勘察設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ) 電氣工程基礎(chǔ)課程 2015-7-15晚上課件

1、注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試 專業(yè)基礎(chǔ)部分專業(yè)基礎(chǔ)部分第四章第四章 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)第九講 同步電機(jī)考試大綱要求大綱考點(diǎn)大綱考點(diǎn)額定值、額定值、電樞反應(yīng)、電樞反應(yīng)、同步電抗同步電抗同步電機(jī)的并同步電機(jī)的并網(wǎng)條件與功率網(wǎng)條件與功率調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)同步電機(jī)的運(yùn)行特性絕緣系統(tǒng)、溫升要求和冷卻方式；勵(lì)磁系統(tǒng)介紹以及運(yùn)行維護(hù)要點(diǎn)出題頻率1-2題復(fù)習(xí)要求公式不多，重在理解分析，計(jì)算較為簡易，抓住核心第九講 同步電機(jī)第九講 同步電機(jī)以汽輪發(fā)電機(jī)為例以汽輪發(fā)電

2、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)子汽輪同步電機(jī)的基本結(jié)

3、構(gòu)汽輪同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)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）定子鐵心汽輪汽輪發(fā)電發(fā)電機(jī)結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu) （2 2）定子定子繞組繞組汽輪發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)電機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)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)臥式水輪發(fā)電機(jī)臥式水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(3)燈泡貫流式水燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(4)(4)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)國產(chǎn)

4、國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)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)同步電機(jī)的基本工作原理及其分類同步電機(jī)的基本工作原理及其分類一、三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理一、三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理大小大?。?110444kfN.Ew頻率頻率：60pnf 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 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

5、轉(zhuǎn)向決定。波形波形：由：由 可知，波形取決于可知，波形取決于 的空間分布。的空間分布。lvBe(x)(x)BXAZBCYNSn三相同步發(fā)電三相同步發(fā)電機(jī)的物理過程機(jī)的物理過程可用圖示表示可用圖示表示同步電機(jī)的分類同步電機(jī)的分類按運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。按運(yùn)行方式，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。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。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)和柴油發(fā)電機(jī)等。同

6、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。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)速為極，轉(zhuǎn)速為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)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。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分，有空外冷、氫冷、水內(nèi)冷按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分，有空外冷、氫冷、水內(nèi)冷同步電機(jī)的型號(hào)和額定值同步電機(jī)的型號(hào)和額定值一、型號(hào)一、型號(hào)發(fā)電機(jī)型號(hào)表示該發(fā)電機(jī)的類型和特點(diǎn)發(fā)電機(jī)型號(hào)表示該發(fā)電機(jī)的類型和特點(diǎn) QFQS-

7、200-2表示定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷的二極汽輪發(fā)電機(jī)，容量為表示定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷的二極汽輪發(fā)電機(jī)，容量為200MW。 854/210-40854/210-40表示立式同步水輪發(fā)電機(jī)，定子鐵心外徑為表示立式同步水輪發(fā)電機(jī)，定子鐵心外徑為854cm854cm，定子鐵心長度為，定子鐵心長度為210cm210cm，有，有4040個(gè)磁極。個(gè)磁極。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：NNcosIUcosSPNNNN3)(kVUN額定電壓額定運(yùn)行時(shí)加在三相定子繞組上額定運(yùn)行時(shí)加在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

8、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KVAKVA或或KWKW。電動(dòng)機(jī)額定容。電動(dòng)機(jī)額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是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)相機(jī)用。調(diào)相機(jī)用KVAKVA或或KvarKvar表示。表示。)(AIN額定電流在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子在額定運(yùn)行狀態(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二、額定值二、額定值同步發(fā)電機(jī)的電樞

9、反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵(lì)磁電流，定子電樞繞組開路，這種運(yùn)行狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵(lì)磁電流，定子電樞繞組開路，這種運(yùn)行狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。一、同步發(fā)電機(jī)的空載特性一、同步發(fā)電機(jī)的空載特性勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流I If單獨(dú)建立的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F Ff f產(chǎn)生的主、漏磁通。產(chǎn)生的主、漏磁通。主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞

