圖 b)向量圖 同理，也可以如圖同理，也可以如圖6-36a)所示接線。相序正確時(shí)，三所示接線。相序正確時(shí)，三組指示燈燈光

35、交替變暗。燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象（相序不正確時(shí)，組指示燈燈光交替變暗。燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象（相序不正確時(shí)，三組指示燈同時(shí)亮滅），調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光不再三組指示燈同時(shí)亮滅），調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光不再旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)電壓大小，當(dāng)直接跨接燈熄滅時(shí)，旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)電壓大小，當(dāng)直接跨接燈熄滅時(shí)，電壓表讀數(shù)為零時(shí)，表明電壓大小相等，相位相同，滿電壓表讀數(shù)為零時(shí)，表明電壓大小相等，相位相同，滿足投入并聯(lián)條件，合閘并網(wǎng)。稱此法為亮燈法。足投入并聯(lián)條件，合閘并網(wǎng)。稱此法為亮燈法。準(zhǔn)確同步法并網(wǎng)，電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間無(wú)電流沖擊，但手準(zhǔn)確同步法并網(wǎng)，電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間無(wú)電流沖擊，但手續(xù)較復(fù)雜，不適合于發(fā)生故障時(shí)要求發(fā)電機(jī)迅

36、速投入電續(xù)較復(fù)雜，不適合于發(fā)生故障時(shí)要求發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)的情況。此時(shí)可采用自整步法。網(wǎng)的情況。此時(shí)可采用自整步法。 自整步法的原理如圖所示。自整步法的優(yōu)點(diǎn)是：投入自整步法的原理如圖所示。自整步法的優(yōu)點(diǎn)是：投入迅速，不需增添復(fù)雜的裝置，缺點(diǎn)是會(huì)在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)迅速，不需增添復(fù)雜的裝置，缺點(diǎn)是會(huì)在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間引起較大的電流沖擊。之間引起較大的電流沖擊。 NSnsn限流電阻NSnsnSoNoIf勵(lì)磁電源忽略電樞電阻忽略電樞電阻Ra 0)cos(cos02mUImUIPPesincossinsincoscos00dqemUImUImUIP功角特性功角特性 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)激磁電動(dòng)勢(shì)當(dāng)同步發(fā)電機(jī)激磁電動(dòng)

37、勢(shì)Eo和端電壓和端電壓U保持不變時(shí)，保持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功角發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功角 之間的關(guān)系之間的關(guān)系Pe = f ( )稱為功角特性。功角特性是同步電機(jī)的基本特性之一。稱為功角特性。功角特性是同步電機(jī)的基本特性之一。其中：其中：ddXUEIcos0cos0UEXIddqqXUIsinsinUXIqq將式代入式則得：將式代入式則得：21202sin)11(2sineedqdePPXXUmXUEmPsin01deXUEmP稱為基本電磁功率稱為基本電磁功率2sin)11(222dqeXXUmP稱為附加電磁功率稱為附加電磁功率附加電磁功率與勵(lì)磁無(wú)關(guān)，它是由附加電磁功率與勵(lì)磁無(wú)關(guān)，

38、它是由 起的，所以亦起的，所以亦稱為磁阻功率。稱為磁阻功率。qdXX 隱極同步發(fā)電機(jī)：隱極同步發(fā)電機(jī)：Xd = Xq = Xs 附加電磁功率為零。附加電磁功率為零。sin0seXUmEP 功角特性為正弦型函數(shù)。功角特性為正弦型函數(shù)。 是發(fā)電機(jī)狀態(tài)是發(fā)電機(jī)狀態(tài) ， 是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。出現(xiàn)最大電磁功率出現(xiàn)最大電磁功率 。180001809045凸極同步發(fā)電機(jī)凸極同步發(fā)電機(jī): 圖6-39 隱極同步電機(jī)的功角特性功率角的含義：功率角的含義：功率角功率角 是時(shí)間向量是時(shí)間向量 和和 之間的相角差。之間的相角差。0EU可以近似認(rèn)為功率角可以近似認(rèn)為功率角 是主磁場(chǎng)是主磁場(chǎng)Bo與電樞和成與電樞和成

39、磁場(chǎng)磁場(chǎng)Bu之間的空間相角差。之間的空間相角差。BoBuoEUSNNoSo 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，Bo超前于超前于Bu同步電機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同步電機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行。 時(shí)時(shí)Bu超前超前Bo，電機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。，電機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。0000UE02emPP三、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定三、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定1、有功功率調(diào)節(jié)、有功功率調(diào)節(jié) 并聯(lián)與無(wú)窮大電網(wǎng)（恒頻、恒壓）的同步發(fā)電機(jī)，開(kāi)并聯(lián)與無(wú)窮大電網(wǎng)（恒頻、恒壓）的同步發(fā)電機(jī)，開(kāi)始投入并聯(lián)時(shí)，始投入并聯(lián)時(shí)，發(fā)電機(jī)空載，發(fā)電機(jī)空載， T1 = To，由能量守恒原理，當(dāng)欲增大輸出有功功率，則應(yīng)增加發(fā)由能量守恒原理，當(dāng)欲增大輸出有功功率，則應(yīng)增加發(fā)電機(jī)輸入功率電

