電機與拖動第5章同步電機的基本理論8-

1、whh制作 *5.7 微型同步電動機微型同步電動機5.10 三相同步發(fā)電機的運行特性三相同步發(fā)電機的運行特性第第 5 章章 同步電機的基本理論同步電機的基本理論5.2 三相同步電機的基本結構三相同步電機的基本結構5.1 三相同步電機的工作原理三相同步電機的工作原理5.2 三相同步電機的基本結構三相同步電機的基本結構5.3 三相同步電動機的運行分析三相同步電動機的運行分析5.4 三相同步電動機的功率和轉矩三相同步電動機的功率和轉矩5.5 三相同步電動機的的運行特性三相同步電動機的的運行特性5.6 三相同步電動機功率因數(shù)的調節(jié)三相同步電動機功率因數(shù)的調節(jié)5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電

2、機的運行分析5.9 三相同步發(fā)電機的功率和轉矩三相同步發(fā)電機的功率和轉矩5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行5.1 三相同步電機的工作原理三相同步電機的工作原理電機與拖動電機與拖動*5.12 同步發(fā)電機的三相突然短路同步發(fā)電機的三相突然短路返回主頁返回主頁5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析1. 基本方程式基本方程式Uf If F0m 0 E0I1 Fam a Ea E R1I1 U1 = E0EaE R1I1 U1I1第第5章章 同步電機的基本理論同步電機的基本理論一、三相隱極同步發(fā)電機的運行分析一、三相隱極同步發(fā)電機的運行分析E0 Ea E E

3、a =j Xa I1 E =j X I1 Xa 電樞反應電抗。電樞反應電抗。 X 電樞漏電抗。電樞漏電抗。U1 = E0(R1j X j Xa ) I1 U1 = E0(R1j Xs ) I1 Xs = XaX 同步電抗。同步電抗。 忽略忽略 R1，則，則 U1= E0j XsI1 5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析2. 等效電路等效電路3. 相量圖相量圖 根據(jù)負載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。根據(jù)負載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。并設：并設： U1 = U1 0o 。 +U1 R1 jXs I1E U1 = E0(R1j Xs ) I1 5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析

4、三相同步發(fā)電機的運行分析(c) 電電容容性性(a) 電電感感性性(b) 電電阻阻性性U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1R1I1jXs I1E0U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1 jXs I1E0U1I1jXs I1E0 忽略忽略 R1 時：時：U1I1 jXs I1E05.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析 【例例 5.8.1】 某三相同步發(fā)電機，某三相同步發(fā)電機， PN = 50 kW，UN= 400 V，Y 形聯(lián)結，形聯(lián)結， N = 0.8（電感性）。（電感性）。R1 = 0.2 ， Xs= 1.2 。求空載電壓等于額定電壓，電樞電流等于額定電。求空載電壓

5、等于額定電壓，電樞電流等于額定電流，內功率因數(shù)角流，內功率因數(shù)角 = 53.1o 時的相電壓時的相電壓U1 、線電壓、線電壓U1L、功率因數(shù)角功率因數(shù)角 和功角和功角 。 解：解： E0 = UN 3= V = 231.21 V 4001.732I1 = IN =PN 3 UN N = A = 90.32 A 501031.7324000.8取參考相量：取參考相量： 則則I1 = 90.32 0o A E0 = 231.21 53.1o V 5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析U1= E0( R1jXs ) I1 =231.21 53.1o ( 0.2j1.2 )90.32

6、 0o V = 143 32.36o V 由此求得由此求得 U1 = 143 V U1L = 3 U1 = 1.732143 V = 247.39 V = 32.36o = = 53.1o 32.36o = 20.74o 5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析1. 基本方程式基本方程式Uf IfF0m0E0 I1 Fad Faq ad aq Id IqEad Eaq E R1I1 U1 I1 U1 = E0 + Ead + Eaq + ER1I1二、三相凸極同步發(fā)電機的運行分析二、三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析E Eaq

7、E0 Ead Ead =jXad Id E =j X I1 Eaq =jXaq Iq Xad 直軸電樞反應電抗。直軸電樞反應電抗。 Xaq 交軸電樞反應電抗。交軸電樞反應電抗。 X 電樞漏電抗。電樞漏電抗。U1 = E0jXad IdjXaq IqjX I1 R1I1 = E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析將將得得 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，則 U1 = E0jXd Idj Xq Iq U1 = E0jXd