10、繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； 漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換. . fIfF0f0E空載時(shí)電磁關(guān)系空載時(shí)電磁關(guān)系：01104.44kfNEw空載特性空載特性：空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 大小大?。?E)f(IE,I ,nnfN00空載特性曲線空載特性曲線：氣隙線氣隙線)f(F)f(IEff0000ENUffFIfI0fI電樞反應(yīng)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

11、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，之間的相對(duì)位置，即與空載電動(dòng)勢(shì)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). .0EIfFaF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

12、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準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作1.三個(gè)角三個(gè)角1)1)內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角:是是 與與 之間的時(shí)間相位角之間的時(shí)間相位角, ,與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān)與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān). .0EI2)2)外功率因數(shù)角外功率因數(shù)角:是是 與與 之間的時(shí)間相位角之間的時(shí)間相位角, ,與負(fù)載有關(guān)與負(fù)載有關(guān). .UI3)3)功率角功率角( (功角功角) ):是是 與與 之間的時(shí)間相位角之間的時(shí)間相位角. .0EU三個(gè)角之間的關(guān)系為三個(gè)角之間的關(guān)系為IUI0EU0E2.四個(gè)軸四個(gè)軸直

13、軸直軸( (縱軸、縱軸、d d軸）軸）：主磁極軸線位置。：主磁極軸線位置。交軸（橫軸、交軸（橫軸、q q軸）軸）：與直軸成與直軸成90900 0電角度的位置。電角度的位置。 相軸相軸：每相繞組的軸線位置。每相繞組的軸線位置。時(shí)軸時(shí)軸：時(shí)間相量在其上投影可時(shí)間相量在其上投影可得到時(shí)間量的瞬時(shí)值。得到時(shí)間量的瞬時(shí)值。q軸軸 A AX X Z ZB BCYNSd軸軸C軸軸B軸軸A軸軸1. 1. 時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)的電樞反應(yīng)00d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fFaFF090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 和電樞電流和電樞電流 同

14、相位同相位. .0EI090角為之間夾與afFFaqaFF 為記d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fF2. 2. 時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)的電樞反應(yīng)090空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 超前電樞電流超前電樞電流 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)直軸去磁電樞反應(yīng)aF090角為之間夾與afFFadaFF 為記d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fF3. 3. 時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)的電樞反應(yīng)090空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 滯后電樞電流滯后電樞電流 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)直軸助磁電樞反應(yīng)aF090角為之間夾與afF

15、FadaFF 為記d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fF空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 超前電樞電流超前電樞電流 角角0EI090角為之間夾與afFFaF090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸既有交軸,還有直軸還有直軸去磁電樞反應(yīng)去磁電樞反應(yīng)4. 4. 的電樞反應(yīng)的電樞反應(yīng)00900此種情況下此種情況下, ,IcosIIsinIIIIqdqd-直軸分量直軸分量-交軸分量交軸分量0090成與EId同相位與0EIqcosFFsinFFFFFaaqaadaqada-直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)-交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁

16、動(dòng)勢(shì)0EdIqIIadFaqFaFfF090一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）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 R、C C增強(qiáng)增強(qiáng)交、直交、直助助d d、q q軸軸R R、L L削弱削弱交、直交、直去去d d、q q軸軸C C增強(qiáng)增強(qiáng)直、助直、助d d軸軸L L削弱削弱直、去直、去d d軸軸R R波形波形畸變畸變交軸交軸q q軸軸 負(fù)載負(fù)載性質(zhì)性質(zhì)對(duì)電機(jī)的影響對(duì)電機(jī)的影響電樞反電樞反應(yīng)性質(zhì)應(yīng)性質(zhì)記作記作夾角夾角 位置位置aFafFFaFaqFadFaqadFF adFaqadFF F000900900090000090090)f

