同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)

1、第章同步電機(jī)6.1 6.1 同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)6.2 6.2 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行6.36.3同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)6.4 6.4 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行6.56.5同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行6.66.6同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)思考題與習(xí)題 同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種, ,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速機(jī)時(shí)得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)時(shí)得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。本章主要分析同步

2、發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行原理和運(yùn)行特性，簡機(jī)。本章主要分析同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行原理和運(yùn)行特性，簡要分析同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。要分析同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。第章同步電機(jī).1同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu).1.1 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以汽輪發(fā)電機(jī)為例以汽輪發(fā)電機(jī)為例: :定子鐵心：硅鋼片疊成。定子鐵心：硅鋼片疊成。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。電樞繞組：三相對(duì)稱繞組電樞繞組：三相對(duì)稱繞組銅線制成銅線制成定子定子( (電樞電樞) )轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護(hù)環(huán)：保護(hù)勵(lì)磁繞組受離心力時(shí)不

3、甩出護(hù)環(huán)：保護(hù)勵(lì)磁繞組受離心力時(shí)不甩出勵(lì)磁繞組：銅線制成勵(lì)磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵(lì)磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵(lì)磁繞組滑環(huán)：引勵(lì)磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵(lì)磁繞組中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵(lì)磁繞組軸向移動(dòng)中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵(lì)磁繞組軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子第章同步電機(jī)機(jī)械端口機(jī)械端口轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心電端口電端口ABC返回第章同步電機(jī)返回第章同步電機(jī)1 1、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) （1 1）定子鐵心）定子鐵心返回第章同步電機(jī)返回第章同步電機(jī)1 1、汽、汽輪發(fā)電輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)返回第章同步電機(jī)2 2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(1)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)(2)

4、臥式水輪發(fā)電機(jī)臥式水輪發(fā)電機(jī)第章同步電機(jī)2 2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)轉(zhuǎn)子第章同步電機(jī)1.1.發(fā)電環(huán)節(jié)發(fā)電環(huán)節(jié)各種電機(jī)各種電機(jī) 引進(jìn)引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)第章同步電機(jī)國產(chǎn)國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)第章同步電機(jī)國產(chǎn)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子汽輪發(fā)電機(jī)定子第章同步電機(jī)國產(chǎn)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心第章同步電機(jī)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)第章同步電機(jī).1同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu).1.2 同步電機(jī)的基本工作原理與分類一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理大小大小：01104 44wE

5、.fN k 頻率頻率：60pnf 勵(lì)磁繞組通入直流電流后建立恒定磁勵(lì)磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場(chǎng)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速場(chǎng)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì) . . n0E相序相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。波形波形：由：由 可知，波形可知，波形取決于取決于 的空間分布。的空間分布。( x )eBlv ( x )B第章同步電機(jī)U2U1W2V1W1V2NSn發(fā)電機(jī)的物理過發(fā)電機(jī)的物理過程可用圖示表示程可用圖示表示旋轉(zhuǎn)示意圖1旋轉(zhuǎn)示意圖2第章同步電機(jī)二、同步電機(jī)的分類按按運(yùn)行運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和

6、調(diào)相機(jī)。方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。按按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動(dòng)機(jī)類別按原動(dòng)機(jī)類別, ,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等。油發(fā)電機(jī)等。汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2 2極，轉(zhuǎn)速極，轉(zhuǎn)速為為30003000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)

7、速低。同步電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。同步電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。第章同步電機(jī).1.3 同步電機(jī)的額定值對(duì)同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：對(duì)同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：3NNNNNNPScosU Icos )(kVUN額定電壓額定運(yùn)行時(shí)加在額定運(yùn)行時(shí)加在三相定子繞組上三相定子繞組上的線電壓。的線電壓。NNPS 額定功率額定容量 指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機(jī)是指指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機(jī)是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVAKVA或或KWKW。電動(dòng)機(jī)額定。電動(dòng)機(jī)額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸

8、上輸出的機(jī)械功率，單位是容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KWKW。調(diào)相。調(diào)相機(jī)用機(jī)用KVAKVA或或KvarKvar表示。表示。)(AIN額定電流在額定運(yùn)行狀在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子態(tài)下三相定子繞組的線電流繞組的線電流.fNfNNNNUInf額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電流額定轉(zhuǎn)速額定效率額定頻率額定功率因數(shù)Ncos第章同步電機(jī).2 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行fIfF0 f 0E 電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：01104 44wE.fN k 空載特性：空載特性： 同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通入直流同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通入直流電流電流 ，定子繞組開路的運(yùn)行稱為，定