40、機(jī)輸入功率.要增加同步發(fā)電機(jī)的輸出功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功要增加同步發(fā)電機(jī)的輸出功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率，使率，使 角增大。當(dāng)角增大。當(dāng) 時(shí)，時(shí)，Pe達(dá)到最大達(dá)到最大90seXUEmP0(max) 與電網(wǎng)并聯(lián)。在某一工作點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，與電網(wǎng)并聯(lián)。在某一工作點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)受到外界微小擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)消失后，電機(jī)能否恢復(fù)到當(dāng)受到外界微小擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)消失后，電機(jī)能否恢復(fù)到原先的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。此問(wèn)題稱為靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，若能原先的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。此問(wèn)題稱為靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，若能則是穩(wěn)定的。若不能，則是不穩(wěn)定的。則是穩(wěn)定的。若不能，則是不穩(wěn)定的。2、靜態(tài)穩(wěn)定、靜態(tài)穩(wěn)定NNsseNepX

41、UEmXUmEPPksin1sin00max0 . 26 . 1pk為使同步發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，應(yīng)使最大電磁功率比為使同步發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，應(yīng)使最大電磁功率比額定功率大的多，額定功率大的多，Kp稱為過(guò)載能力：稱為過(guò)載能力：cos0seXUnEddP隱極機(jī)：隱極機(jī)：ddPe0ddPe整步功率系數(shù)整步功率系數(shù):電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行條件：電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行條件：0ddPe 是電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的極限。是電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的極限。隱極同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行范圍：隱極同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行范圍：09004030N四、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)四、無(wú)功功率的調(diào)節(jié) 與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)，不僅要向電網(wǎng)輸與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)，

42、不僅要向電網(wǎng)輸有功，還需要向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率，經(jīng)前分析可知，調(diào)有功，還需要向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率，經(jīng)前分析可知，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，可以調(diào)節(jié)電機(jī)輸出的無(wú)功功率。（調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，可以調(diào)節(jié)電機(jī)輸出的無(wú)功功率。（調(diào)勵(lì)磁調(diào)無(wú)功）勵(lì)磁調(diào)無(wú)功）常值常值cossin20mUIPXUEmPse保持有功不變調(diào)無(wú)功保持有功不變調(diào)無(wú)功，即：，即：常數(shù)常數(shù)cossin0IE當(dāng)當(dāng) 時(shí)電機(jī)輸出無(wú)功為零。對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁稱為時(shí)電機(jī)輸出無(wú)功為零。對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁稱為“正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁” II1cos由上可知：由上可知： 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不但可以改變同步發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不但可以改變同步發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率的大小，而且可以改變輸出無(wú)功的

43、性質(zhì)，率的大小，而且可以改變輸出無(wú)功的性質(zhì)，“過(guò)勵(lì)過(guò)勵(lì)”時(shí)時(shí)電機(jī)輸出感性無(wú)功，電機(jī)輸出感性無(wú)功，“欠勵(lì)欠勵(lì)”時(shí)，電機(jī)輸出容性無(wú)功。時(shí)，電機(jī)輸出容性無(wú)功。 若從若從“正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁”使使 減小，減小， ，電機(jī)欠勵(lì)，電機(jī)欠勵(lì)，Eo減小，減小， 由圖可見(jiàn)此時(shí)電機(jī)輸出有功不變，同時(shí)向外輸出容性無(wú)功，由圖可見(jiàn)此時(shí)電機(jī)輸出有功不變，同時(shí)向外輸出容性無(wú)功，但但 減小的極限值為減小的極限值為 這點(diǎn)也可由磁動(dòng)勢(shì)平衡來(lái)解釋。這點(diǎn)也可由磁動(dòng)勢(shì)平衡來(lái)解釋。fIffII 00 IIEEfI 0E6.9 同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī) 用于轉(zhuǎn)速不需調(diào)節(jié)的拖動(dòng)場(chǎng)合，可以改善功率因數(shù)。用于轉(zhuǎn)速不需調(diào)節(jié)的拖動(dòng)場(chǎng)

44、合，可以改善功率因數(shù)。常用于恒速負(fù)載及需要改善功率因數(shù)的場(chǎng)合。常用于恒速負(fù)載及需要改善功率因數(shù)的場(chǎng)合。 對(duì)于隱極電動(dòng)機(jī)的對(duì)于隱極電動(dòng)機(jī)的 等效電路等效電路,由此可得隱極機(jī)的電壓由此可得隱極機(jī)的電壓方程：（此稱為電動(dòng)機(jī)慣例）方程：（此稱為電動(dòng)機(jī)慣例）sMaMXIjRIEU0采用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)，凸極同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程為：采用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)，凸極同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程為：qqMddMaMXI jXI jRIEU0分別是定子電流的直軸和交軸分量。分別是定子電流的直軸和交軸分量。qMdMII,0EMI0EMI0EI0EI 在分析電樞反應(yīng)性質(zhì)時(shí)，在分析電樞反應(yīng)性質(zhì)時(shí)，若采用發(fā)電機(jī)慣例，若采用發(fā)電機(jī)慣例，則則