17、(nU三、電磁轉(zhuǎn)矩三、電磁轉(zhuǎn)矩 同步發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，它與勵(lì)磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電同步發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，它與勵(lì)磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換。 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)，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為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)，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為了保持電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，要求原動(dòng)機(jī)輸入更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩了保持電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，要求原動(dòng)機(jī)輸入更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)有功功率。調(diào)節(jié)有功功率。1.1.有功電流產(chǎn)生電磁力有功電流產(chǎn)生電磁力, ,

18、形成電磁轉(zhuǎn)矩形成電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)載當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)載( (阻性負(fù)載阻性負(fù)載) )時(shí)時(shí), ,可以近似認(rèn)為可以近似認(rèn)為0即，電樞繞組流過有功電流時(shí)即，電樞繞組流過有功電流時(shí), ,產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，并形成制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生電磁力，并形成制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。2.2.無功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩?zé)o功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩 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) )無功負(fù)載時(shí)無功負(fù)載時(shí), ,不需要原動(dòng)機(jī)增加能量。不需要原動(dòng)機(jī)增加能量。 但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有去磁（

19、或助磁）作用，致使但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有去磁（或助磁）作用，致使發(fā)電機(jī)端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵(lì)磁電流需要相應(yīng)增加（或發(fā)電機(jī)端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵(lì)磁電流需要相應(yīng)增加（或減?。p?。┱{(diào)節(jié)無功功率。調(diào)節(jié)無功功率。發(fā)電機(jī)帶電感或電容負(fù)載發(fā)電機(jī)帶電感或電容負(fù)載( (無功負(fù)載無功負(fù)載) )時(shí)時(shí), ,可以認(rèn)為可以認(rèn)為0090或90產(chǎn)生直軸去磁產(chǎn)生直軸去磁( (或助磁或助磁) )電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩。同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖同步發(fā)電機(jī)

20、的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖一、同步電抗一、同步電抗 由于定子漏磁通的路徑主要是氣隙，磁路不飽和，所以漏抗為常數(shù)。由于定子漏磁通的路徑主要是氣隙，磁路不飽和，所以漏抗為常數(shù)。 漏磁通dIadFadadEqIaqFaqaqEEI不考慮磁路飽和時(shí)不考慮磁路飽和時(shí),各電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的電流成正比各電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的電流成正比,即有即有addadxI jEadx對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 的直軸電樞反應(yīng)電抗的直軸電樞反應(yīng)電抗adaqqaqxI jEaqx對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 的交軸電樞反應(yīng)電抗的交軸電樞反應(yīng)電抗aqxI jEx對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 的漏電抗的漏電抗對(duì)于凸極同步電機(jī)對(duì)于凸極同步電機(jī), ,由于直軸氣隙比交軸氣隙小，直軸磁阻比交軸磁阻小，所以有

21、由于直軸氣隙比交軸氣隙小，直軸磁阻比交軸磁阻小，所以有aqadxx對(duì)隱極同步電機(jī)，由于氣隙均勻，交、直軸的磁阻大小相等，即認(rèn)為對(duì)隱極同步電機(jī)，由于氣隙均勻，交、直軸的磁阻大小相等，即認(rèn)為 aaqadxxx 電樞反應(yīng)電抗為三相對(duì)稱電樞電流產(chǎn)生合成的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)感應(yīng)于一相的電樞電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的相電流的比值，它綜合反映三電樞反應(yīng)電抗為三相對(duì)稱電樞電流產(chǎn)生合成的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)感應(yīng)于一相的電樞電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的相電流的比值，它綜合反映三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)定子一相的影響相對(duì)稱電流產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)定子一相的影響。 aaxI jEax隱極發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)隱極發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng) 的電樞反應(yīng)電抗的電樞反應(yīng)電