9、子繞組開路的運(yùn)行稱為空載運(yùn)行空載運(yùn)行。fI空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 大?。捍笮。?E00Nfnn ,I,Ef(I ) 第章同步電機(jī).3 同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng): :電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波在氣隙中使氣隙電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波在氣隙中使氣隙磁通的大小及位置均發(fā)生變化磁通的大小及位置均發(fā)生變化, , 這種影響稱為電樞反應(yīng)這種影響稱為電樞反應(yīng). .電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)基波電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)基波 和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)基波和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)基波 之間的相對(duì)位置，即與空載電動(dòng)勢(shì)之間的相對(duì)位置，即與空載電動(dòng)勢(shì) 和電樞電流和電樞電流 之間的夾角之間的夾角 有關(guān)有關(guān). .0

10、E I fFaF勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的區(qū)別勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的區(qū)別基波基波波形波形大小大小位置位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向勵(lì)磁磁動(dòng)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勢(shì)正弦正弦波波恒定，由勵(lì)恒定，由勵(lì)磁電流決定磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置由轉(zhuǎn)子位置決定決定由原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定決定由原動(dòng)機(jī)由原動(dòng)機(jī)決定決定電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)正弦正弦波波恒定，由電恒定，由電樞電流決定樞電流決定由電流瞬時(shí)由電流瞬時(shí)值決定值決定由磁極對(duì)數(shù)和電由磁極對(duì)數(shù)和電流頻率決定流頻率決定由電流相由電流相序決定序決定第章同步電機(jī).3.1 時(shí)的電樞反應(yīng)00 d軸軸q軸軸 U軸軸U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW軸軸V軸fFaFF090電樞反應(yīng)

11、性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 和和電樞電流電樞電流 同同相位相位. .0EI090 角為角為之間夾之間夾與與afFFaqaFF 為為記記第章同步電機(jī)d軸軸q軸軸 U軸軸U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW軸軸V軸fF.3.2 時(shí)的電樞反應(yīng)090 空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 超超前電樞電流前電樞電流 0EI090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)aF090 角為角為之間夾之間夾與與afFFadaFF 為為記記第章同步電機(jī)d軸軸q軸軸 U軸軸U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW軸軸V軸fF6.3.36.3.3 時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)的電樞反應(yīng)090 空載

12、電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 滯后滯后電樞電流電樞電流 0EI090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)aF090 角角為為之之間間夾夾與與afFFadaFF 為為記記第章同步電機(jī)d軸軸q軸軸 U軸軸U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW軸軸V軸fF6.3.4 一般情況下的電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 超前超前電樞電流電樞電流 角角, , 009000EIaF090 電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸,還有直軸去磁電樞反應(yīng)090 角角為為之之間間夾夾與與afFF第章同步電機(jī)此種情況下此種情況下dqdqIIIII sinII cos -直軸分量直軸分量-交軸分量交軸分量0090成與EId

13、同相位與0EIqaadaqadaaqaFFFFF sinFF cos -直軸分量直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)-交軸分量交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)第章同步電機(jī)6.3.4 一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）上升上升下降下降 上升上升下降下降下降下降下降下降不變不變不變不變下降下降R、C增強(qiáng)增強(qiáng)交軸直交軸直軸助磁軸助磁d、q軸R、L削弱削弱交軸直交軸直軸去磁軸去磁d、q軸C增強(qiáng)增強(qiáng)直軸直軸助磁助磁d軸L削弱削弱直軸直軸去磁去磁d軸R波形波形畸變畸變交軸交軸q軸 負(fù)載負(fù)載性質(zhì)性質(zhì)對(duì)電機(jī)的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作記作夾角夾角 位置位置aFafFFaFaqFadFaqadF

14、F adFaqadFF F000900900090000090090)f(nU第章同步電機(jī)6.3.5 電樞反應(yīng)與機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換 電樞反應(yīng)是同步電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的重要物理現(xiàn)象，它不電樞反應(yīng)是同步電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的重要物理現(xiàn)象，它不僅是引起端電壓變化的主要原因，而且也是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)僅是引起端電壓變化的主要原因，而且也是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)-電能電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。量轉(zhuǎn)換的樞紐。.T，em電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸上上產(chǎn)產(chǎn)生生制制動(dòng)動(dòng)性性質(zhì)質(zhì)的的在在勵(lì)勵(lì)磁磁電電流流共共同同作作用用交交軸軸的的電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)磁磁場(chǎng)場(chǎng)與與.II ,IE,qq的的有有功功分分量量可可以以認(rèn)認(rèn)為為是是產(chǎn)產(chǎn)生生的的同同相相的的勢(shì)勢(shì)與與空空

15、載載電電動(dòng)動(dòng)交交軸軸電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)磁磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)是是時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)000 輸出的有功功率越大，有功分量電流就越輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸電樞反應(yīng)越強(qiáng)，大，交軸電樞反應(yīng)越強(qiáng)， 越大，這就越大，這就要求原動(dòng)機(jī)輸入更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，維持電要求原動(dòng)機(jī)輸入更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，維持電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變。機(jī)的轉(zhuǎn)速不變。emT第章同步電機(jī).II,IE,）(dd的的無無功功分分量量是是可可以以認(rèn)認(rèn)為為的的產(chǎn)產(chǎn)生生的的成成與與直直軸軸電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)磁磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)是是時(shí)時(shí)或或當(dāng)當(dāng)0000909090 說明發(fā)電機(jī)帶感性說明發(fā)電機(jī)帶感性( (或容性或容性) )無無功負(fù)載時(shí)功負(fù)載時(shí), ,不需要原動(dòng)機(jī)增加能量不需要原動(dòng)機(jī)增

