電機學(xué)課件—5.4

1、Ufr1r1r2r2E1E1E2E2R R2 21 12 21 1cI2U2U1U1U1U2U負(fù)負(fù)載載AXaxk1k2UgCgAgBGAgUsCsAsBSAsUAUAIGAASUIZZ沖擊電流：沖擊電流： AUBUCUAgUBgUCgUCsUBsUAsUsg3AABBCC電網(wǎng)發(fā)電機K12VSCUSBUSAUSGAUGBUGCUGSCUSBUSAUSGAUGBUGCUGSGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCU

2、SCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSGSAUGAUGCUSCUGBUSBU10U3U2USGSAUGAUGCUSCUGBUSBU3U20U1U的任意兩根接線。的任意兩根接線。SGSAUGAUGCUSCUGBUSBU1U2U30USGSAUGAUGCUSCUGBUSBUAUBUCUSCUSBUSAUSGAUGBUGCUGV基本要求：基本要求：3 3掌握同步發(fā)電機并網(wǎng)運行時功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式掌握同步發(fā)電機并網(wǎng)運行時功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式1 1掌握同步發(fā)電機并網(wǎng)空載運行的基本電磁關(guān)系掌握同步發(fā)電機并網(wǎng)空載運行的基本電磁關(guān)系2 2掌握同步發(fā)電機并網(wǎng)負(fù)載運

3、行的電磁轉(zhuǎn)矩掌握同步發(fā)電機并網(wǎng)負(fù)載運行的電磁轉(zhuǎn)矩 原動機的拖動轉(zhuǎn)矩原動機的拖動轉(zhuǎn)矩 等于空載矩等于空載矩 ，發(fā)電機不向，發(fā)電機不向電網(wǎng)輸出有功功率。電網(wǎng)輸出有功功率。0T1T10TT260n 0I 10mFePppP1 1同步發(fā)電機同步發(fā)電機時的功率及轉(zhuǎn)矩時的功率及轉(zhuǎn)矩同步發(fā)電機的理想條件同步發(fā)電機的理想條件: :發(fā)電機的端電壓大小、頻率以及相位與電網(wǎng)完全發(fā)電機的端電壓大小、頻率以及相位與電網(wǎng)完全相同，同步發(fā)電機定子繞組完全沒有電流。相同，同步發(fā)電機定子繞組完全沒有電流。U1fFB0,0EU I0ECjIXIaF00,90EU 減少勵磁UB0E0cEUjIXF增加勵磁0cEUIjX1fFCjI

4、XFU0EIBaF00,90EU 1fF 原動機輸出轉(zhuǎn)矩不變時，改變發(fā)電機的勵磁原動機輸出轉(zhuǎn)矩不變時，改變發(fā)電機的勵磁電流只能使電樞繞助產(chǎn)生落后或領(lǐng)先的純無功電電流只能使電樞繞助產(chǎn)生落后或領(lǐng)先的純無功電流，發(fā)電機不輸出有功功率。流，發(fā)電機不輸出有功功率。結(jié)論：結(jié)論： 發(fā)電機空載運行時，氣隙磁動勢基波和勵磁發(fā)電機空載運行時，氣隙磁動勢基波和勵磁磁動勢基波同相位。磁動勢基波同相位。 原如果在合閘前，發(fā)電機空載電壓與電網(wǎng)電原如果在合閘前，發(fā)電機空載電壓與電網(wǎng)電壓不等，除了合閘時產(chǎn)生沖擊電流外，發(fā)電機還壓不等，除了合閘時產(chǎn)生沖擊電流外，發(fā)電機還會有無功電流，即向電網(wǎng)發(fā)出無功功率。會有無功電流，即向電網(wǎng)