22、抗aaaqad 當(dāng)三相對(duì)稱電流流過電樞繞組時(shí)，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通和漏磁通，分別在電樞繞組中感應(yīng)電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和漏感電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)三相對(duì)稱電流流過電樞繞組時(shí)，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通和漏磁通，分別在電樞繞組中感應(yīng)電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和漏感電動(dòng)勢(shì)。對(duì)隱極電機(jī)，全部電動(dòng)勢(shì)為對(duì)隱極電機(jī)，全部電動(dòng)勢(shì)為 taaxI jxI jxI jEExxxat 稱為隱極電機(jī)的同步電抗，是電樞反應(yīng)電抗和漏抗之和。同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，磁路略呈飽和，磁路越飽和，所對(duì)應(yīng)的電稱為隱極電機(jī)的同步電抗，是電樞反應(yīng)電抗和漏抗之和。同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，磁路略呈飽和，磁路越飽和，所對(duì)應(yīng)的電抗越小?？乖叫?。 tx對(duì)凸極電機(jī)對(duì)凸極電機(jī)xxxxxxaqqad

23、d分別稱為直軸和交軸同步電抗。分別稱為直軸和交軸同步電抗。 直軸磁路的氣隙較小，應(yīng)當(dāng)考慮鐵心飽和的影響，因而直軸磁路的氣隙較小，應(yīng)當(dāng)考慮鐵心飽和的影響，因而 具有飽和值和不飽和值之分；而交軸磁路氣隙較大，可認(rèn)為具有飽和值和不飽和值之分；而交軸磁路氣隙較大，可認(rèn)為 只有只有非飽和值，為常量。非飽和值，為常量。 dxqx 同步電抗同步電抗是同步電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，它是表征同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和電樞漏磁場(chǎng)對(duì)電樞電路作用的一個(gè)綜是同步電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，它是表征同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和電樞漏磁場(chǎng)對(duì)電樞電路作用的一個(gè)綜合參數(shù)。同步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載波動(dòng)的程度和

24、在大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機(jī)短路電流合參數(shù)。同步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載波動(dòng)的程度和在大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機(jī)短路電流大小。大小。 一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖fIfF0f0E(三相系統(tǒng)三相系統(tǒng))(合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì))arIadFadadEaqFaqaqEEIaF若正方向按圖規(guī)定，則有若正方向按圖規(guī)定，則有qqddaxI jxI jr IUE0空載情況下aaqadr IUEEEE0XI jEXI jEXI jEaqqaqaddadqdIII代入代入得到凸極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程得到凸極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)

25、方程或或負(fù)載情況下ar IUEE注意：方程式中的電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流均為相值。注意：方程式中的電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流均為相值。凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖作圖步驟凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖作圖步驟;IU)(和根據(jù)已知條件繪出1;IEExI jrIUE)(ONONqaON的夾角與及作出根據(jù)2;III)(qd和分解成角將根據(jù)3004E,xI jxI jD,xI jxI jrIUE)(ddqqqqdda得到及點(diǎn)依次作出從根據(jù)cosUIrsinUIxtanaq1若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取二、隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖二、隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電

26、路和相量圖電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：fIfF0f0EaFaaEEI電動(dòng)勢(shì)平衡方程電動(dòng)勢(shì)平衡方程taxI jr IUE0ar IUEEaar IUEEE0或或代入代入xI jExI jEaa可得到隱極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程可得到隱極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程，可以作出隱極發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程，可以作出隱極發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖等效電路等效電路根據(jù)相量圖可求出根據(jù)相量圖可求出220taIxsinUIrcosUEatrIcosUIxsinUtan1相量圖相量圖)(0由相量圖可知由相量圖可知0EUIartxUIar ItxI j0E同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、空載特性一

27、、空載特性定義：定義：)I(fEU,I ,nnf0010 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情況，另空載特性是發(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，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。 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、判斷勵(lì)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、判斷勵(lì)磁繞組有無故障等磁繞組有無故障等。二、短路特性二、短路特性定義：定義：)I(fI ,U,nnfk

