第四章同步電機(jī)

1、第四章第四章 同步電機(jī)同步電機(jī) 41同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 42同步發(fā)電機(jī)的基本特性同步發(fā)電機(jī)的基本特性 43同步發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)矩和功率的平衡同步發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)矩和功率的平衡 44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 45同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩 46同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)學(xué)習(xí)第四章應(yīng)該注意的點(diǎn)學(xué)習(xí)第四章應(yīng)該注意的點(diǎn)第四章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題第四章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題： 1.同步發(fā)電機(jī)負(fù)載后電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有何影響同步發(fā)電機(jī)負(fù)載后電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有何影響(電樞反應(yīng)電樞反應(yīng))？ 2.同步發(fā)電機(jī)空載特性的實(shí)質(zhì)是什么？同步發(fā)電機(jī)空載特性的實(shí)質(zhì)是什么？ 3.影響同步

2、發(fā)電機(jī)的外特性的因素是什么？影響同步發(fā)電機(jī)的外特性的因素是什么？ 4.同步發(fā)電機(jī)的平衡方程式有那些？同步發(fā)電機(jī)的平衡方程式有那些？ 5.同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有什么特點(diǎn)？同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有什么特點(diǎn)？本章的計(jì)算任務(wù)主要是本章的計(jì)算任務(wù)主要是： 利用同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程和有關(guān)特性進(jìn)行電量（電勢(shì)、電利用同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程和有關(guān)特性進(jìn)行電量（電勢(shì)、電壓、電流、功率）計(jì)算；并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功功率和無功功率的計(jì)算。壓、電流、功率）計(jì)算；并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功功率和無功功率的計(jì)算。比較難理解的點(diǎn)比較難理解的點(diǎn)： 1.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)；2.同步發(fā)電機(jī)的突然短路分析。同步發(fā)電機(jī)的突然短

3、路分析。41.同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分l基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)： 主要點(diǎn)：類型與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)主要點(diǎn)：類型與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)（同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與異步機(jī)（同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與異步機(jī)相似）。相似）。l銘牌數(shù)據(jù)：銘牌數(shù)據(jù)： 主要點(diǎn)：額定容量表示（兩主要點(diǎn)：額定容量表示（兩種），額定電壓和額定電流。種），額定電壓和額定電流。一、同步電機(jī)結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由鐵心和繞組組成，與異步電機(jī)定子基本由鐵心和繞組組成，與異步電機(jī)定子基本相同。相同。 相同機(jī)座號(hào)時(shí)，相同機(jī)座號(hào)時(shí)，若與異步機(jī)互換定子，則若與異步機(jī)互換定子，則仍然可以運(yùn)行仍然可以運(yùn)行。 區(qū)別：區(qū)別：主

4、要是尺寸方面，同步電機(jī)通常容量較大，主要是尺寸方面，同步電機(jī)通常容量較大，而異步機(jī)的容量相對(duì)較小。因此，從表面上看同步機(jī)而異步機(jī)的容量相對(duì)較小。因此，從表面上看同步機(jī)機(jī)殼無散熱片，異步機(jī)則有機(jī)殼無散熱片，異步機(jī)則有 接線：接線：發(fā)電機(jī)定子繞組通常采用發(fā)電機(jī)定子繞組通常采用Y 形連接形連接，減小減小三次諧波影響三次諧波影響。 定子結(jié)構(gòu)：定子結(jié)構(gòu)： 三次諧波：三次諧波：由于三由于三相繞組的每個(gè)線圈邊產(chǎn)相繞組的每個(gè)線圈邊產(chǎn)生的磁勢(shì)為矩形波，可生的磁勢(shì)為矩形波，可分解成基波和一系列奇分解成基波和一系列奇次諧波。通過合理選擇次諧波。通過合理選擇短距繞組短距繞組,可削弱可削弱5、7次諧波。次諧波。 三相繞

5、組的三相繞組的3次諧次諧波剛好同相位，可以通波剛好同相位，可以通過過Y形和連接削弱。形和連接削弱。諧波內(nèi)容諧波內(nèi)容不做要求不做要求 三次諧波解釋三次諧波解釋連接時(shí)，雖然無連接時(shí)，雖然無3 3次諧次諧波電勢(shì)輸出，但是，卻波電勢(shì)輸出，但是，卻在其三相繞組上有在其三相繞組上有3 3次諧次諧波波 “環(huán)流環(huán)流”，會(huì)造成，會(huì)造成額額外損耗外損耗。采用采用Y Y連接連接。磁勢(shì)矩形波磁勢(shì)矩形波三相三相繞組繞組的三的三次諧次諧波剛波剛好同好同相位相位 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)隱極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子大型機(jī)的大型機(jī)的轉(zhuǎn)子支架轉(zhuǎn)子支架轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心硅鋼片硅鋼片轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)一對(duì)極一對(duì)極隱極式隱極式兩對(duì)極凸極式兩

