電機(jī)與拖動(dòng)第5章同步電機(jī)的基本理論8-

1、whh制作 *5.7 微型同步電動(dòng)機(jī)微型同步電動(dòng)機(jī)5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第第 5 章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的的運(yùn)行特性5.6 三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電

2、機(jī)的運(yùn)行分析5.9 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.11 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5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)*5.12 同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路返回主頁(yè)返回主頁(yè)5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論一、三相隱極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析一、三相隱極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析E0 Ea E E

3、a =j Xa I1 E =j X I1 Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)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(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析2. 等效電路等效電路3. 相量圖相量圖 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 。 +U1 R1 jXs I1E U1 = E0(R1j Xs ) I1 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析

4、三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(shí)：時(shí)：U1I1 jXs I1E05.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析 【例例 5.8.1】 某三相同步發(fā)電機(jī)，某三相同步發(fā)電機(jī)， PN = 50 kW，UN= 400 V，Y 形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)， 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(nèi)功率因數(shù)角流，內(nèi)功率因數(shù)角 = 53.1o 時(shí)的相電壓時(shí)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(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(jī)的運(yùn)行分析二、三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(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 IqjX I1 R1I1 = E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析2. 等效電路等效電路 設(shè)：設(shè)：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(fù)載性質(zhì)作相量圖。負(fù)載性質(zhì)作相量圖。 設(shè)：設(shè)：U1 = U1 0o I1 R1 jXq +U1EQ 5.8 三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(shí)時(shí)U1I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0 5.8 三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析 【例例 5.8.2】 某三相同步發(fā)電機(jī)，某三相同步發(fā)電機(jī)， 已知已知 U1L = 11kV，Y 形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)，I1 = 460 A， = 0.8（電感性），（電感性），Xd = 16 ，Xq = 8 ，R1 忽略不計(jì)。求忽略不計(jì)。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(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.9 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)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(jī)的基本理論同步電機(jī)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(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)矩1. 輸入輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩2. 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩3. 電磁電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩4. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)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(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、外特性一、外特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，If、 = 常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，U1L 與與 I1L 的關(guān)系，的關(guān)系， 即即 U1L = f (I1L)。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If，使，使 I1L= IN、 = N、U1L = UN 時(shí)，時(shí)， If = IfN。 電壓調(diào)整率：電壓調(diào)整率： 保持保持 nN、 N、IfN 時(shí)，時(shí)，OU1LI1Lcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNINVR = 100% % E0UNP U

13、NP第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論二、調(diào)節(jié)特性二、調(diào)節(jié)特性 保持保持 n = nN、U1L = UN、 = N 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 =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(shí)，不變時(shí)，Pe 與與 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 Pe = f ( ) 。 矩角特性：保持矩角特性：保持 n、If 、U1 不變時(shí)，不變時(shí)，T 與與 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 T = f ( ) 。 上述關(guān)系與同步電動(dòng)機(jī)的關(guān)系相同。上述關(guān)系與

14、同步電動(dòng)機(jī)的關(guān)系相同。5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性5.11 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 并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)(1) 提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。(2) 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。(3) 提高電能供應(yīng)的可靠性。提高電能供應(yīng)的可靠性。(4) 提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。一、并聯(lián)運(yùn)行的條件一、并聯(lián)運(yùn)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(jī)之間產(chǎn)生大的沖擊電流以避免電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生大的沖擊電流 和在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。和

15、在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)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(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(yùn)行的方法二、并聯(lián)運(yùn)

16、行的方法 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 。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(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)行三、有功功率的調(diào)節(jié)三、有功功率的調(diào)節(jié) 無(wú)窮大電網(wǎng)無(wú)窮大電網(wǎng) 容量很大、頻率和電壓基本不受負(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)。1. 有功功率的調(diào)節(jié)方法有功功率的調(diào)節(jié)方法 5.11 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)行調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)進(jìn)水量進(jìn)水量進(jìn)汽量進(jìn)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(yùn)行。下穩(wěn)定運(yùn)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(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0Pe /T 90o a0Pe /T 90o aT T1= T + T0a 點(diǎn)點(diǎn)： T1 T T1 =T +T0為止為止 ，在在b 點(diǎn)重新穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)重新穩(wěn)定運(yùn)行0 M 穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。bT1 = T + T0a 點(diǎn)點(diǎn)： 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(yùn)行區(qū)。不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。 5.11 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)行穩(wěn)定穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)運(yùn)行區(qū)振蕩幅度過(guò)大，超過(guò)穩(wěn)定區(qū)

18、而引起的失步。振蕩幅度過(guò)大，超過(guò)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(guò)載能力過(guò)載能力 MP =P2MPN= 1.7 3.03. 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)穩(wěn)定5.11 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)行四、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)四、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)1. 調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If2. 調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 時(shí)，因時(shí)，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(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)行即：即：E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos =

19、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)， = 0， = 1，Q2 = 0，發(fā)電機(jī)不輸出無(wú)功功率。，發(fā)電機(jī)不輸出無(wú)功功率。 I1與與U1 同相，同相， 5.11 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U1E0I1jXsI1E0aajXsI1I1 E0jXsI1I1 bb2. 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If If0 時(shí)，時(shí)， 發(fā)電機(jī)輸出電容性無(wú)功功率；發(fā)電機(jī)輸出電容性無(wú)功功率； If Q2 。3. 過(guò)勵(lì)磁過(guò)勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If If0 時(shí)，時(shí)， 發(fā)電機(jī)輸出電感性無(wú)功功率；發(fā)電機(jī)輸出電感性無(wú)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(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 【例例5.11.1】 一臺(tái)一臺(tái) Y 形聯(lián)結(jié)的水能發(fā)電機(jī)，并聯(lián)在形聯(lián)結(jié)的水能發(fā)電機(jī)，并聯(lián)在 UN = 10.5 kV 的電網(wǎng)上運(yùn)行。發(fā)電機(jī)的的電網(wǎng)上運(yùn)行。發(fā)電機(jī)的 Xd = 1.3 ，Xq = 0.7 ，R1 忽略不計(jì)，忽略不計(jì)， = 18.09o 時(shí)，時(shí)，I1 = 3 990 A， E0 = 9 970 V。求該發(fā)電機(jī)輸出的有功功率。求該發(fā)電機(jī)輸出的有功功率 P2 和無(wú)功功率和無(wú)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