16、加能量. . 但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對(duì)氣隙但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有去磁（或助磁）作用，致使電壓下降磁場(chǎng)有去磁（或助磁）作用，致使電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定所需的勵(lì)磁電流（或上升）。為維持電壓恒定所需的勵(lì)磁電流也需要相應(yīng)增加（或減?。?。也需要相應(yīng)增加（或減?。?直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)與勵(lì)磁直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)與勵(lì)磁電流共同作用電流共同作用, ,在勵(lì)磁繞組上產(chǎn)在勵(lì)磁繞組上產(chǎn)生電磁力生電磁力, ,但不能形成電磁轉(zhuǎn)矩但不能形成電磁轉(zhuǎn)矩. .第章同步電機(jī) 一般情況下，發(fā)電機(jī)既帶有功負(fù)載，又帶感性無功負(fù)一般情況下，發(fā)電機(jī)既帶有功負(fù)載，又帶感性無功負(fù)載，有功電流的變化影響發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)

17、速及頻率，無功電流載，有功電流的變化影響發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及頻率，無功電流的變化影響發(fā)電機(jī)的電壓。的變化影響發(fā)電機(jī)的電壓。 綜上所述，交軸電樞反應(yīng)的存在是實(shí)現(xiàn)機(jī)綜上所述，交軸電樞反應(yīng)的存在是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。換的關(guān)鍵。為了保持發(fā)電機(jī)的頻率和電壓的穩(wěn)定，必須隨負(fù)載變?yōu)榱吮３职l(fā)電機(jī)的頻率和電壓的穩(wěn)定，必須隨負(fù)載變化及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入功率和勵(lì)磁電流?；皶r(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入功率和勵(lì)磁電流。第章同步電機(jī)6.4.1 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖.4 同步電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：fIfF0f0EdIadFadadEqIaqFaqaqEEI不計(jì)磁路飽和時(shí)

18、有下列關(guān)系不計(jì)磁路飽和時(shí)有下列關(guān)系addadaqqaqEjI XEjI XEjIX 由于由于qdIII且令且令dadqaqXXXXXX則電動(dòng)勢(shì)平衡方程則電動(dòng)勢(shì)平衡方程0addqqEUIRjI XjI XdqXX-直軸同步電抗直軸同步電抗-交軸同步電抗交軸同步電抗分別表征在對(duì)稱負(fù)載下，單位直軸或分別表征在對(duì)稱負(fù)載下，單位直軸或交軸三相電流產(chǎn)生的總電樞磁場(chǎng)在電交軸三相電流產(chǎn)生的總電樞磁場(chǎng)在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。樞每一相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。第章同步電機(jī)二、凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖作圖步驟作圖步驟;IU)(和和根根據(jù)據(jù)已已知知條條件件繪繪出出1;IEEXI jRIUE)(QQqaQ的的夾夾角角與

19、與及及作作出出根根據(jù)據(jù) 2;III)(qd和和分分解解成成角角將將根根據(jù)據(jù)3.EOG,G,XI jXI jM,XI jXI jRIUE)(ddqqqqdda004線線段段即即得得連連接接端端得得到到末末及及點(diǎn)點(diǎn)依依次次作作出出從從根根據(jù)據(jù) 第章同步電機(jī)6.4.2隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、相量圖和等效電路一、電動(dòng)勢(shì)方程電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：fIfF0f0EaaEEIaF不計(jì)磁路飽和時(shí)有下列關(guān)系不計(jì)磁路飽和時(shí)有下列關(guān)系令令taXXX 電動(dòng)勢(shì)平衡方程電動(dòng)勢(shì)平衡方程0atEUIRjIX tX-同步電抗同步電抗aaEjIXEjIX 表征在對(duì)稱負(fù)載下，單位三相電流表征在對(duì)稱負(fù)載下，單位三相電流產(chǎn)生的電樞總

20、磁場(chǎng)在電樞每一相繞組中產(chǎn)生的電樞總磁場(chǎng)在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。第章同步電機(jī)二、等效電路和相量圖等效電路等效電路相量圖相量圖根據(jù)相量圖可求出根據(jù)相量圖可求出 220atEU cosR IU sinX I taX IU sinarctanR IU cos 第章同步電機(jī) 當(dāng)忽略電樞回路電阻時(shí)得到的等效電路稱為當(dāng)忽略電樞回路電阻時(shí)得到的等效電路稱為簡化等簡化等效電路效電路, ,對(duì)應(yīng)的相量圖稱為對(duì)應(yīng)的相量圖稱為簡化相量圖簡化相量圖思考題 分別作出汽輪同步發(fā)電機(jī)帶分別作出汽輪同步發(fā)電機(jī)帶阻性阻性、純感性純感性、純?nèi)菪约內(nèi)菪?、電感性電感性、電容性電容性?fù)負(fù)載時(shí)的簡化相量圖？并說明各種情

