第5章同步電機(jī)

1、電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng) 2 下一章下一章 上一章上一章 返回主頁(yè)返回主頁(yè) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 3定子鐵心：定子鐵心： 用用 0.5 mm 厚的硅鋼片疊成。厚的硅鋼片疊成。 定子繞組定子繞組 (電樞繞組電樞繞組)：三相對(duì)稱繞組。：三相對(duì)稱繞組。 機(jī)座和端蓋等機(jī)座和端蓋等 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 (電樞繞組電樞繞組) 阻尼繞組阻尼繞組轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸阻尼繞組阻尼繞組第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 4 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子鐵心用整塊的具有良好導(dǎo)磁性轉(zhuǎn)子鐵心用整塊的具有良好導(dǎo)磁性 的高強(qiáng)度合金鋼鍛成。的高強(qiáng)度合金鋼鍛成。 隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度高。隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度高。 NS第

2、第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 5 隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 6燃燃燒燒室室燃燃料料鍋爐的鍋爐的爐膛爐膛循環(huán)水循環(huán)水汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)3 600 r/min升壓變升壓變壓器壓器超熱高壓蒸汽超熱高壓蒸汽電能輸出電能輸出 汽輪發(fā)電機(jī)組示意圖汽輪發(fā)電機(jī)組示意圖 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 7 熱電廠熱電廠1 煤傳送帶煤傳送帶2 加煤機(jī)加煤機(jī)3 粉碎機(jī)粉碎機(jī)4 鍋爐鍋爐5 煤渣煤渣6 空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器 7 靜電除塵靜電除塵8 煙囪煙囪9 汽輪機(jī)汽輪機(jī)10 冷凝器冷凝器11變壓器變壓器12 冷卻塔冷卻塔13 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)14 輸電線

3、輸電線第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 8 火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 9 大型汽輪發(fā)電機(jī)定子大型汽輪發(fā)電機(jī)定子 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 10 凸極式同步電機(jī)凸極式同步電機(jī) 的轉(zhuǎn)子與磁極沖片的轉(zhuǎn)子與磁極沖片 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子鐵心由 1 1.5 mm 厚的鋼板沖成磁極沖片，厚的鋼板沖成磁極沖片， 用鉚釘裝成一體的。用鉚釘裝成一體的。 粗而短的圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度稍差。粗而短的圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度稍差。第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 11 凸極式同步電機(jī)凸極式同步電機(jī) 在低速水輪發(fā)電機(jī)中，定子鐵心的外徑和長(zhǎng)度之比在低速水輪發(fā)電機(jī)中，定

4、子鐵心的外徑和長(zhǎng)度之比 可達(dá)可達(dá)5 7或更大結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度高?；蚋蠼Y(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度高。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 12 小浪底電站水輪機(jī)組安裝小浪底電站水輪機(jī)組安裝 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 13 三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 14 三峽水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝三峽水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 15 105 MW卡普蘭式水輪發(fā)電機(jī)分瓣定子卡普蘭式水輪發(fā)電機(jī)分瓣定子 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 16 三峽水輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座三峽水輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 17 水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電

5、機(jī) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 18 葛洲壩葛洲壩 170 MW 水輪發(fā)電機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組 更多圖片更多圖片 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 19 電刷電刷 集電環(huán)集電環(huán) 勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組。 勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)整流整流直流電直流電 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)整流整流直流電直流電勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組。 大型同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流可達(dá)數(shù)千安。大型同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流可達(dá)數(shù)千安。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 20 能量轉(zhuǎn)換的方式不同：能量轉(zhuǎn)換的方式不同： 同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。 旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極

6、式。旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式。 旋轉(zhuǎn)磁極式：隱極式、凸極式。旋轉(zhuǎn)磁極式：隱極式、凸極式。 安裝方式：臥式、立式。安裝方式：臥式、立式。 空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻和混合冷卻等?？諝饫鋮s、氫氣冷卻、水冷卻和混合冷卻等。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 21NS+3 3 +NS 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 水輪機(jī)水輪機(jī) 勵(lì)勵(lì)磁磁機(jī)機(jī)發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)汽汽輪輪機(jī)機(jī) 凸極式凸極式 隱極式隱極式 立式立式 臥式臥式 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 221. 額定容量額定容量 SN 或額定功率或額定功率 PN 2. 額定電壓額定電壓 UN 3. 額定電流額定電流 IN 4. 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) co

7、s N 5. 額定頻率額定頻率 fN 6. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN三相同步發(fā)電機(jī)：三相同步發(fā)電機(jī)：三相同步電動(dòng)機(jī)：三相同步電動(dòng)機(jī)： PN = 3 UNIN cos NPN = 3 UNIN cos N N第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 23勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) F0 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的 F0 和和 0 勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì) E0 原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī) 電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0 的頻率：的頻率： f1 =pn60如果如果 f1 = 50Hz，則則 pn = 3 000 V1V2W2W1U1U2NS+UfIf定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 第第5章章 同同 步步 電電

8、機(jī)機(jī) 24 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 同步同步 60 f1pn = n0 = V1V2W2W1U1U2NS+UfIf電樞三相電樞三相 交流電流交流電流 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) Fa 和和 a 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 F0 和和 0 Te n 相互作用相互作用 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 25 電樞電流電樞電流 I1為零或者很小，為零或者很小，F(xiàn)a = 0。 氣隙磁動(dòng)勢(shì)氣隙磁動(dòng)勢(shì) F = F0 。 轉(zhuǎn)子每極磁通：轉(zhuǎn)子每極磁通：0 勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)：勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)： E0 = 4.44 f1 kw1 N10 E0 = j4.44 f1 kw1 N1 0 空載特性空載特性 E0 = f (If) O E0/ 0 If /F0