6、對(duì)極凸極式轉(zhuǎn)子：有轉(zhuǎn)子：有凸極式凸極式和和隱極式隱極式兩種。兩種。轉(zhuǎn)子繞組是直流繞組。轉(zhuǎn)子繞組是直流繞組。二、同步發(fā)電機(jī)的基本類型二、同步發(fā)電機(jī)的基本類型 類型與勵(lì)磁方式類型與勵(lì)磁方式l 類型：類型：同步發(fā)電機(jī)有轉(zhuǎn)樞式和轉(zhuǎn)極式兩種。同步發(fā)同步發(fā)電機(jī)有轉(zhuǎn)樞式和轉(zhuǎn)極式兩種。同步發(fā)電機(jī)主要采用轉(zhuǎn)極式，電機(jī)主要采用轉(zhuǎn)極式，磁極在轉(zhuǎn)子時(shí)，通過滑環(huán)引磁極在轉(zhuǎn)子時(shí)，通過滑環(huán)引導(dǎo)的電流較小。導(dǎo)的電流較小。l 自勵(lì)：自勵(lì)：凡以發(fā)電機(jī)本身的電樞繞組或輔助繞組為勵(lì)凡以發(fā)電機(jī)本身的電樞繞組或輔助繞組為勵(lì)磁電源的勵(lì)磁方式稱為自勵(lì)。磁電源的勵(lì)磁方式稱為自勵(lì)。l 他勵(lì)：他勵(lì)：凡設(shè)有專用勵(lì)磁電源的稱為他勵(lì)。即，采用凡設(shè)有專用

7、勵(lì)磁電源的稱為他勵(lì)。即，采用勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁的就是他勵(lì)。無刷同步發(fā)電機(jī)是他勵(lì)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁的就是他勵(lì)。無刷同步發(fā)電機(jī)是他勵(lì)的一種形式。的一種形式。 無刷同步發(fā)電機(jī)是將這兩種形無刷同步發(fā)電機(jī)是將這兩種形式的兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)安裝在同一根軸式的兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)安裝在同一根軸上，是兩臺(tái)電機(jī)的組合。上，是兩臺(tái)電機(jī)的組合。 船上不采用直流勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行勵(lì)船上不采用直流勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁。磁。無刷勵(lì)磁也是靠剩磁起壓的。無刷勵(lì)磁也是靠剩磁起壓的。 無刷同步發(fā)無刷同步發(fā)電機(jī)實(shí)際上是兩電機(jī)實(shí)際上是兩臺(tái)機(jī)同軸工作。臺(tái)機(jī)同軸工作。定子：定子：1和和2，轉(zhuǎn)子：，轉(zhuǎn)子：3和和4；主發(fā)電機(jī)：；主發(fā)電機(jī)：2和和4，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)：，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)：1

8、和和3。 說明說明P.46的圖的圖4-1-4就是就是P.199的圖的圖12-2-2。三、同步發(fā)電機(jī)的基本數(shù)據(jù)三、同步發(fā)電機(jī)的基本數(shù)據(jù) 銘牌數(shù)據(jù)：銘牌數(shù)據(jù)： 主要銘牌數(shù)據(jù)有：主要銘牌數(shù)據(jù)有： 額定容量、額定電壓、額定頻率、額額定容量、額定電壓、額定頻率、額定功率因數(shù)、定子繞組連接、絕緣等級(jí)、冷卻方式等。定功率因數(shù)、定子繞組連接、絕緣等級(jí)、冷卻方式等。 注意：注意： 額定容量、額定電壓、額定功率因數(shù)和額定電流額定容量、額定電壓、額定功率因數(shù)和額定電流可能只標(biāo)出三個(gè)（可能只標(biāo)出三個(gè)（第四個(gè)參數(shù)可以求出）。第四個(gè)參數(shù)可以求出）。 工作原理簡(jiǎn)介：工作原理簡(jiǎn)介： 外部直流電源通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子提供外部直流電源

9、通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁電流，并產(chǎn)生磁場(chǎng)；原動(dòng)機(jī)拖直流勵(lì)磁電流，并產(chǎn)生磁場(chǎng)；原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)切割三相定動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)切割三相定子繞組，感應(yīng)三相交流電。子繞組，感應(yīng)三相交流電。第一節(jié)要點(diǎn)第一節(jié)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、原理、類型、額定參數(shù)。：結(jié)構(gòu)、原理、類型、額定參數(shù)。42.同步發(fā)電機(jī)的基本特性同步發(fā)電機(jī)的基本特性 本節(jié)的主要內(nèi)容有三大部分本節(jié)的主要內(nèi)容有三大部分：l 空載特性：空載特性： 主要點(diǎn)：掌握空載特性的實(shí)質(zhì)，分析工作過程知道空主要點(diǎn)：掌握空載特性的實(shí)質(zhì)，分析工作過程知道空載電勢(shì)的計(jì)算式。載電勢(shì)的計(jì)算式。l 電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)： 主要點(diǎn)：分析負(fù)載后，負(fù)載大小和性質(zhì)不同時(shí)，電