8、IdjXq IqR1I1 5.8 三相凸極同步發(fā)電機的運行分析三相凸極同步發(fā)電機的運行分析2. 等效電路等效電路 設：設：EQ = E0j (XdXq ) Id U1 = EQR1I1j Xq I1 忽略忽略 R1，則，則U1 = EQj Xq I1 3. 相量圖相量圖 根據(jù)電路方程和根據(jù)電路方程和 負載性質作相量圖。負載性質作相量圖。 設：設：U1 = U1 0o I1 R1 jXq +U1EQ 5.8 三相凸極同步發(fā)電機的運行分析三相凸極同步發(fā)電機的運行分析U1I1 R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI

9、1EQjXdIdjXqIqE0 (c) 電電容容性性(a) 電電感感性性(b) 電電阻阻性性 忽略忽略 R1 時時U1I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0 5.8 三相凸極同步發(fā)電機的運行分析三相凸極同步發(fā)電機的運行分析 【例例 5.8.2】 某三相同步發(fā)電機，某三相同步發(fā)電機， 已知已知 U1L = 11kV，Y 形聯(lián)結，形聯(lián)結，I1 = 460 A， = 0.8（電感性），（電感性），Xd = 16 ，Xq = 8 ，R1 忽略不計。求忽略不計。求、 、E0 。 解：解：U1 = U1L 3

10、= = 6 358.38 V 111031.732Vtan = U1sin XqI1 U1cos 6 358.380.68460 6 358.380.8=V = 1.47 = arctan1.47 = 55.84o = = 55.84o 36.87o = 18.97o E0 = U1cos XdId =(6358.38cos18.97o16460sin 55.84o )V = 12 103.25 V5.8 三相凸極同步發(fā)電機的運行分析三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.9 三相同步發(fā)電機的功率和轉矩三相同步發(fā)電機的功率和轉矩一、功率一、功率1. 輸入功率輸入功率2. 空載損耗空載損耗3. 電磁功率

11、電磁功率4. 銅損耗銅損耗5. 輸出功率輸出功率6. 總損耗總損耗P1 = T1P0 = PFePmePadPe = P1P0PCu = 3R1I12 P2 = PePcu = 3U1I1cos Pal = PFePCuPadPme 第第5章章 同步電機的基本理論同步電機的基本理論7. 功率平衡方程式功率平衡方程式 P1P2 = Pal 8. 效率效率P1P0PePCuP2 = 100% % P2P1二、轉矩二、轉矩1. 輸入輸入轉矩轉矩2. 空載轉矩空載轉矩3. 電磁電磁轉矩轉矩4. 轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式T1 = P10T0 = P00T = Pe0T1 = T + T0= P1 n

12、602 = P0 n602 = Pe n602 5.9 三相同步發(fā)電機的功率和轉矩三相同步發(fā)電機的功率和轉矩5.10 三相同步發(fā)電機的運行特性三相同步發(fā)電機的運行特性一、外特性一、外特性 當當 n = nN，If、 = 常數(shù)時，常數(shù)時，U1L 與與 I1L 的關系，的關系， 即即 U1L = f (I1L)。 調節(jié)調節(jié)If，使，使 I1L= IN、 = N、U1L = UN 時，時， If = IfN。 電壓調整率：電壓調整率： 保持保持 nN、 N、IfN 時，時，OU1LI1Lcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNINVR = 100% % E0UNP U

13、NP第第5章章 同步電機的基本理論同步電機的基本理論二、調節(jié)特性二、調節(jié)特性 保持保持 n = nN、U1L = UN、 = N 時，時， If 與與 I1 的關系，的關系，即即 If = f ( I1 )。OIf I1cos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1三、功角特性三、功角特性 功角特性：保持功角特性：保持 n、If 、U1 不變時，不變時，Pe 與與 的關系，即的關系，即 Pe = f ( ) 。 矩角特性：保持矩角特性：保持 n、If 、U1 不變時，不變時，T 與與 的關系，即的關系，即 T = f ( ) 。 上述關系與同步電動機的關系相同。上述關系與

14、同步電動機的關系相同。5.10 三相同步發(fā)電機的運行特性三相同步發(fā)電機的運行特性5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行 并聯(lián)運行的優(yōu)點并聯(lián)運行的優(yōu)點(1) 提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標。提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標。(2) 減少發(fā)電廠備用機組的容量。減少發(fā)電廠備用機組的容量。(3) 提高電能供應的可靠性。提高電能供應的可靠性。(4) 提高電能供應的質量。提高電能供應的質量。一、并聯(lián)運行的條件一、并聯(lián)運行的條件 相序一致、頻率相同、電壓相等。相序一致、頻率相同、電壓相等。 以避免電網(wǎng)與發(fā)電機之間產(chǎn)生大的沖擊電流以避免電網(wǎng)與發(fā)電機之間產(chǎn)生大的沖擊電流 和在發(fā)電機軸上產(chǎn)生大的沖擊轉矩。和