9、 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 26 電樞電流電樞電流 I1 產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) Fa 。 氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) F = F0Fa（與空載時(shí)不同）。（與空載時(shí)不同）。 電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)： Fa 對(duì)對(duì) F 的影響。的影響。 I1 與與E0 的相位關(guān)系決定了電樞反應(yīng)的性質(zhì)。的相位關(guān)系決定了電樞反應(yīng)的性質(zhì)。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 27 F F I1 0 F F0 F FaE0 F F0F FaN S n1 U1 U2 V2 V1 W1 W2 a) 磁動(dòng)勢(shì)矢量磁動(dòng)勢(shì)矢量 b) 相矢量圖相矢量圖 i1 產(chǎn)生的是交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)：產(chǎn)生的是交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)： F

10、Fa = F Faq 。 F Faq 產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)。產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)。直直 軸軸 交交 軸軸 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 28 I1 0 F F0 F FaE0 F F0F FaN S n1 U1 U2 V2 V1 W1 W2 (a) 磁動(dòng)勢(shì)矢量磁動(dòng)勢(shì)矢量 (b) 相矢量圖相矢量圖 i1 產(chǎn)生的是直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)：產(chǎn)生的是直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)： F Fa = F Fad 。 F Fad 產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)（去磁性）。產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)（去磁性）。 直直 軸軸 交交 軸軸 N S n1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 29 I1 0 F F0 F FaE0 F F0F FaN S n1 U1

11、 U2 V2 V1 W1 W2 (a) 磁動(dòng)勢(shì)矢量磁動(dòng)勢(shì)矢量 (b) 相矢量圖相矢量圖 i1 產(chǎn)生的電樞磁動(dòng)勢(shì)：產(chǎn)生的電樞磁動(dòng)勢(shì)： F Fa = F FadF Faq 。 F Fa 同時(shí)產(chǎn)生交、直軸電樞反應(yīng)。同時(shí)產(chǎn)生交、直軸電樞反應(yīng)。直直 軸軸 交交 軸軸 N S n1 F FadF Faq F F 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 30 結(jié)論（對(duì)于同步發(fā)電機(jī)）：結(jié)論（對(duì)于同步發(fā)電機(jī)）： 交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，F(xiàn) F0 始終始終 超前于超前于 F F，即主極磁場(chǎng)超前于氣隙合成磁場(chǎng)，即主極磁場(chǎng)超前于氣隙合成磁場(chǎng)， 使主磁極始終受到一個(gè)制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩

12、使主磁極始終受到一個(gè)制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩 的作用，原動(dòng)機(jī)克服該制動(dòng)轉(zhuǎn)矩做功，從而的作用，原動(dòng)機(jī)克服該制動(dòng)轉(zhuǎn)矩做功，從而 實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。 直軸電樞反應(yīng)產(chǎn)生去磁或增磁作用，對(duì)同步直軸電樞反應(yīng)產(chǎn)生去磁或增磁作用，對(duì)同步 電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 31NSSNn0n0理想空載理想空載（補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行）（補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行） SNn0NSn0發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行NSSNn0n0電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率角功率角 同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)取決于轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)與氣同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)取決于轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)與氣 隙合成磁場(chǎng)的相對(duì)位置。隙合成磁

13、場(chǎng)的相對(duì)位置。 功率角功率角 的大小的大小決定了決定了轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換功率的大小。功率的大小。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 32Uf If F0 隱極同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系隱極同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系(不計(jì)磁路飽和不計(jì)磁路飽和) ： U1 I1Fa 0 a E0 Ea E1 R1I1 E E1 = E0Ea U1 = E0EaE R1I1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 33 Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗。 U1 = E0(R1j X j Xa ) I1 U1 = E0(R1j Xs ) I1 Xs = XaX 同步電抗。同步電抗。 Ea =jXa I1 E =jX I1 因?yàn)橐驗(yàn)?Ea a

14、 Fa I1 ， Ea 滯后于滯后于a 90o ， 不計(jì)電樞鐵耗，不計(jì)電樞鐵耗，a 與與 I1 同相位。同相位。 則則 電樞漏電動(dòng)勢(shì)用電樞漏電抗電樞漏電動(dòng)勢(shì)用電樞漏電抗 X 表示：表示： 故有故有 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 34E R1 Xs I1 忽略忽略 R1，則，則 U1 = E0j XsI1 U1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 35U1I1 R1I1jXs I1E0 根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。 并設(shè)：并設(shè)： U1 = U1 0o ，負(fù)載為電感性。，負(fù)載為電感性。 a) 根據(jù)：根據(jù)： U1 = E0(R1j Xs ) I1

15、 說(shuō)明：說(shuō)明： 因?yàn)橐驗(yàn)?E0 超前于超前于 E1角，角， 而而 U1 = E1(R1j X ) I1E1 ， 所以所以 E0 超前于超前于 U1角。角。 U1I1jXs I1E0 b) 根據(jù)：根據(jù)： U1 = E0j Xs I1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 36 同步發(fā)電機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同步發(fā)電機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V1V2W2W1U1U2NSF0FaFF0電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0F電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E1E0 在時(shí)間上的相位超前于在時(shí)間上的相位超前于 E1角角F0 在空間上在空間上 超前于超前于F角角 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 37 【