5、發(fā)出無功功率。+A1fFfNNSfSF+A1fFfNNSfSF結(jié)論結(jié)論： 空載運行時，氣隙磁動勢和勵磁磁動勢同相位，定轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相吸引的力，使定子表現(xiàn)為橢圓，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，橢圓的長軸旋轉(zhuǎn)兩周。 調(diào)節(jié)原動機的輸出轉(zhuǎn)矩 ，引起轉(zhuǎn)子加速。首先出現(xiàn)的是轉(zhuǎn)子位置（以 為標(biāo)志）領(lǐng)先氣隙旋轉(zhuǎn)磁密 。由于電網(wǎng)頻率不會改變， 的頻率也不會變，所以氣隙磁密 維持恒定的同步速度。10TTBBE1fF 并聯(lián)到電網(wǎng)上的發(fā)電機，能夠調(diào)節(jié)的物理量：勵磁電流和原動機輸出轉(zhuǎn)矩。代表轉(zhuǎn)子位置的空間向量 在空載時與 同相位； 增大瞬間，轉(zhuǎn)子加速使得 領(lǐng)先 一個角度B1fFB1T1fF qBB sinTdB+A1fFfNNSfSB

6、qB.A1fFB qfffB l iB sinl N I2 2ffTf rpB sinl N IrpC sin 制動力矩制動力矩A1fFB10TTT電磁轉(zhuǎn)矩的出現(xiàn)，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡式變?yōu)椋?010MTTTPPp 功率平衡式： 輸入功率電磁功率輸出功率1PMP2P11PT210cuPPpp0pcup1P2PMPMPT2osPmUIc22cosemcuPPPmUImI R0coscosUIRE20cosemcuPPPmE I思考：內(nèi)功率因數(shù)角？思考：內(nèi)功率因數(shù)角？0EUIcjIXIr0cE sinIX cos0cE sinIcosX02emcUEPPmsinX 并聯(lián)運行的同步發(fā)電機，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩增

7、加時，電并聯(lián)運行的同步發(fā)電機，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩增加時，電機的電磁制動轉(zhuǎn)矩隨之增大，電機的電磁功率和輸出機的電磁制動轉(zhuǎn)矩隨之增大，電機的電磁功率和輸出有功功率增大。有功功率增大。UIcj IX0E1.隱極發(fā)電機：若忽略電阻 ，則2emPPmUIcosr2（2） 一定時，改變勵磁電流 ，若 則fiMP12ffii12（ 1 1 ） 保 持 勵 磁 電 流） 保 持 勵 磁 電 流 不變時，不變時， 值與值與 角角按正弦曲線變化。按正弦曲線變化。MPfi2fi請比較請比較 和和 的大小的大小1fi2fi1fi12MP02emcUEPPmsinX09001800090009001800MP1dIUIqqjI

8、 xddjI x0EqI2emPPmUIcos 當(dāng)忽略電樞電阻時，凸極式電磁功率亦等于輸出功率。 2022dqemddqXXUEPmsinmUsinXX X第一項是勵磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引起的，與勵磁電勢 成正比，稱為勵磁電磁功率。0E第二項在隱極機中不存在，與端電壓 及交直軸磁阻的差異 有關(guān)，稱作凸極電磁功率。UdqXX2022dqemddqXXUEPmsinmUsinXX X電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩: : 由于凸極機的電磁功率有兩個正弦函數(shù)疊加由于凸極機的電磁功率有兩個正弦函數(shù)疊加而成，其最大電磁功率發(fā)生在而成，其最大電磁功率發(fā)生在 角小于角小于 電角度電角度的位置。若的位置。若 則，則

9、， 。09012ffii12MMPP211()sin22qdUmXX1800090018000900180009000900MP0sindE UmX0222emddqdqUEPmsinXXXmUsinX X 發(fā)電機勵磁電流發(fā)電機勵磁電流 = = 常常數(shù)時，勵磁電勢數(shù)時，勵磁電勢 = = 常數(shù)，常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出有功功率時，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出有功功率時，因因 角的不同，使得不僅輸出角的不同，使得不僅輸出的有功功率的有功功率 不同，而且輸出的無功功率也不同，而且輸出的無功功率也會不同。會不同。fi0E0McUEPmsinXU0ECjIXI00ECjIXI0ECjIXICUjX0結(jié)論結(jié)論1 1：當(dāng)勵磁