21、況載時(shí)的簡化相量圖？并說明各種情況下下電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)的性質(zhì)？的性質(zhì)？第章同步電機(jī)6.4.3 同步發(fā)電機(jī)特性一、空載特性定義定義：1000fnn ,I,UEf ( I ) 空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。電壓變化率等。 實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對(duì)稱性、匝間短路、相電樞繞組的對(duì)稱性、匝間

22、短路、判斷勵(lì)磁繞組和定子鐵心有無故障判斷勵(lì)磁繞組和定子鐵心有無故障等。等。 第章同步電機(jī)二、短路特性定義定義：10Sfnn ,U,If ( I ) 短路時(shí)的等效電路短路時(shí)的等效電路短路特性曲線短路特性曲線 短路特性與短路特性與空載特性配合可空載特性配合可以求出電機(jī)的同以求出電機(jī)的同步電抗。步電抗。第章同步電機(jī)三、外特性定義定義：1fnn ,IC ,cosC ,Uf ( I ) 外特性曲線外特性曲線 當(dāng)發(fā)電機(jī)帶當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性阻性和和感性負(fù)載感性負(fù)載時(shí)，時(shí)，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降. 帶帶容性容

23、性負(fù)載時(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的負(fù)載時(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時(shí)，外特性是上容抗大于同步電抗）時(shí)，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。容性電流在漏抗上的壓降。第章同步電機(jī)四、調(diào)節(jié)特性定義定義：1fnn ,UC ,cosC ,If ( I ) 調(diào)整特性曲線調(diào)整特性曲線 在在感性感性和和阻性阻性負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載電流負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載電流的增加，必須增加勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反的增加，必須增加勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對(duì)恒定；對(duì)容性容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，負(fù)載，隨著

24、負(fù)載電流的增加，必須減小勵(lì)磁電流。必須減小勵(lì)磁電流。 在功率因數(shù)一定情況下在功率因數(shù)一定情況下, ,根據(jù)調(diào)整特根據(jù)調(diào)整特性曲線性曲線, ,可確定在負(fù)載變化范圍內(nèi)可確定在負(fù)載變化范圍內(nèi), ,維持維持電壓不變所需的勵(lì)磁電流的變化范圍。電壓不變所需的勵(lì)磁電流的變化范圍。運(yùn)行人員可利用調(diào)整特性曲線運(yùn)行人員可利用調(diào)整特性曲線, ,使系統(tǒng)中使系統(tǒng)中無功功率的分配更合理一些。無功功率的分配更合理一些。第章同步電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的含義.5 同步電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行1 1、提高供電的可靠性；、提高供電的可靠性；2 2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性；、提高供電的經(jīng)濟(jì)性；3 3、提高電能的質(zhì)量。、提高電能的質(zhì)量。無窮大電網(wǎng)的含義0cccS

25、UCfCZ 將兩臺(tái)或更多臺(tái)發(fā)電機(jī)分別接在電力系統(tǒng)對(duì)應(yīng)母線上，或?qū)膳_(tái)或更多臺(tái)發(fā)電機(jī)分別接在電力系統(tǒng)對(duì)應(yīng)母線上，或通過變壓器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同向負(fù)荷通過變壓器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同向負(fù)荷供電。供電。并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)并列方法1.1.準(zhǔn)同期法準(zhǔn)同期法2.2.自同期法自同期法第章同步電機(jī)6.5.1 并聯(lián)運(yùn)行的條件一、準(zhǔn)同期并列的條件1.1.待并發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；待并發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；2.2.待并發(fā)電機(jī)電壓相位相同與電網(wǎng)電壓相位相同；待并發(fā)電機(jī)電壓相位相同與電網(wǎng)電壓相位相同；3.3.待并發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相同；待并發(fā)電機(jī)電壓頻率與電

26、網(wǎng)電壓頻率相同； 4.4.待并發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同。待并發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同。 上述條件（上述條件（4 4）一般在安裝發(fā)電機(jī)時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向確）一般在安裝發(fā)電機(jī)時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向確定了發(fā)電機(jī)的相序而滿足，因此運(yùn)行人員在并列時(shí)只需調(diào)節(jié)發(fā)定了發(fā)電機(jī)的相序而滿足，因此運(yùn)行人員在并列時(shí)只需調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)使其滿足其它三個(gè)條件即可。電機(jī)使其滿足其它三個(gè)條件即可。 不滿足任一條件的并列稱為非同期并列，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)不滿足任一條件的并列稱為非同期并列，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。重的危害。重點(diǎn)重點(diǎn)內(nèi)容內(nèi)容第章同步電機(jī)1. 1. 電壓大小不等電壓大小不等此時(shí)此時(shí),ab,ab兩端有電位差兩端有電位差