16、例例5-1】 一臺(tái)星形聯(lián)結(jié)的三相汽輪發(fā)電機(jī)，已知一臺(tái)星形聯(lián)結(jié)的三相汽輪發(fā)電機(jī)，已知 PN = 25000 kW，UN = 10.5 kV，Xs = 7.5 ，cos N = 0.8 ( N0)， E0 = 7.5 kV，R1 可忽略不計(jì)。試計(jì)算該發(fā)電機(jī)在每相負(fù)載可忽略不計(jì)。試計(jì)算該發(fā)電機(jī)在每相負(fù)載 為下述幾種情況時(shí)的電樞電流和內(nèi)功率因數(shù)角，并說(shuō)明電為下述幾種情況時(shí)的電樞電流和內(nèi)功率因數(shù)角，并說(shuō)明電 樞反應(yīng)的性質(zhì)。樞反應(yīng)的性質(zhì)。(1) 純電阻性負(fù)載純電阻性負(fù)載 RL = 7.5 ； (2) 純電感純電感 性負(fù)載性負(fù)載 XL = 7.5 ；(3) 電容性負(fù)載，電容性負(fù)載，ZL =（6j12） 。

17、(1) 純電阻性負(fù)載時(shí)純電阻性負(fù)載時(shí) 設(shè)參考相量設(shè)參考相量 E0 = 7.5103 0o V 解：解： I1 = = A = 707 45o A E0 RLjXs 7.5103 0o 7.5j7.5 即即 I1 = 707 A， =45o 。 電樞反應(yīng)有交磁和直軸去磁兩種作用。電樞反應(yīng)有交磁和直軸去磁兩種作用。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 38(2) 純電感性負(fù)載時(shí)純電感性負(fù)載時(shí) I1 = = A = 500 90o A E0 jRLjXs 7.5103 0o j7.5j7.5 即即 I1 = 500 A， =90o 。 電樞反應(yīng)只有直軸去磁作用。電樞反應(yīng)只有直軸去磁作用。 (3) 電

18、容性負(fù)載時(shí)電容性負(fù)載時(shí) I1 = = A = 1000 36.87o A E0 (RLjXL) jXs 7.5103 0o (6j12)j7.5 即即 I1 = 1000 A， = 36.87o 。 電樞反應(yīng)有交軸和直軸增磁兩種作用。電樞反應(yīng)有交軸和直軸增磁兩種作用。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 39 凸極電機(jī)的特點(diǎn)：凸極電機(jī)的特點(diǎn)： (1) 氣隙不均勻。極面下的直軸位置氣隙小，磁阻??；氣隙不均勻。極面下的直軸位置氣隙小，磁阻??； 兩極之間的交軸位置氣隙大，磁阻大。兩極之間的交軸位置氣隙大，磁阻大。 (2) Fa 作用在不同位置作用在不同位置，產(chǎn)生不同的產(chǎn)生不同的 a ，對(duì)應(yīng)不同的，對(duì)

19、應(yīng)不同的 Xa 。 忽略磁路飽和的影響，忽略磁路飽和的影響， 可以應(yīng)用疊加定理：可以應(yīng)用疊加定理： V1V2W2 W1U1U2 NSFaFa直軸直軸交交軸軸F0F F0 F Fa F Faq F Fad F Fa = F FadF Faq 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 40直軸分量：直軸分量：Id = I1 sin 交軸分量：交軸分量：Iq = I1 cos I1 = IdIq 雙反應(yīng)理論：雙反應(yīng)理論： 電樞反應(yīng)分解成直軸電樞反應(yīng)和交軸電樞反電樞反應(yīng)分解成直軸電樞反應(yīng)和交軸電樞反 應(yīng)的方法。應(yīng)的方法。 同理，將同理，將 I1 分解為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的分量：分解為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的分量： E0 I1 Iq

20、 Id 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 41If F0 凸極同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系凸極同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系(不計(jì)磁路飽和不計(jì)磁路飽和) ： I1Fa ad E0 Ea E1 R1I1 E Fad Faqaq Ea 0 E1 = E0EadEaq U1 = E0EadEaq E R1I1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 42因此有如下關(guān)系因此有如下關(guān)系 Ead =jXad Id ， E =j X I1 Eaq =jXaq Iq ， Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗。直軸電樞反應(yīng)電抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗。交軸電樞反應(yīng)電抗。 X 電樞漏電抗。電樞漏電抗。U1 = E0jXad IdjXaq I

21、qjX I1 R1I1 = E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 因?yàn)橐驗(yàn)?Ead ad Fad Id Eaq aq Faq Iq E Fa I1 U1 = E0jXd IdjXq IqR1I1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 43 Xd = Xad + X 直軸同步電抗。直軸同步電抗。 Xq = Xaq + X 交軸同步電抗。交軸同步電抗。忽略忽略 R1，則有，則有 U1 = E0jXd IdjXq IqR1I1 U1 = E0jXd IdjXq Iq 設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)：設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)： EQ = E0j (XdXq ) Id 由相量圖可知：由相量圖可知： EQ 與與