10、樞主要點(diǎn)：分析負(fù)載后，負(fù)載大小和性質(zhì)不同時(shí)，電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響。磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響。l 外特性和調(diào)節(jié)特性：外特性和調(diào)節(jié)特性： 主要點(diǎn)：知道特性的形狀和隨負(fù)載的變化情況。主要點(diǎn)：知道特性的形狀和隨負(fù)載的變化情況。一、空載特性一、空載特性電勢(shì)計(jì)算式：電勢(shì)計(jì)算式： 由工作過程分析知道同由工作過程分析知道同步發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)步發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)E0：書書P.47 式（式（4-2-2） E0 = 4.44kfN0 空載特空載特性：性： 保持額定轉(zhuǎn)速不變，空保持額定轉(zhuǎn)速不變，空載電勢(shì)載電勢(shì)E0與空載勵(lì)磁電流與空載勵(lì)磁電流I f的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 E00B ，IfH；空載特性的實(shí)質(zhì)就是空載特性的實(shí)質(zhì)

11、就是磁化曲線磁化曲線?？蛰d特性實(shí)驗(yàn)：空載特性實(shí)驗(yàn)： 按如圖所示接線，起動(dòng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)按如圖所示接線，起動(dòng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將勵(lì)磁回路電阻子旋轉(zhuǎn)，將勵(lì)磁回路電阻Rf調(diào)至最大，合上勵(lì)磁回路調(diào)至最大，合上勵(lì)磁回路電源開關(guān)。觀察電流表電源開關(guān)。觀察電流表A和電壓表和電壓表V的數(shù)值并記錄。的數(shù)值并記錄。 空載特性實(shí)驗(yàn)空載特性實(shí)驗(yàn)注意：只能單方向調(diào)節(jié)電阻。注意：只能單方向調(diào)節(jié)電阻。方法：方法： 逐步將逐步將Rf調(diào)小，調(diào)小，使電流逐步增大，使電流逐步增大，記錄數(shù)據(jù)。然后逐記錄數(shù)據(jù)。然后逐步將步將Rf調(diào)大再記錄調(diào)大再記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。二、電樞反應(yīng)二、電樞反應(yīng) 定義：定義：負(fù)載時(shí)由三相電樞繞

12、組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)稱為負(fù)載時(shí)由三相電樞繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)稱為電樞電樞反應(yīng)磁場(chǎng)反應(yīng)磁場(chǎng)。電樞反應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 電樞電流影響電樞反應(yīng)的性質(zhì)：電樞電流影響電樞反應(yīng)的性質(zhì)：電樞電流與電樞電流與空載電勢(shì)空載電勢(shì)的的關(guān)系有：關(guān)系有：同相位同相位、滯后滯后和和超前超前三種。與之對(duì)應(yīng)的電樞反應(yīng)的三種。與之對(duì)應(yīng)的電樞反應(yīng)的性質(zhì)有：性質(zhì)有：交軸交軸、直軸去磁直軸去磁和和直軸增磁直軸增磁三種。三種。 交軸反應(yīng)（同相位）交軸反應(yīng)（同相位） 直軸去磁（滯后）直軸去磁（滯后） 直軸去磁（超前）直軸去磁（超前）一般情況一般情況感性滯后感性滯后的電流的電流三、外特性

13、和調(diào)節(jié)特性三、外特性和調(diào)節(jié)特性 外特性外特性：同步發(fā)電機(jī)外特性與變壓器相似，同步發(fā)電機(jī)外特性與變壓器相似，但但電壓電壓變化率計(jì)算式變化率計(jì)算式P.49.式式(4-2-5)與與P.17.式式(2-3-3) 不同不同。 注意：注意：P.50思考題思考題(4-2-4) 。思考題思考題(4-2-4)：同步發(fā)電機(jī)的電壓同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率的大小、正負(fù)與發(fā)電機(jī)所帶變化率的大小、正負(fù)與發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān)。因?yàn)樨?fù)的負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān)。因?yàn)樨?fù)載大小影響了電樞反應(yīng)作用的大小，載大小影響了電樞反應(yīng)作用的大小，負(fù)載性質(zhì)決定了電樞反應(yīng)的去磁、增磁性質(zhì)。若電樞反應(yīng)去負(fù)載性質(zhì)決定了電樞反應(yīng)的去磁、增磁性質(zhì)