10、電流當(dāng)勵磁電流 = =常數(shù)時，常數(shù)時，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的有功功率，發(fā)電調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的有功功率，發(fā)電機的無功功率也會改變，輸出有功機的無功功率也會改變，輸出有功功率增大時，輸出落后性無功功率功率增大時，輸出落后性無功功率會減小。會減小。fiU0EI0EICjIXCjIXCjIXI0CUjX00E結(jié)論結(jié)論2 2：并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機，保持勵磁電流并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機，保持勵磁電流為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的有功功率，電動勢向量為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的有功功率，電動勢向量的軌跡是一個圓的軌跡是一個圓( (圓心是圓心是 ) ) ，電樞電流，電樞電流 向量的向量的軌跡也是一個圓軌跡也是一個圓( (圓

11、心是圓心是 ) )，把它們稱為同步電機，把它們稱為同步電機的圓圖。的圓圖。fi0EI00 同步發(fā)電機輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱同步發(fā)電機輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，而且受到運行穩(wěn)定性的限制。的限制，而且受到運行穩(wěn)定性的限制。 穩(wěn)定問題包括由若干個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力穩(wěn)定問題包括由若干個發(fā)電廠或發(fā)電機的電力系統(tǒng)，在正常負(fù)載調(diào)配和不正常事故中，這些電機系統(tǒng)，在正常負(fù)載調(diào)配和不正常事故中，這些電機或電廠是否還能保持同步運行的問題?；螂姀S是否還能保持同步運行的問題。穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定兩種。（2 2）動態(tài)穩(wěn)定：動態(tài)穩(wěn)定：發(fā)電機突然加負(fù)載、切除

12、負(fù)載等發(fā)電機突然加負(fù)載、切除負(fù)載等正常操作運行時，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、正常操作運行時，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機失去勵磁電流等非正常運行，以及遭受到大發(fā)電機失去勵磁電流等非正常運行，以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負(fù)載變化時，電機是否的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負(fù)載變化時，電機是否還能保持同步運行的問題。還能保持同步運行的問題。（1 1）靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定：發(fā)電機在某一穩(wěn)定運行狀態(tài)，：發(fā)電機在某一穩(wěn)定運行狀態(tài)，（即發(fā)電機和電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電壓（即發(fā)電機和電網(wǎng)并聯(lián)運行時，電壓U U和頻率和頻率f f都都為恒定值，勵磁電流為恒定值，勵磁電流 不變，其輸入功率和輸出不變，其輸入功率

13、和輸出功率都不變），如果在電網(wǎng)或原動機方面，突然功率都不變），如果在電網(wǎng)或原動機方面，突然發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電機發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電機若能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，即認(rèn)為該發(fā)電若能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，即認(rèn)為該發(fā)電機是穩(wěn)定的。機是穩(wěn)定的。fi90018009009001800900180090009001800T(1) (1) 隱極機隱極機1TT2T 若原動機拖動轉(zhuǎn)矩若原動機拖動轉(zhuǎn)矩 不變，當(dāng)不變，當(dāng) 增大一個增大一個 時，電磁轉(zhuǎn)矩時，電磁轉(zhuǎn)矩 也增加一個也增加一個 ，去掉干擾后，因，去掉干擾后，因 使電機自動回到原工作點（使電機自動回到原工作點（

14、），），是穩(wěn)定的。是穩(wěn)定的。1T1T1TT1TTTT0dTd ，發(fā)電機是靜態(tài)穩(wěn)定的。，發(fā)電機是靜態(tài)穩(wěn)定的。 或或 時為靜態(tài)穩(wěn)定極限。時為靜態(tài)穩(wěn)定極限。900dTd0dTd ，發(fā)電機是不穩(wěn)定的。，發(fā)電機是不穩(wěn)定的。 結(jié)論：結(jié)論：凸極機與隱極機相似，凸極機與隱極機相似，0dTd發(fā)電機是靜態(tài)穩(wěn)定的。發(fā)電機是靜態(tài)穩(wěn)定的。 ，為靜態(tài)穩(wěn)定極限，但此時，為靜態(tài)穩(wěn)定極限，但此時90m0dTd0dTd ，發(fā)電機是不穩(wěn)定的。，發(fā)電機是不穩(wěn)定的。 1800090018000900180009000900Tm（2 2）凸極機）凸極機凸極機的額定運行點一般在凸極機的額定運行點一般在 角度范圍。角度范圍。0020 30（