22、E0同相位。同相位。 E0 I1 Iq Id 0 E0 I1 Iq Id 0 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 44變換電壓方程：變換電壓方程： U1 = E0jXd IdjXq IqR1I1 j(XdXq) Id j(XdXq) Id U1 = EQjXq I1R1I1 忽略忽略 R1，則，則U1 = EQj Xq I1 EQ R1 Xq I1 U1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 45U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ jXdId E0 jXqIq U1 I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIq 根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。 并

23、設(shè)：并設(shè)： U1 = U1 0o ，負(fù)載為電感性。，負(fù)載為電感性。 a) 根據(jù)：根據(jù)： U1 = EQ(R1j Xq)I1 b) 根據(jù)：根據(jù)： U1 = E0j XqI1 U1sin XqI1 U1cos R1I1tan = 由相量圖的幾何關(guān)系得：由相量圖的幾何關(guān)系得： ( 為負(fù)載的功率因數(shù)角，為負(fù)載的功率因數(shù)角， 計(jì)算時(shí)取絕對(duì)值計(jì)算時(shí)取絕對(duì)值) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 46 【例例 5-2】 一臺(tái)星形聯(lián)結(jié)的水輪發(fā)電機(jī)，其額定值為一臺(tái)星形聯(lián)結(jié)的水輪發(fā)電機(jī)，其額定值為PN = 72 500 kW，UN = 10.5 kV，cos N = 0.8（電感性），（電感性）， 其直軸和交軸同

24、步電抗的標(biāo)幺值為其直軸和交軸同步電抗的標(biāo)幺值為 Xd = 1.22，Xq = 0.68， 忽略電樞電阻忽略電樞電阻 R1。試計(jì)算該發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁。試計(jì)算該發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) E0、功率角、功率角 和內(nèi)功率因數(shù)角和內(nèi)功率因數(shù)角 。 U1 = = V = 6 062.2 V UN 310.5103 1.732 解：解：額定電樞相電壓、相電流和功率因數(shù)角分別為額定電樞相電壓、相電流和功率因數(shù)角分別為 I1 = = A = 4 983.1A PN 3 UN cos N 72 500103 1.73210.5103 0.8 N = arc cos 0.8 = 36.87o

25、* * 直軸和交軸同步電抗分別為直軸和交軸同步電抗分別為 Xd = Xd = 1.22 = 1.484 U1 I1 6 060.2 4 983.1 * 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 47 6 062.20.60.8274 983.1 6 062.20.8= 1.6 于是可得于是可得 N = arctan1.6 = 55.85o N =N N = 58o 36.87o = 21.13o再由相量圖得再由相量圖得 E0 = U1cos XdId = (6 062.2cos21.13o1.4844 983.1sin 58o )V = 11 925.86 Vtan = U1sin XqI1 U1c

26、os R1I1Xq = Xq = 0.68 = 0.827 U1 I1 6 060.2 4 983.1 * 由相量圖得由相量圖得 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 48 P1 = T1 1 P0 = PFePfwPadPe = P1P0PCu = 3R1I12 P2 = PePCu = 3U1I1cos P1 = P0Pe = PFePfwPadPCuP2 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 49P1P0PePCuP2 = 100% % P2P1Pe = P2PCu = 3U1I1cos 3R1I12 = 3 (U1cos R1I1 ) I1 E0 cos = U1cos R1I1 U1I1

27、 R1I1jXs I1E0第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 50若忽略若忽略 R1，則，則 U1sin = XsI1cos 所以：所以： U1I1 R1I1jXs I1E0= 3E0 Iq 故故 Pe = 3E0 I1cos U1I1jXs I1E0 Pe = 3 sin U1E0Xs 同步發(fā)電機(jī)的功角特性：同步發(fā)電機(jī)的功角特性： 在在 n、If 和和 U1 為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)， Pe 與與 的關(guān)系的關(guān)系 Pe = f ( ) 。 如同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行如同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 510 Pe 90o PeM當(dāng)當(dāng) = 90o 時(shí)：時(shí)： Pe = 3 sin U1E

28、0XsPe = PeM = 3 U1E0 Xs U1 =E0(R1jXs ) I1 U1 =EQ(R1jXq ) I1 對(duì)比：對(duì)比： 可得：可得： Pe = 3EQ I1cos = 3EQ Iq 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 52或由相量圖得：或由相量圖得： U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ jXdId E0 jXqIq EQ cos = U1cos R1I1 若忽略若忽略 R1，則，則 U1sin = XqI1cos XdId = E0U1cos EQ = E0(XdXq) Id 整理，得整理，得U1 I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIq 1Xd3E0U1 Xd Pe =

29、 sin 1Xq ( ) sin2 3U1 2 2= Pe1 Pe2 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 53如果忽略如果忽略 R1，則有，則有 Pe = P1 = 3U1I1cos 凸極同步發(fā)電機(jī)電磁功率的一種推導(dǎo)方法：凸極同步發(fā)電機(jī)電磁功率的一種推導(dǎo)方法： 所以所以 U1sin Xq Iq = E0U1cos XdId = 3U1I1cos ( ) = 3U1I1cos cos 3U1I1sin sin = 3U1Iq cos 3U1Id sin U1 I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIq 因?yàn)橐驗(yàn)?Xq Iq = U1sin Xd Id = E0U1cos 故故 1Xd3E0U1