14、。若電樞反應(yīng)去磁，電壓變化率為正；磁，電壓變化率為正；若電樞反應(yīng)增磁若電樞反應(yīng)增磁，則，則電壓變化率為負(fù)電壓變化率為負(fù)。此時(shí)，外特性為此時(shí)，外特性為上翹的特性上翹的特性。電樞反應(yīng)越強(qiáng)，電壓變化率的。電樞反應(yīng)越強(qiáng)，電壓變化率的值就越大（反之亦然）。值就越大（反之亦然）。 特性：特性：為了保持電壓為了保持電壓不變，在功率因數(shù)一定時(shí)，不變，在功率因數(shù)一定時(shí)，勵(lì)磁電流應(yīng)隨電樞電流進(jìn)勵(lì)磁電流應(yīng)隨電樞電流進(jìn)行變化調(diào)節(jié)的曲線。行變化調(diào)節(jié)的曲線。 不同的功率因數(shù)，電不同的功率因數(shù)，電樞反應(yīng)大小不一樣，性質(zhì)樞反應(yīng)大小不一樣，性質(zhì)可能也可能不同?？赡芤部赡懿煌５诙?jié)要點(diǎn)第二節(jié)要點(diǎn)：空載特性實(shí)質(zhì)；電樞反應(yīng)：空載特

15、性實(shí)質(zhì)；電樞反應(yīng)3種；外特性種；外特性與與u；調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)特性。 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性曲線調(diào)節(jié)特性曲線電樞反應(yīng)去磁，則勵(lì)磁電流應(yīng)增加，反之則減小。電樞反應(yīng)去磁，則勵(lì)磁電流應(yīng)增加，反之則減小。43.同步發(fā)電機(jī)的電壓、同步發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩和功率的平衡和功率的平衡 本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分：本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分：l 電壓方程及相量圖：電壓方程及相量圖： 主要掌握：電樞電路的等效、相量圖和重要參數(shù)主要掌握：電樞電路的等效、相量圖和重要參數(shù) 同步電抗和功率角、功率因數(shù)角、內(nèi)功率因數(shù)角等概念。同步電抗和功率角、功率因數(shù)角、內(nèi)功率因數(shù)角等概念。l 轉(zhuǎn)矩和功率的平衡：轉(zhuǎn)矩和功率的平衡： 主要理清能

16、量轉(zhuǎn)換關(guān)系。主要理清能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。l 獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)：獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)： 獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)單獨(dú)作為一點(diǎn)討論，目的是要求給予重獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)單獨(dú)作為一點(diǎn)討論，目的是要求給予重視，與后續(xù)特點(diǎn)進(jìn)行比較。視，與后續(xù)特點(diǎn)進(jìn)行比較。同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)與電樞繞組交鏈的磁通有同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)與電樞繞組交鏈的磁通有3個(gè)：個(gè)： 勵(lì)磁磁通勵(lì)磁磁通、電樞電流產(chǎn)生的、電樞電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通電樞反應(yīng)磁通和和漏磁通漏磁通。 3個(gè)磁通都在電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)分別為：個(gè)磁通都在電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)分別為：空載電勢(shì)空載電勢(shì)、電樞反應(yīng)電勢(shì)電樞反應(yīng)電勢(shì)和和漏磁電勢(shì)漏磁電勢(shì)。 忽略磁路飽和，引入?yún)?shù)：忽略磁路飽和，引入?yún)?shù)：電樞反應(yīng)電抗電樞反應(yīng)

17、電抗。 同步電抗同步電抗Xs = Xa + X ，注意注意：Xs XaX 。忽略忽略電樞電樞電阻電阻用電用電抗表抗表示示ea電樞電樞繞組繞組電路電路一、電壓方程及相量圖一、電壓方程及相量圖 電勢(shì)公式電勢(shì)公式 電勢(shì)電勢(shì)公式可應(yīng)用三角計(jì)算公式從相量圖得到：三公式可應(yīng)用三角計(jì)算公式從相量圖得到：三角形構(gòu)成角形構(gòu)成以以E0為斜邊以為斜邊以U相量及其延長(zhǎng)線為一條相量及其延長(zhǎng)線為一條直角邊，構(gòu)造一個(gè)直角三角形。與電流直角邊，構(gòu)造一個(gè)直角三角形。與電流 I 有關(guān)相量變有關(guān)相量變換（投影）到直角邊都與功率因數(shù)角換（投影）到直角邊都與功率因數(shù)角有關(guān)。有關(guān)。電壓平衡方程：電壓平衡方程：I)jX(RUIjXIjXR

18、IUESaaa000220)sincos()sincos( IRIXIXIRUEaSSa電勢(shì)電勢(shì)公式：公式： P.51.式（式（4-6-3），忽略電樞電阻后：），忽略電樞電阻后：220)cos()sin( IXIXUESS 相量圖相量圖根據(jù)電壓平衡方程可畫出相量圖。根據(jù)電壓平衡方程可畫出相量圖。負(fù)載分別為：感性、阻性和容性時(shí)：負(fù)載分別為：感性、阻性和容性時(shí)：感感性性負(fù)負(fù)載載忽略忽略電樞電樞電阻電阻電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載容性負(fù)載容性負(fù)載二、轉(zhuǎn)矩和功率的平衡二、轉(zhuǎn)矩和功率的平衡 功率平衡：功率平衡： 功率平衡關(guān)系就是能量平衡關(guān)系。功率平衡關(guān)系就是能量平衡關(guān)系。 P.52式式(4-3-8)：Pin=P