15、在發(fā)電機軸上產(chǎn)生大的沖擊轉矩。第第5章章 同步電機的基本理論同步電機的基本理論 U U1A S U1B1. 電壓相等電壓相等 如果如果則則U1AU1B U = U1AU1B 0 2. 頻率相等頻率相等如果：如果： A BU1AU1B A B U = 0 2U1U1AU1BU1AU1B UU1AU1B UU1AU1B U5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行U1BUU1BVU1BW3. 相序相同相序相同 如果相序不同，如果相序不同，則則 UU = 0 UV = U1A VU1BV UW = U1AWU1BW U1AUU1AVU1AW UV UW二、并聯(lián)運行的方法二、并聯(lián)運

16、行的方法 調節(jié)調節(jié) If 調節(jié)調節(jié) E0 ；調節(jié)；調節(jié) n 調節(jié)調節(jié) f 。1. 理想同步法理想同步法2. 自同步法自同步法5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行三、有功功率的調節(jié)三、有功功率的調節(jié) 無窮大電網(wǎng)無窮大電網(wǎng) 容量很大、頻率和電壓基本不受負載與其他容量很大、頻率和電壓基本不受負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)。1. 有功功率的調節(jié)方法有功功率的調節(jié)方法 5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行調節(jié)調節(jié)進水量進水量進汽量進汽量T1(P1) T1 T +T0 n T T1 =T +T0為止，重新在為止，重新

17、在n = n0下穩(wěn)定運行。下穩(wěn)定運行。2. 靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定0Pe /T 90o aa5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行0Pe /T 90o a0Pe /T 90o aT T1= T + T0a 點點： T1 T T1 =T +T0為止為止 ，在在b 點重新穩(wěn)定運行點重新穩(wěn)定運行0 M 穩(wěn)定運行區(qū)。穩(wěn)定運行區(qū)。bT1 = T + T0a 點點： T1 T T1更大于更大于T +T0 ，n再也回不到再也回不到n0失步失步。 M 180不穩(wěn)定運行區(qū)。不穩(wěn)定運行區(qū)。 5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行穩(wěn)定穩(wěn)定運行區(qū)運行區(qū)振蕩幅度過大，超過穩(wěn)定區(qū)

18、而引起的失步。振蕩幅度過大，超過穩(wěn)定區(qū)而引起的失步。阻尼繞組可抑制振蕩。阻尼繞組可抑制振蕩。4. 過載能力過載能力 MP =P2MPN= 1.7 3.03. 動態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行四、無功功率的調節(jié)四、無功功率的調節(jié)1. 調節(jié)方法調節(jié)方法 調節(jié)調節(jié) If2. 調節(jié)原理調節(jié)原理 調節(jié)調節(jié) If 時，因時，因U1和和 P2 不變，忽略不變，忽略R1和和T0，則，則 Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos = P2 5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行即：即：E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos =

19、常數(shù)常數(shù) (1) 正常勵磁正常勵磁 當當If = If0 時，時， = 0， = 1，Q2 = 0，發(fā)電機不輸出無功功率。，發(fā)電機不輸出無功功率。 I1與與U1 同相，同相， 5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行U1E0I1jXsI1E0aajXsI1I1 E0jXsI1I1 bb2. 欠勵磁欠勵磁 當當If If0 時，時， 發(fā)電機輸出電容性無功功率；發(fā)電機輸出電容性無功功率； If Q2 。3. 過勵磁過勵磁 當當If If0 時，時， 發(fā)電機輸出電感性無功功率；發(fā)電機輸出電感性無功功率； If Q2 。 I1 ( I1 ) 超前于超前于U1， I1 ( I1 )

20、 滯后于滯后于U1，5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行 【例例5.11.1】 一臺一臺 Y 形聯(lián)結的水能發(fā)電機，并聯(lián)在形聯(lián)結的水能發(fā)電機，并聯(lián)在 UN = 10.5 kV 的電網(wǎng)上運行。發(fā)電機的的電網(wǎng)上運行。發(fā)電機的 Xd = 1.3 ，Xq = 0.7 ，R1 忽略不計，忽略不計， = 18.09o 時，時，I1 = 3 990 A， E0 = 9 970 V。求該發(fā)電機輸出的有功功率。求該發(fā)電機輸出的有功功率 P2 和無功功率和無功功率 Q2（電容性（電容性的還是電感性的）。的還是電感性的）。 解：解：U1 = UN 3= V = 6069.36 V 10.51031.73忽略忽略R1，則，則3U1E0XdP2 = Pe = sin 3