30、 Xd Pe = sin 1Xq ( ) sin2 3U1 2 2= Pe1 Pe2 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 54 討論：討論： 3U1E0Xd Pe1 = sin Pe1 E0 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即 If 0 時(shí)存在。時(shí)存在。 1XqPe2 = ( ) sin2 3U1221XdPe2 是由于是由于 Xd Xq 而引起的，而引起的， 與與 If 是否存在無(wú)關(guān)。是否存在無(wú)關(guān)。 0 Pe 90o PeMPe1 Pe2 結(jié)論：結(jié)論： Pe2 使使 PeM 。 PeM 產(chǎn)生在產(chǎn)生在90o 處。處。 功角特性不再是正弦波。功角特性不再是正弦波。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)

31、機(jī) 55T1 = P1 1 T0 = P0 1 Te = Pe 1 T1 = TeT0 = P1 n1602 = P0 n1602 = Pe n1602 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 56 同步發(fā)電機(jī)的矩角特性：同步發(fā)電機(jī)的矩角特性： 指在指在 n、If 和和 U1 為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，Te 與與 的關(guān)系的關(guān)系 Te = f ( ) 。 Te = sin ( ) sin2 1Xq3U1 2 1 1Xd3E0U1 Xd 1 2Te = 3 sin E0U1 Xs 1 隱極同步發(fā)電機(jī)的矩角特性：隱極同步發(fā)電機(jī)的矩角特性： 凸極同步發(fā)電機(jī)的矩角特性：凸極同步發(fā)電機(jī)的矩角特性： 矩角特性與功角特

32、性的變化規(guī)律相同。矩角特性與功角特性的變化規(guī)律相同。 Te1Te2第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 57 當(dāng)當(dāng) n = nN，If、cos = 常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，U1L 與與 I1L 的的 關(guān)系，即關(guān)系，即 U1L = f (I1L)。 O U1LI1Lcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNINv額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流 IfN 在在nN 、cos N時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié) If， 使使 I1L= IN、U1L = UN 時(shí)的時(shí)的 v 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 If = IfN。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 58 UNP 電樞的額定相電壓。電樞的額定相電壓。 凸極同

33、步發(fā)電機(jī)：凸極同步發(fā)電機(jī)：VR = 18% 30%； 隱極同步發(fā)電機(jī)：隱極同步發(fā)電機(jī)：VR = 30% 48%。 在在 nN、cos N、UN 時(shí)，時(shí)， If 與與 I1 的關(guān)系，的關(guān)系， 即即 If = f ( I1 )。 OIf I1cos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1VR = 100% E0UNP UNP IfN IN v電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率VR (在保持在保持 nN、cos N、IfN 時(shí)時(shí)) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 59在保持在保持 nN、cos N、UN 時(shí)，時(shí)， If 與與 I1 的關(guān)系，的關(guān)系， 即即 = f (P2) 。 空氣冷卻的

34、大型水輪發(fā)電機(jī)：空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機(jī)： N = 96% 98.5% 空氣冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)：空氣冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)： N = 94% 97.8% 氫氣冷卻時(shí)，氫氣冷卻時(shí)， N 略有增加。略有增加。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 60v并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)(1) 保證電能供應(yīng)的質(zhì)量、可靠性。保證電能供應(yīng)的質(zhì)量、可靠性。 (2) 提高供電系統(tǒng)的效率。提高供電系統(tǒng)的效率。(3) 減少發(fā)電廠備用機(jī)組的容量。減少發(fā)電廠備用機(jī)組的容量。(4) 合理調(diào)配和利用能源。合理調(diào)配和利用能源。 若不一致，相當(dāng)于在電網(wǎng)端點(diǎn)上加上一組負(fù)序若不一致，相當(dāng)于在電網(wǎng)端點(diǎn)上加上一組負(fù)序 電壓，這是一種嚴(yán)重的故障情

35、況。電壓，這是一種嚴(yán)重的故障情況。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 61UU UV UW U1 V1 W1 U1 Q UU UV UW v發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)示意圖發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)示意圖 UU UV UW 如果相序不一致，則如果相序不一致，則 UU = 0 UV UW UU UVUW UV = UVUV UW = UWUW V1 W1 W1 V1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 62如果：如果： 對(duì)應(yīng)相量之間的相位差在對(duì)應(yīng)相量之間的相位差在 0o 360o 之間變化。之間變化。 對(duì)應(yīng)相量的差值不斷地在對(duì)應(yīng)相量的差值不斷地在 0 2U1 之間變化。之間變化。 頻率相差越大，這個(gè)變化的速度就越快。

36、頻率相差越大，這個(gè)變化的速度就越快。 若若 Q 合閘，必定要產(chǎn)生沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。合閘，必定要產(chǎn)生沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 UU UV UW UU UW UV UV UU UV UW UU UW UU UV UW UU UW UV UU UU 時(shí)刻時(shí)刻 1 時(shí)刻時(shí)刻 2 時(shí)刻時(shí)刻 3 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 63 電壓相等包括相位相同和有效值相等，即電壓相等包括相位相同和有效值相等，即 相量相等。相量相等。 如果如果 若若 Q 合閘，必定要產(chǎn)生沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。合閘，必定要產(chǎn)生沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 UUUU ，UVUV ，UWUW ， 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 64 把發(fā)