27、gcUUU 在電位差的作用下發(fā)電機(jī)產(chǎn)生在電位差的作用下發(fā)電機(jī)產(chǎn)生沖擊電流，即沖擊電流，即gccddUUUIjxjx 沖擊電流為無功沖擊電流為無功分量，不會(huì)加重原動(dòng)分量，不會(huì)加重原動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，但會(huì)在電機(jī)的負(fù)擔(dān)，但會(huì)在電樞繞組中產(chǎn)生很大的樞繞組中產(chǎn)生很大的沖擊力，使電樞繞組沖擊力，使電樞繞組端部受沖擊力的作用端部受沖擊力的作用而變形。而變形。第章同步電機(jī)2. 2. 相位不同相位不同如如圖圖反反相相和和若若,UUcg 電位差可達(dá)發(fā)電機(jī)電位差可達(dá)發(fā)電機(jī)電壓的兩倍，若此時(shí)并電壓的兩倍，若此時(shí)并列，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊列，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，發(fā)電機(jī)會(huì)因遭受電流，發(fā)電機(jī)會(huì)因遭受巨大的沖擊力而損壞。巨大的沖擊力

28、而損壞。如如圖圖稍稍超超前前若若,UUcg沖擊電流的影響：沖擊電流的影響：1)1)電樞繞組端電樞繞組端部受部受力力變形變形; 2); 2)轉(zhuǎn)軸上受沖擊轉(zhuǎn)軸上受沖擊轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的作用的作用, ,使機(jī)軸扭曲變形使機(jī)軸扭曲變形; ;) )電樞繞組電樞繞組發(fā)熱發(fā)熱. .此時(shí)此時(shí),ab,ab兩端有電位差兩端有電位差gcUUU 第章同步電機(jī)3. 3. 頻率不同頻率不同。UUcg同同為為大大小小相相等等而而角角速速度度不不和和。、U變變化化的的拍拍振振電電壓壓時(shí)時(shí)小小時(shí)時(shí)大大為為瞬瞬時(shí)時(shí)值值的的幅幅值值有有規(guī)規(guī)律律轉(zhuǎn)軸上時(shí)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、時(shí)而產(chǎn)轉(zhuǎn)軸上時(shí)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、時(shí)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，結(jié)果是電機(jī)振動(dòng)。生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

29、，結(jié)果是電機(jī)振動(dòng)。拍振電流使電樞繞組端拍振電流使電樞繞組端部受力變形，使電樞繞部受力變形，使電樞繞組發(fā)熱。組發(fā)熱。第章同步電機(jī) 頻率差過大電機(jī)不能并列；頻率差較小時(shí)，靠頻率差過大電機(jī)不能并列；頻率差較小時(shí)，靠自整步作用，可以把發(fā)電機(jī)拉入同步。作用，可以把發(fā)電機(jī)拉入同步。.cgcaccgcgff，II，UU,ff 直直到到使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子減減速速矩矩轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸產(chǎn)產(chǎn)生生制制動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)對(duì)對(duì)的的有有功功分分量量沖沖擊擊電電流流前前超超時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng).cgcaccgff，II,ff 直直到到速速使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子加加矩矩軸軸產(chǎn)產(chǎn)生生驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)功功分分量量的的有有擊擊電電流流沖沖時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)?shù)谡峦诫姍C(jī)4. 4. 相序

30、不同相序不同.,UU,UU,gcg流流而而危危及及電電機(jī)機(jī)它它將將產(chǎn)產(chǎn)生生巨巨大大的的沖沖擊擊電電等等于于恒恒恒恒差差與與因因?yàn)闉榇舜藭r(shí)時(shí)能能并并列列相相序序不不同同的的發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)絕絕不不31200 發(fā)電機(jī)實(shí)際并列時(shí)，除了相序必須一致外，其它條件允發(fā)電機(jī)實(shí)際并列時(shí)，除了相序必須一致外，其它條件允許有一定的偏差，如許有一定的偏差，如U U不超過不超過10%10%，相位差不超過，相位差不超過10%10%，頻率，頻率偏差不超過偏差不超過0.2%0.5%0.2%0.5%（0.10.25Hz)0.10.25Hz)。二、自同期法 相序正確前提下，起動(dòng)未加勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速接近同相序正確前提下，起動(dòng)未