19、e+P0，應(yīng)寫成：應(yīng)寫成：P1=Pe+P0 其中，電磁功率：其中，電磁功率：Pe= 3 E0 I cos，內(nèi)功內(nèi)功率因數(shù)角率因數(shù)角 ；空載損耗；空載損耗P0(主要是機(jī)械損耗主要是機(jī)械損耗)。 轉(zhuǎn)矩平衡：轉(zhuǎn)矩平衡： 公式：公式：P.52 式式(4-3-10)：T= 3E0 I cos/。同步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行有同步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行有3個(gè)特點(diǎn)：個(gè)特點(diǎn)： 1.有功功率和無功功率完全由負(fù)載決定；有功功率和無功功率完全由負(fù)載決定； 2.頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，電壓隨勵(lì)磁電流而頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，電壓隨勵(lì)磁電流而變化；變化； 3.負(fù)載變化將引起頻率（有功）或電壓負(fù)載變化將引起頻率（有功）或電壓（無功）的相應(yīng)變化。（無功

20、）的相應(yīng)變化。第三節(jié)要點(diǎn)第三節(jié)要點(diǎn)：電壓方程及相量圖；轉(zhuǎn)矩；獨(dú)立運(yùn)行：電壓方程及相量圖；轉(zhuǎn)矩；獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)的特點(diǎn) 。 發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)注意：將獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)與后面的并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)相比較。注意：將獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)與后面的并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)相比較。44.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 本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分：本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分：l 與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián) ： 主要掌握：并聯(lián)運(yùn)行概念、有功功率和無功功主要掌握：并聯(lián)運(yùn)行概念、有功功率和無功功率的計(jì)算與調(diào)節(jié)、功角特性矩角特性等概念和并聯(lián)率的計(jì)算與調(diào)節(jié)、功角特性矩角特性等概念和并聯(lián)特點(diǎn)。特點(diǎn)。l 同容量發(fā)電機(jī)并聯(lián)同容量

21、發(fā)電機(jī)并聯(lián) ： 主要掌握：特點(diǎn)。主要掌握：特點(diǎn)。一、與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)一、與無窮大電網(wǎng)并聯(lián) 無窮大電網(wǎng)：無窮大電網(wǎng)：電網(wǎng)與單機(jī)容量比非常大，電網(wǎng)與單機(jī)容量比非常大，U、f不不受單機(jī)調(diào)節(jié)影響。受單機(jī)調(diào)節(jié)影響。 并聯(lián)運(yùn)行：并聯(lián)運(yùn)行：是指兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)同時(shí)向同一電網(wǎng)是指兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)同時(shí)向同一電網(wǎng)供電的工作狀態(tài)。供電的工作狀態(tài)。 并聯(lián)條件：并聯(lián)條件：三個(gè)相等（電壓、頻率、相位）、一三個(gè)相等（電壓、頻率、相位）、一個(gè)（相序）一致。個(gè)（相序）一致。 有功功率的調(diào)節(jié)：有功功率的調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的油門，轉(zhuǎn)子瞬時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的油門，轉(zhuǎn)子瞬時(shí)加速，功角瞬時(shí)增大，輸出有功功率增加，電磁轉(zhuǎn)矩加速，功角瞬時(shí)增大，輸出有功

22、功率增加，電磁轉(zhuǎn)矩增大達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡（轉(zhuǎn)速恒定）。增大達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡（轉(zhuǎn)速恒定）。 180失失步。步。 注意：功角的概念。注意：功角的概念。 功角及功角特性功角及功角特性 功角：功角：是發(fā)電機(jī)磁極磁場(chǎng)與氣隙合成磁場(chǎng)之間的是發(fā)電機(jī)磁極磁場(chǎng)與氣隙合成磁場(chǎng)之間的空間角度，也正好等于電勢(shì)空間角度，也正好等于電勢(shì)E0與電壓與電壓U之間的相位角。之間的相位角。 I cos=E0sin/ Xs，Pe=3U I cos， Pe=3UE0sin/ Xs ，即：即： 功角特性功角特性。凸極機(jī)凸極機(jī)直交軸方向氣隙不均勻直交軸方向氣隙不均勻.多一個(gè)多一個(gè)“反應(yīng)轉(zhuǎn)矩反應(yīng)轉(zhuǎn)矩”。 矩角特性矩角特性：與功角特性相與功角特性相似