37、電機(jī)調(diào)整到完全符合投入并聯(lián)的條件時(shí)，把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全符合投入并聯(lián)的條件時(shí)， 才投入電網(wǎng)的方法。才投入電網(wǎng)的方法。 缺點(diǎn)：手續(xù)繁瑣，費(fèi)時(shí)較多。缺點(diǎn)：手續(xù)繁瑣，費(fèi)時(shí)較多。 只要求發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)一致即可并網(wǎng)。只要求發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)一致即可并網(wǎng)。 缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 整步過(guò)程：為了將發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行所整步過(guò)程：為了將發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行所 進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程。進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) E0 ；調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié) n 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) f 。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 65 無(wú)窮大電網(wǎng)無(wú)窮大電網(wǎng) 容量很大、頻率

38、和電壓基本不受負(fù)載與其他容量很大、頻率和電壓基本不受負(fù)載與其他 干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí) 發(fā)電機(jī)的頻率和端電壓受電網(wǎng)的約束，發(fā)電機(jī)的頻率和端電壓受電網(wǎng)的約束， 并網(wǎng)時(shí)，使勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)等于電網(wǎng)端電壓，并網(wǎng)時(shí)，使勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)等于電網(wǎng)端電壓， 即即E0 = U1， = 0 Pe = 3 sin U1E0Xs= 0 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 66T1 T1T0 n 產(chǎn)生產(chǎn)生 Te、Pe、I1、P2 Te T1 = TeT0 = 0o，T1 = T0 nn0 Te n n = n0 TeT1 n nn0 振蕩振蕩 穩(wěn)定。穩(wěn)定。

39、U1 E0 U1 I1jXsI1 E0 0 Pe a 90o 180oPeM Pe = 0o 時(shí)的相量圖時(shí)的相量圖 0o 時(shí)的相量圖時(shí)的相量圖 工作點(diǎn)工作點(diǎn) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 670Pe /Te 90o 180o a0Pe /Te 90o 180o aTe T1= Te + T0a 點(diǎn)點(diǎn)： 干擾使干擾使 T1 Te 抑制了抑制了 進(jìn)一步增大進(jìn)一步增大 b 點(diǎn)。點(diǎn)。 bT 1 = T e + T0 干擾消失后，較大的干擾消失后，較大的 Te， 使機(jī)組恢復(fù)到使機(jī)組恢復(fù)到 a 點(diǎn)運(yùn)行。點(diǎn)運(yùn)行。 a 點(diǎn)點(diǎn)： 干擾使干擾使 T1 n Te n Te 失步失步。 干擾消失后，干擾消失后，

40、n 不可能恢不可能恢 復(fù)到復(fù)到 n0，即工作點(diǎn)不可能，即工作點(diǎn)不可能 恢復(fù)到恢復(fù)到 a 點(diǎn)運(yùn)行。點(diǎn)運(yùn)行。穩(wěn)定穩(wěn)定 運(yùn)行區(qū)運(yùn)行區(qū) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 68在在 的矩角特性段。的矩角特性段。 dTe d 0隱極機(jī)：隱極機(jī)： N = 30o 40o 凸極機(jī)：凸極機(jī)： N = 20o 30o 穩(wěn)定運(yùn)行范圍：穩(wěn)定運(yùn)行范圍： 額定功率角：額定功率角： 過(guò)載能力：過(guò)載能力： km =PeMPeN= TeMTeN= 1.7 3.0第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 69解：解：額定相電壓、相電流和功率因數(shù)角分別為額定相電壓、相電流和功率因數(shù)角分別為 【例例5-3】 某星形聯(lián)結(jié)的汽輪發(fā)電機(jī)并聯(lián)在

41、無(wú)窮大電某星形聯(lián)結(jié)的汽輪發(fā)電機(jī)并聯(lián)在無(wú)窮大電 網(wǎng)上運(yùn)行，已知網(wǎng)上運(yùn)行，已知 SN = 31250 kVA，UN = 10.5 kV，cos N= 0.8 (電感性電感性)，Xs = 7 。若忽略電樞電阻，試求。若忽略電樞電阻，試求(1) 額定運(yùn)行時(shí)的額定運(yùn)行時(shí)的 PeN、 N、E0、Q2N 和和 kM；(2) 若勵(lì)磁若勵(lì)磁 電流不變，輸出的有功功率為額定功率的一半時(shí)，電流不變，輸出的有功功率為額定功率的一半時(shí)， 、 cos 和和 Q2 將變?yōu)槎嗌?？將變?yōu)槎嗌伲?U1 = = V = 6062.2 V UN 310.51033I1 = IN = = A = 1718.3 A SN 3 UN312

42、50103310.5103 N = arccos0.8 = 36.87o 設(shè)設(shè) U1 = 6062.2 0o V， 則則 I1 = 1718.3 36.87o A 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 70(1) 發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí) 忽略忽略R1，則有，則有 PeN = P2N = SNcos N = 312500.8 kW = 25000 kW Q2N = SNsin N = 31250sin36.87o kvar = 18750 kvar 6062.2sin36.87o71718.3 6062.20.8= 3.23 tan N = U1sin XsI1 U1cos 由相量圖得由

43、相量圖得 N = arctan3.23 = 72.8o N = N N = 72.8o 36.87o = 35.93o U1cos = E0 cos E0 = = = 16398.95 V U1cos cos 6062.20.8 cos72.8o第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 71即即 E0 = 16398.95 V， N = 35.93o 。 過(guò)載能力：過(guò)載能力： (2) 發(fā)電機(jī)輸出額定功率的一半時(shí)發(fā)電機(jī)輸出額定功率的一半時(shí) Pe = P2 = 0.5P2N =（0.525000）kW = 12500 kW 因?yàn)橐驗(yàn)?If 不變，不變，E0 就不變，即就不變，即 PeM 不變，于是有不變

44、，于是有 1 2 3E0U1 Xs sin N = sin 3E0U1 Xs 或由電壓方程解出或由電壓方程解出 E0 和和 ： E0 = U1jXsI1 = (6062.2 0o j71718.3 36.87o ) V= 16398.95 35.93o V km = = = 1.7 1 sin N 1 sin35.93o 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 72Q2 = 3UN I1 sin = 36062.21538.68 sin62.82o var = 24893.3 kvar cos = cos62.82o = 0.457 再由電壓方程可得再由電壓方程可得 = (16398.93 17.