31、加勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)，合上同步開關(guān)，將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，然后加上發(fā)電機(jī)勵(lì)磁步速時(shí)，合上同步開關(guān)，將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，然后加上發(fā)電機(jī)勵(lì)磁將發(fā)電機(jī)牽入同步。并網(wǎng)前，勵(lì)磁繞組需經(jīng)限流電阻閉合。將發(fā)電機(jī)牽入同步。并網(wǎng)前，勵(lì)磁繞組需經(jīng)限流電阻閉合。第章同步電機(jī)6.5.2 有功功角特性及有功功率調(diào)節(jié).5 同步電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行一、功率和轉(zhuǎn)矩平衡110212emmecFeademcuPP( PPP)PPPPPPmUI cos 輸入輸入功率功率P1機(jī)械損機(jī)械損耗耗pmec附加損附加損耗耗p padad鐵損鐵損pFe電磁功電磁功率率Pem定子銅損定子銅損pcu1輸出功輸出功率率P P2 2第章同步電機(jī)60211

32、01nPPPem角速度兩邊同時(shí)除以同步機(jī)械在01111emPPP 可得轉(zhuǎn)矩平衡方程為可得轉(zhuǎn)矩平衡方程為10emTTT 10emTTT 或 上式說明，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與制上式說明，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩之和平衡。動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩之和平衡。第章同步電機(jī)二、有功功率功角特性定義定義：tqd、X、XX0EfI)(fPem 并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率一定、并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率一定、參數(shù)（參數(shù)（ ）為常數(shù)、空載電動(dòng)勢(shì)）為常數(shù)、空載電動(dòng)勢(shì) 不變（即不變（即 不變）時(shí)，不變）時(shí)， 為有功功率

33、功角特性。為有功功率功角特性。凸極發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性凸極發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性2021122emdqdE UUPPmUIcosmsinmsinXXX 隱極發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性隱極發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性0emtE UPmUI cosmsinX 第章同步電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)有功功水輪發(fā)電機(jī)有功功率功角特性曲線率功角特性曲線 水輪發(fā)電機(jī)的有功水輪發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性分兩部分功率功角特性分兩部分: :基基本本電電磁磁功功率率 sinXUEmPdem0附加電磁功率的特點(diǎn)附加電磁功率的特點(diǎn): :;時(shí)附加電磁功率最大045;E 無關(guān)附加電磁功率與0.XXqd產(chǎn)生的附加電磁功率是由于附附加加電電磁

34、磁功功率率 21122sin)XX(UmPdqem第章同步電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)的功角特汽輪發(fā)電機(jī)的功角特性曲線性曲線汽輪發(fā)電機(jī)的有功功汽輪發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性的特點(diǎn)率功角特性的特點(diǎn): :;sinP)em成成正正比比的的正正弦弦函函數(shù)數(shù)與與功功角角電電磁磁功功率率1;XUmEP,)tmaxem00902功率達(dá)到極限值時(shí).,P,)em動(dòng)機(jī)運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)為電為負(fù)值01803第章同步電機(jī)1 1、是電動(dòng)勢(shì)、是電動(dòng)勢(shì) 和電壓和電壓 間的時(shí)間相位角間的時(shí)間相位角; ;0EUfFuF或稱是勵(lì)磁磁勢(shì)或稱是勵(lì)磁磁勢(shì) 和合成磁勢(shì)和合成磁勢(shì) 間的空間夾角。間的空間夾角。2 2、是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的主磁通和產(chǎn)生電壓

35、的主磁通和產(chǎn)生電壓 的電樞等效假想的電樞等效假想磁通之間的夾角。磁通之間的夾角。0EU0u。FF,)(,、,U,ufuauuu間間的的空空間間夾夾角角之之與與定定子子合合成成磁磁極極極極之之間間的的夾夾角角即即為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁由由因因此此所所產(chǎn)產(chǎn)生生簡簡稱稱定定子子合合成成磁磁極極個(gè)個(gè)等等效效合合成成磁磁極極并并假假定定它它是是由由定定子子的的一一合合成成和和由由產(chǎn)產(chǎn)生生的的是是假假定定發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)的的端端電電壓壓是是一一個(gè)個(gè)虛虛擬擬磁磁通通00功角功角 的雙重物理意義的雙重物理意義第章同步電機(jī)用圖示功角的雙重物理意義用圖示功角的雙重物理意義第章同步電機(jī)）。（，。),(UE,制制動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩極

36、極一一個(gè)個(gè)反反作作用用力力定定子子合合成成磁磁極極給給轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁極極同同步步旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁極極拖拖動(dòng)動(dòng)定定子子合合成成穩(wěn)穩(wěn)定定運(yùn)運(yùn)行行時(shí)時(shí)角角磁磁極極軸軸線線一一個(gè)個(gè)合合成成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁極極軸軸線線超超前前定定子子超超前前在在發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)行行時(shí)時(shí)000 轉(zhuǎn)子因有原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服定子合成磁極的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而作功,實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,將由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵觥?可見，功角是研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，可見，功角是研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，它不僅決定了發(fā)電機(jī)輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)電它不僅決定了發(fā)電機(jī)輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相