23、。似。書書P.53 式（式（4-4-2）。）。 無功功率的調(diào)節(jié)無功功率的調(diào)節(jié) 與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，發(fā)電與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓不變。若保持油門不變，機(jī)電壓不變。若保持油門不變，則輸出電磁功率則輸出電磁功率Pe =3U I cos，即即I cos等于常數(shù)。此時(shí)，如果等于常數(shù)。此時(shí)，如果調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 I f ，勵(lì)磁磁通勵(lì)磁磁通0 和空載電勢(shì)和空載電勢(shì)E0將發(fā)生變化。將發(fā)生變化。 由圖可見，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流由圖可見，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 I f ，空載電勢(shì)空載電勢(shì)E0發(fā)生變化，功發(fā)生變化，功率因數(shù)角率因數(shù)角也隨之發(fā)生變化，輸出無功功率發(fā)生變化。也隨之發(fā)生變化，輸出無功功率發(fā)生變化。 勵(lì)磁電流小

24、（欠勵(lì)）時(shí)，勵(lì)磁電流?。ㄇ穭?lì)）時(shí)， E0小，小，0 ，輸出無功為容，輸出無功為容性無功；勵(lì)磁電流增大，性無功；勵(lì)磁電流增大， E0也增大，當(dāng)也增大，當(dāng)=0 時(shí)，輸出無功為時(shí)，輸出無功為零；繼續(xù)增大勵(lì)磁電流，零；繼續(xù)增大勵(lì)磁電流， E0進(jìn)一步增大，進(jìn)一步增大，0 ，輸出無功，輸出無功為感性無功。為感性無功。 1. 調(diào)節(jié)油門，可以調(diào)節(jié)發(fā)電調(diào)節(jié)油門，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率大小；機(jī)輸出的有功功率大?。?2. 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的無功功率大?。话l(fā)電機(jī)輸出的無功功率大?。?3. 調(diào)節(jié)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的油門或調(diào)節(jié)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的油門或者勵(lì)磁電流，電網(wǎng)的頻率和電壓者勵(lì)磁電流，電

25、網(wǎng)的頻率和電壓不會(huì)發(fā)生變化。不會(huì)發(fā)生變化。 結(jié)論結(jié)論輸出感性無功等于消耗容性無功；輸出感性無功等于消耗容性無功；輸出容性無功等于消耗感性無功輸出容性無功等于消耗感性無功。 通過附圖可以理解。通過附圖可以理解。未接電容之前消未接電容之前消耗感性，電容輸耗感性，電容輸出容性無功后，出容性無功后，整個(gè)電路不消耗整個(gè)電路不消耗無功功率。無功功率。二、同容量同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)二、同容量同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)：并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)： 1. 各并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)輸出的總有功功率和無功功率分別各并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)輸出的總有功功率和無功功率分別等于負(fù)載的有功功率和無功功率。等于負(fù)載的有功功率和無功功率。P=P1+P2；Q=

26、Q1+Q2。 2. 單獨(dú)調(diào)節(jié)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的油門（輸入功率），負(fù)載不變單獨(dú)調(diào)節(jié)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的油門（輸入功率），負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)的頻率將發(fā)生變化。時(shí)，電網(wǎng)的頻率將發(fā)生變化。 3. 單獨(dú)調(diào)節(jié)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)單獨(dú)調(diào)節(jié)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)的電壓將發(fā)生變化。的電壓將發(fā)生變化。 理解：一臺(tái)油門增加，負(fù)載不變，另一臺(tái)輸出有功減少，理解：一臺(tái)油門增加，負(fù)載不變，另一臺(tái)輸出有功減少，電網(wǎng)總輸入增加、有功輸出不變，頻率增加。（無功同理）電網(wǎng)總輸入增加、有功輸出不變，頻率增加。（無功同理）第四節(jié)要點(diǎn)第四節(jié)要點(diǎn)：理想合閘條件；功角特性；并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)（無：理想合閘條件；功角特性；并聯(lián)運(yùn)

27、行特點(diǎn)（無窮大，同容量）。窮大，同容量）。 4- -5.同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩同步發(fā)電機(jī)的短路與振蕩 本節(jié)內(nèi)容主要知道：本節(jié)內(nèi)容主要知道： 1. 知道突然短路的危害、突然短路知道突然短路的危害、突然短路時(shí)同步電抗的大小變化，了解突然短路時(shí)同步電抗的大小變化，了解突然短路的過程；的過程； 2. 振蕩的種類和危害。振蕩的種類和危害。 突然短路時(shí)，電樞電流將增大，氣隙磁突然短路時(shí)，電樞電流將增大，氣隙磁通將增加，與磁通交鏈的繞組將感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)通將增加，與磁通交鏈的繞組將感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生電流和磁勢(shì)阻止短路電流產(chǎn)生的磁通的增生電流和磁勢(shì)阻止短路電流產(chǎn)生的磁通的增加，迫使該磁通以氣隙為磁路。因此磁路的加，迫使該