45、46o 6062.2 0o ) V= 10770.73 27.18o V I1 = = = 1538.68 62.82o A E0U1 jXs 10770.73 27.18o j7 jXsI1 = E0U1 即即 則則 = 17.46o ， sin = sin N = sin36.87o = 0.3 1 2 1 2 E0 = 16398.93 17.46o V 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 73 1. 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)在無(wú)窮大電網(wǎng)上。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)在無(wú)窮大電網(wǎng)上。 忽略忽略 R1 和和 T0 ，并且不計(jì)磁路飽和的影響。，并且不計(jì)磁路飽和的影響。 假設(shè)調(diào)節(jié)假設(shè)調(diào)節(jié) If 時(shí)，輸入時(shí)，輸入 P1 保持

46、不變。保持不變。 Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos = 常數(shù)常數(shù)即即 E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù) (1) 正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If = If0 時(shí)，時(shí)， I1與與U1 同相，同相， U1E0j xsI1I1 = 0，cos = 1，Q2 = 0。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 74(2) 過(guò)勵(lì)磁過(guò)勵(lì)磁 ( IfIf0 ) If E0 。 Q2 0 (感性感性) ； If Q2 。 U1E0I1jXsI1A BCDE0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù) I1 ( I1 ) 滯后于滯后于U1， E0 jXsI1 I1 E0 I1

47、 jXsI1 (3) 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 ( IfIf0 ) If E0 。 I1 ( I1 ) 超前于超前于U1， Q2 0 (容性容性) ； If |Q2 | 。第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 75調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 可調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率?？烧{(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率。 O I1 If Pe1 Pe2 欠勵(lì)欠勵(lì) 過(guò)勵(lì)過(guò)勵(lì) If0 結(jié)論：結(jié)論：cos =1電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系：電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系： I1 = f (If ) 不穩(wěn)不穩(wěn) 定區(qū)定區(qū) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 76 ad E0 Ead E1 R1I1 E aq Eaq 0 Uf If F0 E1 = E0E

48、adEaq U1 =E0EadEaqE R1I1 U1 I1 IadFad IaqFaq第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 77Ead =jXad Id Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗直軸電樞反應(yīng)電抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗。 Eaq =jXaq Iq E =jX I1 I1 = IdIqU1 =E0 j Xad Idj Xaq Iqj X I1R1I1 =E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 U1 =E0jXd IdjXq IqR1I1 Xd = XadX 直軸同步電抗；直軸同步電抗； Xq = XaqX 交軸同步電抗。交軸同步電抗。 如果忽略如果忽略

49、R1，則，則U1 =E0jXd IdjXq Iq 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 78 E0 I1 IqIdE0 I1 Iq Id j(XdXq)Id EQ 設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì) EQ = E0j (XdXq ) Id (a) I1 滯后于滯后于E0 時(shí)時(shí) jIdEQ(b) I1 超前于超前于E0 時(shí)時(shí) jId 結(jié)論：結(jié)論： EQ 與與 E0 同相位。同相位。 U1 =E0R1I1jXd IdjXq IqjXq IdjXq Id j(XdXq)Id U1 =EQR1I1jXq I1 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 79 R1 Xq U1 I1EQ 取取 U1 = U1 0oU1 I

50、1 R1I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id jXq Iq 電容性電容性 E0 設(shè)設(shè) 0，畫，畫 I1 。 畫畫 R1I1 和和 j Xq I1 。 畫畫(EQ) 確定確定(E0)的方位。的方位。 由由 I1 分解出分解出 Id 和和 Iq 。 畫畫 j Xd Id 和和 j Xq Iq 。 畫畫 (E0)。 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 80R1I1 Id Id 同理可以畫出同步電動(dòng)機(jī)呈電感性和電阻性同理可以畫出同步電動(dòng)機(jī)呈電感性和電阻性 時(shí)的相量圖。時(shí)的相量圖。 依據(jù)：依據(jù)：U1 =EQ + R1I1 + jXq I1U1 =E0 + jXd Id + jXq Iq +

51、R1I1 U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq 電感性電感性 U1 I1 jXqI1EQ Iq jXd Id jXq Iq 電阻性電阻性 E0 E0 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 81 電動(dòng)機(jī)呈電感性時(shí)電動(dòng)機(jī)呈電感性時(shí) = tan =U1sin XqI1U1cos R1I1 電動(dòng)機(jī)呈電容性時(shí)電動(dòng)機(jī)呈電容性時(shí) = tan =U1sin XqI1U1cos R1I1Id U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id jXq Iq E0 第第5章章 同同 步步