37、對(duì)空間位置，通過它把同步電機(jī)的電磁關(guān)系和機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)空間位置，通過它把同步電機(jī)的電磁關(guān)系和機(jī)械運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來。械運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來。第章同步電機(jī) 發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)輸入的功率用來平衡各種損耗，發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)輸入的功率用來平衡各種損耗，此時(shí)此時(shí) ，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，它們之間只有徑向力而無，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，它們之間只有徑向力而無切向力，所以切向力，所以 ，在功角特性的，在功角特性的0 0點(diǎn)上。點(diǎn)上。0000emPemP0。a,TT，TP，TT，P),(emememem點(diǎn)點(diǎn)如如圖圖為為止止直直到到逐逐漸漸增增大大和和電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩功功率率逐逐漸漸變變大大輸輸出出增增大大

38、入入功功率率發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)輸輸開開大大汽汽門門增增大大原原動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩 111aa1P 可見，并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)可見，并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)要調(diào)節(jié)有功功率輸出，只需調(diào)節(jié)原電機(jī)要調(diào)節(jié)有功功率輸出，只需調(diào)節(jié)原動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在功率極限角范圍內(nèi)，輸入轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在功率極限角范圍內(nèi)，輸入轉(zhuǎn)矩越大，有功功率輸出就越大。矩越大，有功功率輸出就越大。第章同步電機(jī)四、靜態(tài)穩(wěn)定的概念靜態(tài)穩(wěn)定：指并聯(lián)在電網(wǎng)上穩(wěn)定運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)受電指并聯(lián)在電網(wǎng)上穩(wěn)定運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)受電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面某些微小擾動(dòng)時(shí)，能在這種干擾消失后，繼網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面某些微小擾動(dòng)時(shí)，能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。續(xù)保

39、持原來穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。emP0aa1Pbb在在a a點(diǎn)運(yùn)行時(shí)電機(jī)具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力。點(diǎn)運(yùn)行時(shí)電機(jī)具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力。若干擾使功角若干擾使功角增大到增大到aa點(diǎn)，點(diǎn)， P Pemem和和T Temem增大，迫使電機(jī)減速，功角增大，迫使電機(jī)減速，功角變小，電機(jī)變小，電機(jī)回到回到a a點(diǎn)。點(diǎn)。a干擾使功角干擾使功角減小時(shí)，有同樣結(jié)論。所以減小時(shí)，有同樣結(jié)論。所以a a點(diǎn)稱為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。點(diǎn)稱為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。而而b b點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，分析略。點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，分析略。第章同步電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：比整步功率(kW/rad)0emsyndPPd 對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，比整步功率為比整步功率為0em

40、syntdPE UPmcosdx emP0synPsynPemP090在電機(jī)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，在電機(jī)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)， 越大，電機(jī)穩(wěn)定增越大，電機(jī)穩(wěn)定增長性越好。長性越好。synP第章同步電機(jī)五、過載能力汽輪發(fā)電機(jī)的過載能力汽輪發(fā)電機(jī)的過載能力em maxNPP 001em maxtNNNtE UmPxE UPsinmsinx 最大電磁功率與額定功率的比值稱為過載能力。最大電磁功率與額定功率的比值稱為過載能力。 過載能力越大，電機(jī)的穩(wěn)定性越好。過載能力是表達(dá)靜態(tài)穩(wěn)過載能力越大，電機(jī)的穩(wěn)定性越好。過載能力是表達(dá)靜態(tài)穩(wěn)定的能力，不是發(fā)電機(jī)可以過載的倍數(shù)。定的能力，不是發(fā)電機(jī)可以過載的倍數(shù)。 過載能力設(shè)計(jì)得在一

41、點(diǎn)，是從提高稱定觀點(diǎn)考慮的，不是從過載能力設(shè)計(jì)得在一點(diǎn)，是從提高稱定觀點(diǎn)考慮的，不是從發(fā)熱觀點(diǎn)考慮的。發(fā)熱觀點(diǎn)考慮的。第章同步電機(jī)6.5.3 無功功角特性及V形曲線一、無功功率功角特性 并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率恒定、參并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率恒定、參數(shù)（數(shù)（x xd d、x xq q、x xt t）為常數(shù)、空載電勢(shì)）為常數(shù)、空載電勢(shì)E E0 0不變（即不變（即 I If f 不變）時(shí)，不變）時(shí)，Q=f()Q=f()為無功功率功角特性為無功功率功角特性。水輪發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性水輪發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性2201111222dqdqdE UUUQmUI

42、 sinmcosmmsinxxxxx 汽輪發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性汽輪發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性20ttE UUQmUI sinmcosmxx 第章同步電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性曲線汽輪發(fā)電機(jī)無功功率的功角特性曲線tXUmQ2t0XU)U(EmQQ001EUcos 090 幾個(gè)特殊點(diǎn)幾個(gè)特殊點(diǎn): :001EUcos0Q090第章同步電機(jī)QPem1P1emP1Qaabb2Qb2emP 從能量守恒觀點(diǎn)看，并從能量守恒觀點(diǎn)看，并網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無功功率，不需調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)來功功率，不需調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)來的輸入功率，只需改變勵(lì)磁的輸入功率，只需改變勵(lì)磁電流。電流。調(diào)節(jié) 前，ae