15、3 3）最大轉(zhuǎn)矩）最大轉(zhuǎn)矩 （或最大電磁功率（或最大電磁功率 ）與額定電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩 （或額定電磁功率（或額定電磁功率 ）之比）之比稱為過載能力，用稱為過載能力，用 表示：表示：maxTmaxMPNTNPmkmaxmax1NmNNNTPkTPsin隱極機隱極機 ， 一般為一般為1.51.52 2左右。左右。30 40ooNmk整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)dTd0coscdTm E UdX隱極機：隱極機：0coscos2dqcdqXXdTmE UdXX X凸極機：凸極機：整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)的正負(fù)代表了是否穩(wěn)定，大小代表了穩(wěn)整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)的正負(fù)代表了是否穩(wěn)定，大小代表了穩(wěn)定的能力。定的能力。 電力系統(tǒng)

16、，除了要供給負(fù)載有功功率以外，電力系統(tǒng)，除了要供給負(fù)載有功功率以外，還要供給負(fù)載大量的無功功率，電網(wǎng)的總無功功還要供給負(fù)載大量的無功功率，電網(wǎng)的總無功功率由電網(wǎng)中全部發(fā)電機共同負(fù)擔(dān)。率由電網(wǎng)中全部發(fā)電機共同負(fù)擔(dān)。 發(fā)電機在理想條件下（發(fā)電機與電網(wǎng)電壓、發(fā)電機在理想條件下（發(fā)電機與電網(wǎng)電壓、頻率、初相角都相等），并聯(lián)合閘到電網(wǎng)上去。頻率、初相角都相等），并聯(lián)合閘到電網(wǎng)上去。1. 1. 正常勵磁：空載運行時，電樞電流正常勵磁：空載運行時，電樞電流 ，發(fā)電機既沒有有功功率輸出，也沒有無功功率輸發(fā)電機既沒有有功功率輸出，也沒有無功功率輸出，此時電機勵磁電流為正常勵磁。出，此時電機勵磁電流為正常勵磁。0

17、IU 3. 3. 欠勵磁（進相運行）：（保持原動機輸出不欠勵磁（進相運行）：（保持原動機輸出不變）減小勵磁電流變）減小勵磁電流 ，發(fā)電機送出領(lǐng)先的無功，發(fā)電機送出領(lǐng)先的無功電流，產(chǎn)生助磁電樞反應(yīng)。電流，產(chǎn)生助磁電樞反應(yīng)。fi2. 2. 過勵磁過勵磁( (遲相運行遲相運行) )：（保持原動機輸出不變）：（保持原動機輸出不變）增加勵磁電流增加勵磁電流 ，發(fā)電機送出落后的無功電流，發(fā)電機送出落后的無功電流，產(chǎn)生去磁電樞反應(yīng)。產(chǎn)生去磁電樞反應(yīng)。fi，所以：，所以：0emcUEPmsinX則：則：= =常數(shù)，而常數(shù)，而2emPP2PmUIcos= =常數(shù)常數(shù)均為不變量均為不變量CmUX 、 、0Icos

18、E sin常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)CjIX0EICjIX0E當(dāng)發(fā)電機輸出一定的有功功率并保持不變，當(dāng)發(fā)電機輸出一定的有功功率并保持不變，Icos0sinEIUI0ECjIX（3 3）電樞電流）電樞電流 與電壓與電壓 同相位，同相位，正常勵磁正常勵磁。IU（2 2）電樞電流）電樞電流 落后電壓落后電壓 時，時， 較大，也就是勵磁電流較大，也就是勵磁電流 較大，較大，過勵磁過勵磁；fiIU0E（1 1）電樞電流）電樞電流 領(lǐng)先電壓領(lǐng)先電壓 時，時， 較小，也就是勵磁電較小，也就是勵磁電流流 較小，較小，欠勵磁欠勵磁；IU0EfiCjIXU0EIICjIX0ECjIXI0E0sinEIcosIfI0If00mPemPemPemPemPemPemPemPemPemP正常勵磁