28、磁通以氣隙為磁路。因此磁路的磁阻很大，相當(dāng)于此時(shí)的同步電抗很小。隨磁阻很大，相當(dāng)于此時(shí)的同步電抗很小。隨著阻礙磁通變化的繞組電流的衰減，短路磁著阻礙磁通變化的繞組電流的衰減，短路磁通逐步恢復(fù)原來的磁路，同步電抗也才逐步通逐步恢復(fù)原來的磁路，同步電抗也才逐步增大到原來的數(shù)值。增大到原來的數(shù)值。 超瞬變電抗、瞬超瞬變電抗、瞬變電抗、正常的同步電抗。變電抗、正常的同步電抗。 注意：注意：X Xd Xd Xs。 Xd = X+ Xad 一、三相突然短路一、三相突然短路二、并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的振蕩二、并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的振蕩種類：種類：并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的振蕩有，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的振蕩有，1.自由振蕩；自由振蕩；2.強(qiáng)迫振蕩

29、。強(qiáng)迫振蕩。危害：危害：嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備。嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備。自由振蕩：自由振蕩： 只有并聯(lián)運(yùn)行時(shí)才有，單機(jī)運(yùn)行時(shí)沒有。只有并聯(lián)運(yùn)行時(shí)才有，單機(jī)運(yùn)行時(shí)沒有。 調(diào)節(jié)或者負(fù)載變化使機(jī)械轉(zhuǎn)矩（輸入）和電磁轉(zhuǎn)矩（輸調(diào)節(jié)或者負(fù)載變化使機(jī)械轉(zhuǎn)矩（輸入）和電磁轉(zhuǎn)矩（輸出）失去平衡，發(fā)電機(jī)出）失去平衡，發(fā)電機(jī)n將發(fā)生變化。而將發(fā)生變化。而轉(zhuǎn)子慣性會(huì)出現(xiàn)以轉(zhuǎn)子慣性會(huì)出現(xiàn)以振蕩。振蕩。 一般是衰減振蕩，問題不大。一般是衰減振蕩，問題不大。強(qiáng)迫振蕩：強(qiáng)迫振蕩： 單機(jī)和并聯(lián)運(yùn)行時(shí)都有。單機(jī)和并聯(lián)運(yùn)行時(shí)都有。 活塞式原動(dòng)機(jī)（四個(gè)沖程中既有做功沖程，也有不做功活塞式原動(dòng)機(jī)（四個(gè)沖程中既有做功沖程，也有不做功沖程）造成的振蕩

30、。沖程）造成的振蕩。 一般在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)避開臨界轉(zhuǎn)速。一般在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)避開臨界轉(zhuǎn)速。解決辦法：解決辦法：發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間振蕩可通過適當(dāng)改變頻率使振蕩衰減。發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間振蕩可通過適當(dāng)改變頻率使振蕩衰減。第五節(jié)要點(diǎn)第五節(jié)要點(diǎn)：突然短路（各電抗大小及關(guān)系）；振蕩（種類，：突然短路（各電抗大小及關(guān)系）；振蕩（種類，危害）。危害）。 4- -6.同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī) 本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分：l 轉(zhuǎn)動(dòng)原理與起動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)原理與起動(dòng)： 主要點(diǎn)：同步電動(dòng)機(jī)如何轉(zhuǎn)動(dòng)、怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)。主要點(diǎn)：同步電動(dòng)機(jī)如何轉(zhuǎn)動(dòng)、怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)。l 電動(dòng)機(jī)的電流電動(dòng)機(jī)的電流： 主要點(diǎn)：影響同步電動(dòng)機(jī)電樞電流的因素。主要點(diǎn)：影響同步電動(dòng)機(jī)

31、電樞電流的因素。同步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容同步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容不是重點(diǎn)不是重點(diǎn)，主要，主要要求了解基本點(diǎn)要求了解基本點(diǎn)。一、轉(zhuǎn)動(dòng)原理與起動(dòng)一、轉(zhuǎn)動(dòng)原理與起動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)原理轉(zhuǎn)動(dòng)原理： 由并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的功角特性可知：當(dāng)同步由并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的功角特性可知：當(dāng)同步發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)并聯(lián)在電網(wǎng)時(shí)，若將原動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)并聯(lián)在電網(wǎng)時(shí)，若將原動(dòng)機(jī)通過離合器脫開，此時(shí)轉(zhuǎn)子在機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩的作用下將減速，離合器脫開，此時(shí)轉(zhuǎn)子在機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩的作用下將減速，電機(jī)的功角電機(jī)的功角0 ，輸出的有功功率為負(fù)值，即表示從輸出的有功功率為負(fù)值，即表示從電網(wǎng)吸收有功功率。也就是說：同步發(fā)電機(jī)就變成了電網(wǎng)吸收有功功率。也就是說：同步