43、maemQ，QPP fIbemaembemQ，QPPP 增大 后fI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 不影響發(fā)電機(jī)的有功功率輸出不影響發(fā)電機(jī)的有功功率輸出, ,但影響電機(jī)的穩(wěn)定性能。但影響電機(jī)的穩(wěn)定性能。fI調(diào)節(jié)無功時(shí)不影響有功功率的輸出調(diào)節(jié)無功時(shí)不影響有功功率的輸出, ,但是調(diào)節(jié)有功時(shí)影響無功功但是調(diào)節(jié)有功時(shí)影響無功功率輸出率輸出. .第章同步電機(jī)三、相量分析1.1.正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁0100,cos,P,QUI0EtXI j2.2.過勵(lì)磁過勵(lì)磁01E1tXI j11I)Q(QP),(cos,CL或吸發(fā)滯后003.3.欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁tXI j202E22I)Q(QP),(cos,LC或或吸吸發(fā)發(fā)超超前前00 303E3

44、ItXI j3第章同步電機(jī)四、V形曲線 并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表示電樞電流示電樞電流 和勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流 的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 稱為稱為“V”V”形形曲線。曲線。IfI)f(IIf 發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子電流定子電流和和勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流是運(yùn)行人員主要監(jiān)視的是運(yùn)行人員主要監(jiān)視的兩個(gè)物理量，這兩個(gè)量關(guān)系到定子繞組和勵(lì)磁繞組的溫度，又兩個(gè)物理量，這兩個(gè)量關(guān)系到定子繞組和勵(lì)磁繞組的溫度，又牽涉到功率因數(shù)的超前或滯后以及運(yùn)行的穩(wěn)定性問題。牽涉到功率因數(shù)的超前或滯后以及運(yùn)行的穩(wěn)定性問題。 對(duì)于一個(gè)給定的有功功率輸出

45、就有一條對(duì)于一個(gè)給定的有功功率輸出就有一條V V形曲線，有功功率形曲線，有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇“V”V”形曲線。形曲線。第章同步電機(jī)勵(lì)磁正常IfI01cos欠勵(lì)過勵(lì)eemememmPPPP 區(qū)域不穩(wěn)定0900emP emPemPemP第章同步電機(jī)V形曲線的特點(diǎn)2.2.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：=90=900 0，連線向右傾斜，連線向右傾斜; ;1.1.每條曲線的最低點(diǎn)每條曲線的最低點(diǎn), , ,定子電流最小定子電流最小, ,且全為有功電流，且全為有功電流，這些點(diǎn)的連線向右傾斜；這些點(diǎn)的連線向右傾斜；1cos3.3.每條曲線上的電流變

46、化量每條曲線上的電流變化量I I 為無功分量為無功分量; ;4.4.勵(lì)磁電流從零開始增大時(shí)，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小勵(lì)磁電流從零開始增大時(shí)，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小后增大。后增大。表明要輸出純有功功率，必須相應(yīng)增加一些勵(lì)磁電流。表明要輸出純有功功率，必須相應(yīng)增加一些勵(lì)磁電流。表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵(lì)磁電流也越大。第章同步電機(jī)6.6.1 同步電動(dòng)機(jī).6 同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)一、同步電機(jī)的可逆原理 同步電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電同步電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，如圖所示。機(jī)狀態(tài)時(shí)，如圖所示。 轉(zhuǎn)子磁極軸線超前定子轉(zhuǎn)子磁極軸線超前定子合成磁極軸線，合成磁極軸線，00，電機(jī)，電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電

47、能。把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 同步電機(jī)的運(yùn)行是可逆同步電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，既可以用作發(fā)電機(jī)，還的，既可以用作發(fā)電機(jī)，還可以用作電動(dòng)機(jī)?？梢杂米麟妱?dòng)機(jī)。第章同步電機(jī) 逐步減少發(fā)電機(jī)的逐步減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，轉(zhuǎn)子將瞬時(shí)輸入功率，轉(zhuǎn)子將瞬時(shí)減速，減速，角減小，相應(yīng)角減小，相應(yīng)的電磁功率也減少。的電磁功率也減少。 當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率只能滿足空載損耗時(shí)，發(fā)只能滿足空載損耗時(shí)，發(fā)電機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)。第章同步電機(jī) 繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，則則和和 P Pemem變?yōu)樨?fù)值變?yōu)樨?fù)值。卸動(dòng)原動(dòng)機(jī)，。卸動(dòng)原動(dòng)機(jī)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收功率滿足空載損耗，電機(jī)從電網(wǎng)吸收功率滿足空載損耗，成為空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。成為空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)軸上加上機(jī)械負(fù)載，電機(jī)軸上