52、 電電 機(jī)機(jī) 82(1) 輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率）輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率） P1 = 3U1I1cos (2) 電樞銅損耗電樞銅損耗 PCu = 3R1I12 (3) 電磁功率電磁功率 Pe = P1PCu = 3EQ I1cos = PCuPe 1XdE0U1 Xd Pe = 3 sin 3 ( ) sin2 1XqU1 2 2第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 83(4) 空載損耗空載損耗 P0 = PFePfwPad (5) 輸出功率輸出功率 P2 = PeP0(6) 功率關(guān)系功率關(guān)系 P1 = PCuPe 鐵損耗鐵損耗 機(jī)械損耗機(jī)械損耗 附加損耗附加損耗 P1PCuPeP0P2 = 1

53、00% % P2P1 P1 = PCuPFePfwPadP2 (7) 效率效率第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 84(1) 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 Te = Pe1= 9.55Pen11XdE0U1 Xd Pe = 3 sin 3 ( ) sin2 1XqU1 2 2(2) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(3) 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩T0 = P01= 9.55P0n1T2 = P21(4) 輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩= 9.55P2n1T2 = TeT0 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 85 【例例5-4】 一臺(tái)星形聯(lián)結(jié)的六極同步電動(dòng)機(jī)接在無(wú)窮大一臺(tái)星形聯(lián)結(jié)的六極同步電動(dòng)機(jī)接在無(wú)窮大 電網(wǎng)上運(yùn)行，已知電網(wǎng)上運(yùn)行，

54、已知 PN = 2000 kW，UN = 3 kV，fN = 50 Hz， cos N = 0.85 (電容性電容性)， N = 95%，R1 = 0.1 。試求額定。試求額定 運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行時(shí)的: (1) 輸入功率和電樞電流；輸入功率和電樞電流；(2) 電磁功率和電磁電磁功率和電磁 轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。解：解： (1) 額定輸入功率和電樞電流為額定輸入功率和電樞電流為 = (2105.330.1 476.72103) kW = 2037.1 kW P1N = = kW = 2105.3 kW PN N 2000 0.95 IN = = A = 476.7 A P1N 3 UNcos N 2105.3

55、3 30.85 (2) 電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩為電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩為 PeN = P1N3R1IN 2 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 86同步角速度為同步角速度為 N = = = 104.67 rad/s 2 f p 2 50 3 TeN = = Nm = 19462.1 NmPeN N 2037.1103 104.67 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 87 當(dāng)當(dāng) U1L = UN ，f1 = fN ， If = IfN 時(shí)：時(shí)： I1 = f (P2) Te = f (P2) cos = f (P2) = f (P2)O P2 I1 Te cos 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 8

56、8v同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) cos 90o 90o (純電容性純電容性) (純電感性純電感性) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 改變改變 cos 的原理的原理 以隱極同步電動(dòng)機(jī)為例，并忽略以隱極同步電動(dòng)機(jī)為例，并忽略 R1 和和 T0。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 時(shí)，時(shí)，U1、f1、TL 都不變，則都不變，則 Te、Pe 和和 P1不變。不變。 Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos 可得可得 E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù) 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 89另一方面另一方面: 因此因此當(dāng)當(dāng) If E0 。當(dāng)當(dāng) If E0 | | 。

57、U1 =E0j Xs I1U1jXsI1E0 ABjXsI1 CDjXsI1 I1E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù) E0 I1 I1 E0 第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 90 正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁 (If = If0 ) I1 與與U1 同相，同相，cos = 1, 電機(jī)呈電阻性。電機(jī)呈電阻性。 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 (If If0) 電機(jī)呈電感性。電機(jī)呈電感性。 If ，感性程度，感性程度 。 過(guò)勵(lì)磁過(guò)勵(lì)磁 (當(dāng)當(dāng) If If0 ) U1jXsI1E0 ABjXsI1 CDjXsI1 I1E0 I1 I1 E0 I1 (I1 ) 超前于超前于U1， I1 (I1 ) 滯后于滯后

58、于U1， 電機(jī)呈電容性，電機(jī)呈電容性， If | | ，容性程度容性程度 。第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 91 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 可使同步電動(dòng)機(jī)在任意特定負(fù)載下的可使同步電動(dòng)機(jī)在任意特定負(fù)載下的 cos 達(dá)到達(dá)到 1，或改變其負(fù)載性質(zhì)。或改變其負(fù)載性質(zhì)。 同步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線形曲線 當(dāng)當(dāng) U1 = UN、f1 = f N、 TL 不變時(shí)：不變時(shí)： I1 = f (If )OI1IfP2P2欠勵(lì)欠勵(lì) 過(guò)勵(lì)過(guò)勵(lì) If0 結(jié)論：結(jié)論：cos =1第第5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 92 【】 某工廠的電源容量為某工廠的電源容量為 1600 kVA，原有負(fù)，原有負(fù) 載為載為 800 kW，功率因數(shù)為，功率因數(shù)為 0.65（電感性），現(xiàn)在需要增（電感性），現(xiàn)在需要增 加一臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)加一臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng) 400 kW的新機(jī)械負(fù)載。的新機(jī)械負(fù)載。(1) 能否選用能否選用 400 kW、功率因數(shù)為、功率因數(shù)為 0.85、效率為、效率為 88% 的異步電動(dòng)機(jī)？的異步電動(dòng)機(jī)？ (2) 能否選用能否選用400 kW、功率因數(shù)為、功率因數(shù)為0.85（電容性）效率為（電容性）效率為 88% 的同步電動(dòng)機(jī)？的同步電動(dòng)機(jī)？ 解：解：原有負(fù)載的無(wú)功功率為原有負(fù)載