28、01短路時(shí)的等效電路短路時(shí)的等效電路1.1.短路特性短路特性短路時(shí)短路時(shí), ,090電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)為直軸去磁dx氣隙電動(dòng)勢(shì)很小氣隙電動(dòng)勢(shì)很小,感應(yīng)氣隙電動(dòng)勢(shì)的氣隙磁通量很小感應(yīng)氣隙電動(dòng)勢(shì)的氣隙磁通量很小,所以磁路不飽和所以磁路不飽和.fkIEI0所以短路特性是一條過原點(diǎn)的直線所以短路特性是一條過原點(diǎn)的直線. .xI jxI jr IUEa此時(shí)此時(shí)是常數(shù)是常數(shù),有有2.2.同步電抗的求取同步電抗的求取根據(jù)公式根據(jù)公式k0dIEx 求求x xd d不飽和值時(shí)不飽和值時(shí), ,首先給定一勵(lì)磁電流首先給定一勵(lì)磁電流I If f，在空載特性的不飽和段或氣隙線上確定對(duì)應(yīng)，在空載特性的不飽和段或氣

29、隙線上確定對(duì)應(yīng)I If的的E E0 0值，然后在短路特性曲線上確定對(duì)應(yīng)值，然后在短路特性曲線上確定對(duì)應(yīng)I If的短路電流的短路電流I Ik k的值的值, ,則則 Nk)(dIEIEx00 不求取求取x xd d飽和值時(shí)，首先在空載特性上取對(duì)應(yīng)額定電壓飽和值時(shí)，首先在空載特性上取對(duì)應(yīng)額定電壓U UN N的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流I If0f0，再從短，再從短路特性上取出對(duì)應(yīng)路特性上取出對(duì)應(yīng)I If0f0的短路電流的短路電流I Ik k，則，則 kN)(dIUx飽交軸同步電抗交軸同步電抗 dqx.x60三、外特性三、外特性定義：定義：)I(fU,Ccos,CI ,nnf1外特性曲線外特性曲線 當(dāng)發(fā)電機(jī)帶

30、阻性和感性負(fù)載時(shí)，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)載時(shí)，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；帶容性負(fù)載時(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降；帶容性負(fù)載時(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時(shí)，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流于同步電抗）時(shí)，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。在漏抗上的壓降。 為了在不同功率因數(shù)下時(shí)能得到額定電壓，感性負(fù)載時(shí)要增大勵(lì)磁電流，為了在不同功率因數(shù)下時(shí)能得到額定電壓，感性負(fù)載時(shí)要增大勵(lì)磁電流，容性負(fù)載時(shí)應(yīng)減小勵(lì)磁電流。容性負(fù)載時(shí)應(yīng)減小勵(lì)磁電流。 四、調(diào)

31、節(jié)特性四、調(diào)節(jié)特性定義：定義：)I(fI ,Ccos,CU,nnf1調(diào)整特性曲線調(diào)整特性曲線 在感性和阻性負(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)償電在感性和阻性負(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)償電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對(duì)容性負(fù)載，隨著負(fù)載電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對(duì)容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵(lì)磁電流。流的增加，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)整特性曲線根據(jù)調(diào)整特性曲線, ,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), ,維持電壓維持電壓不變所需的勵(lì)磁電流的變化范圍。運(yùn)行

32、人員可利用調(diào)整特性曲線不變所需的勵(lì)磁電流的變化范圍。運(yùn)行人員可利用調(diào)整特性曲線, ,使系統(tǒng)中無功功使系統(tǒng)中無功功率的分配更合理一些。率的分配更合理一些。同步電機(jī)的額定值教材384頁額定容量SN電機(jī)出線端的額定視在功率，kVA或MVA發(fā)電機(jī)額定功率PN發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率，kW或MW電動(dòng)機(jī)額定功率PN電動(dòng)機(jī)軸上軸上輸出的有效機(jī)械功率，kW或MW額定電壓UN額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)定子三相線電壓三相線電壓，V或kV額定電流IN電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)流過定子的線電流，A額定功率因數(shù)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)額定效率電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率例題講解www.