32、發(fā)電機(jī)就變成了同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)。 結(jié)論：結(jié)論：功角功角0 ，輸出輸出P 0 ，即輸入即輸入P，變成變成同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)速仍然是同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速仍然是同步轉(zhuǎn)速。 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 分析：分析：若直接將靜止不動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行若直接將靜止不動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁，而在定子三相電樞繞組通入三相交流電，在氣勵(lì)磁，而在定子三相電樞繞組通入三相交流電，在氣隙中將有勵(lì)磁磁場(chǎng)（恒定不變）和電樞磁場(chǎng)（旋轉(zhuǎn)）隙中將有勵(lì)磁磁場(chǎng)（恒定不變）和電樞磁場(chǎng)（旋轉(zhuǎn)）同時(shí)存在，當(dāng)電樞磁場(chǎng)超前勵(lì)磁磁場(chǎng)時(shí)，將拖動(dòng)勵(lì)磁同時(shí)存在，當(dāng)電樞磁場(chǎng)超前勵(lì)磁磁場(chǎng)時(shí)，將拖動(dòng)勵(lì)磁磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)

33、子存在著慣性轉(zhuǎn)子存在著慣性，而電樞磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速又，而電樞磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速又很快，很快，在在180內(nèi)電樞磁場(chǎng)內(nèi)電樞磁場(chǎng)不能及時(shí)將轉(zhuǎn)子拉入同不能及時(shí)將轉(zhuǎn)子拉入同步步，而，而超過超過180后，電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)的相互后，電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)的相互作用力變成斥力，于是作用力變成斥力，于是在一個(gè)周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平在一個(gè)周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零。均值為零。因此，因此，同步電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)。 起動(dòng)方法：起動(dòng)方法：主要有主要有間接起動(dòng)和異步起動(dòng)。間接起動(dòng)和異步起動(dòng)。 間接起動(dòng)和異步起動(dòng)間接起動(dòng)和異步起動(dòng) 間接起動(dòng)：間接起動(dòng)：通過其它機(jī)械（原動(dòng)機(jī)）將同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)通過其它機(jī)械（原動(dòng)機(jī)）將同步電動(dòng)

34、機(jī)起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，然后定子電樞繞組接三相交流電，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞至額定轉(zhuǎn)速，然后定子電樞繞組接三相交流電，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，通過機(jī)械離合器脫開原動(dòng)機(jī)并帶上機(jī)械負(fù)組通入勵(lì)磁電流，通過機(jī)械離合器脫開原動(dòng)機(jī)并帶上機(jī)械負(fù)載，同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)工作。載，同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)工作。 異步起動(dòng)：異步起動(dòng)：依靠同步電動(dòng)機(jī)磁極上的起動(dòng)繞組（類似鼠依靠同步電動(dòng)機(jī)磁極上的起動(dòng)繞組（類似鼠籠繞組）起動(dòng)?；\繞組）起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)一個(gè)起動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)一個(gè)510倍勵(lì)磁繞倍勵(lì)磁繞組電阻值的電阻，定子接入三相交流電，起動(dòng)繞組以異步機(jī)組電阻值的電阻，定子接入三相交流電，起動(dòng)繞組以異步

35、機(jī)的原理起動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁繞組通過轉(zhuǎn)的原理起動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁繞組通過轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開串聯(lián)的電阻，接入正常勵(lì)磁電流，此時(shí)由于電樞換開關(guān)斷開串聯(lián)的電阻，接入正常勵(lì)磁電流，此時(shí)由于電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速很小，轉(zhuǎn)子在電樞磁場(chǎng)的作用下磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速很小，轉(zhuǎn)子在電樞磁場(chǎng)的作用下將被拉入同步。拉入同步后的電動(dòng)機(jī)就可帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載正常將被拉入同步。拉入同步后的電動(dòng)機(jī)就可帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載正常工作。工作。 異步法起動(dòng)時(shí)注意：異步法起動(dòng)時(shí)注意：勵(lì)磁繞組既不能開路也不勵(lì)磁繞組既不能開路也不能短路能短路，而應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組回路中串聯(lián)一個(gè)，而應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組回路中串聯(lián)一個(gè)510倍勵(lì)倍勵(lì)磁繞組電阻值的電阻。磁繞組電阻值的電阻。 這是因?yàn)椋河捎趧?lì)磁繞組的匝數(shù)很多，起動(dòng)時(shí)，這是因?yàn)椋河捎趧?lì)磁繞組的匝數(shù)很多，起動(dòng)時(shí)，若開路若開路則會(huì)感應(yīng)出很高的電壓，造成設(shè)備損壞等后則會(huì)感應(yīng)出很高的電壓，造成設(shè)備損壞等后果。而果。而若直接短路若直接短路，則短路電流較大，會(huì)燒壞勵(lì)磁，則短路電流較大，會(huì)燒壞勵(lì)磁繞組。繞組。 轉(zhuǎn)子回路電阻的作用：即降壓又限流。轉(zhuǎn)子回路電阻的作用：即降壓又限流。 注意注意 同步電動(dòng)機(jī)電流的性質(zhì)：同步電動(dòng)機(jī)電流的性質(zhì)：與發(fā)電