45、滯后于滯后于 時(shí)電樞反應(yīng)為去磁；時(shí)電樞反應(yīng)為去磁； 超前于超前于 時(shí)，電樞反應(yīng)時(shí)，電樞反應(yīng)為增磁作用。為增磁作用。 若采用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)，若采用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)， 滯后于滯后于 為增磁作用，為增磁作用， 超前于超前于 時(shí)為去磁作用。時(shí)為去磁作用。按發(fā)電機(jī)慣例導(dǎo)出的功角特性為：按發(fā)電機(jī)慣例導(dǎo)出的功角特性為：2sin)11(2sin20dqdeXXmUXmEP改用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)改用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)Pe為輸入電磁功率，則功角特性的表為輸入電磁功率，則功角特性的表達(dá)式為：達(dá)式為：MdqMdeXXUmXUmEP2sin)11(2sin20MdqsMdseXXmUXUEmT2sin)11(2sin2021PPpPPp

46、PFeeecua電磁功率從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能：電磁功率從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能：同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的，所以，功率平衡：同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的，所以，功率平衡：轉(zhuǎn)矩方程：轉(zhuǎn)矩方程：20TTTe運(yùn)行特性包括工作特性和運(yùn)行特性包括工作特性和 V形曲線形曲線1、工作特性、工作特性工作特性是指定子電壓工作特性是指定子電壓 ，勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流 時(shí)，時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流、效率、功率因數(shù)與輸出功率之間電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流、效率、功率因數(shù)與輸出功率之間的關(guān)系。的關(guān)系。fNfIINUU 即：即：)(,2pfITmeTeToIo0 0.25 0.5 0.75 1.0 2PIm,TeIM2、V形曲線形

47、曲線 V形曲線是指形曲線是指 ，Pe = 常數(shù)時(shí)，電樞電流與勵(lì)電常數(shù)時(shí)，電樞電流與勵(lì)電流之間關(guān)系流之間關(guān)系Im = f ( If )NUU 當(dāng)增大或減小勵(lì)磁電流時(shí)，當(dāng)增大或減小勵(lì)磁電流時(shí)，Im都將增大，所以有都將增大，所以有V形曲形曲線，如圖線，如圖6-51所示所示,調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)勵(lì)磁可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功電流和功率因數(shù)電流和功率因數(shù)0 正常勵(lì)磁 If滯后超前欠勵(lì)穩(wěn)定極限IM1cos MPePePe=0 若將同步電動(dòng)機(jī)定子直接投入電網(wǎng)，同步電動(dòng)機(jī)平若將同步電動(dòng)機(jī)定子直接投入電網(wǎng)，同步電動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)不能自起動(dòng)，通常采用的起動(dòng)方法有：均轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)不能自起動(dòng)，通

48、常采用的起動(dòng)方法有：過(guò)勵(lì)321 同步發(fā)電機(jī)有時(shí)運(yùn)行在不對(duì)稱的狀態(tài)下，不對(duì)成運(yùn)同步發(fā)電機(jī)有時(shí)運(yùn)行在不對(duì)稱的狀態(tài)下，不對(duì)成運(yùn)行下的基本分析方法為：對(duì)稱分量法。行下的基本分析方法為：對(duì)稱分量法。 任何一組不對(duì)稱的三相電壓（電流、磁通），總可任何一組不對(duì)稱的三相電壓（電流、磁通），總可以分解為正序、負(fù)序和零序三組對(duì)稱電壓（電流、磁通）以分解為正序、負(fù)序和零序三組對(duì)稱電壓（電流、磁通）之和，稱后者為原有量的對(duì)稱分量。這種分解結(jié)果是唯之和，稱后者為原有量的對(duì)稱分量。這種分解結(jié)果是唯一的。一的。000CCCCBBBBAAAAUUUUUUUUUUUU正序正序 負(fù)序負(fù)序 零序零序 以電壓為例：以電壓為例：由于：由于：CBAUUU-為正序分量為正序分量則：則：ACABUaUUaU2同理：同理：0002CABACABUUUUaUUaU00UUUUUUAAA設(shè)：設(shè)：則：則：02020UUaUaUUUaUaUUUUUCBA其中：其中：012120aaeajCBACBACBAUUUUUaUaUUUaUaUU313131022 若電機(jī)對(duì)稱，磁路線形。則用三組對(duì)稱分量（正若電機(jī)對(duì)稱，磁路線形。則用三組對(duì)稱分量（正序、負(fù)序和零序分量）作用于電機(jī)，作用結(jié)