33、教材385-386頁同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子空載電動(dòng)勢(shì)E0與電樞電流I之間不同相位差（內(nèi)功率因數(shù)角）情況下，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)、電樞磁動(dòng)勢(shì)、合成磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率因數(shù)角為0度時(shí)空載電動(dòng)勢(shì)E0與電樞電流I同相位空載磁動(dòng)勢(shì)（勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)）Ff相位超前電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa90度合成磁動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角為90度電樞電流滯后空載電動(dòng)勢(shì)E0合成磁動(dòng)勢(shì)數(shù)值關(guān)系同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角為-90度電樞電流超前空載電動(dòng)勢(shì)E0

34、合成磁動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角在0度與90度之間電樞電流I滯后空載電動(dòng)勢(shì)E0任意一個(gè)角度合成磁動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)對(duì)于隱極同步電機(jī)電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通 在定子各繞組中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea，在不考慮磁路飽和的情況下，Ea與電樞電流I成正比，相位Ea滯后I 90度電樞反應(yīng)電抗越大，電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，電樞反應(yīng)電抗大小體現(xiàn)了電樞反應(yīng)的強(qiáng)弱教材386頁同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗對(duì)于凸極同步電機(jī)氣隙不均勻，極弧下氣隙小，兩極之間氣隙大，同一電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在不同位置時(shí)電樞反應(yīng)便不

35、一樣，電樞反應(yīng)磁場(chǎng)波形復(fù)雜，給計(jì)算帶來很大困難布朗戴爾雙反應(yīng)法磁路不飽和采用的疊加原理：先把電樞基波磁動(dòng)勢(shì)Fa分解為兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)，一個(gè)作用于直軸上，叫直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)（Fad）,一個(gè)作用于交軸上，叫交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)（Faq）同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗同時(shí)把電樞電流I沿直軸（d）和交軸（q）分解為直軸分量Id和交軸分量Iq，由直軸分量Id建立直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fad，產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁通，在定子每相繞組中感應(yīng)直軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ead，Ead與Id成正比，相位上滯后Id 90度同理，對(duì)于交軸同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗漏電抗同

36、步電機(jī)定子繞組流過電流I時(shí)產(chǎn)生的磁通有一部分只交鏈定子繞組本身而不進(jìn)入轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗同步電抗同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗對(duì)于隱極同步發(fā)電機(jī)Xc為同步電抗同步電機(jī)的等值電路與電動(dòng)勢(shì)平衡式隱極同步發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)向量對(duì)于隱極電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)的等值電路與電動(dòng)勢(shì)平衡式凸極同步發(fā)電機(jī)同步電機(jī)的等值電路與電動(dòng)勢(shì)平衡式凸極同步發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)相量圖凸極同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)的

37、等值電路與電動(dòng)勢(shì)平衡式同步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的條件和方法同步發(fā)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)組值班室儀表監(jiān)測(cè)盤教材391頁例題教材390-391頁同步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的條件和方法教材391頁例題調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的有功功率是通過調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)汽門的開度、調(diào)節(jié)水輪機(jī)水門的開度對(duì)于并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)，根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)的有功功率的變化按照發(fā)電機(jī)的功角特性變化輸出功率變大，功角增大；輸出功率變小，功角減小由于功角的變化不能超過允許的數(shù)值，為了保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性，提出了發(fā)電機(jī)靜態(tài)過載倍數(shù)（靜態(tài)過載能力）的要求同步電機(jī)有功功率與無功功率調(diào)節(jié)凸極同步發(fā)電機(jī)教材391-392頁同步發(fā)電機(jī)有功功率調(diào)節(jié)隱極同步發(fā)電機(jī)教材392頁同步發(fā)電機(jī)有功功率調(diào)節(jié)教材394頁例題 是靜態(tài)穩(wěn)定極