電機(jī)原理與拖動(dòng)5同步電機(jī)

1、同步電機(jī)同步電機(jī)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)速恒等于同因其轉(zhuǎn)速恒等于同 步轉(zhuǎn)速而得名。步轉(zhuǎn)速而得名。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 同步電機(jī)同步電機(jī)-n=ns(ns為同步轉(zhuǎn)速）為同步轉(zhuǎn)速）異步電機(jī)異步電機(jī)-n ns交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1160fnp同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，用來(lái)生產(chǎn)交流電能?，F(xiàn)代同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，用來(lái)生產(chǎn)交流電能?，F(xiàn)代 電力網(wǎng)中巨大的電能幾乎全部由同步發(fā)電機(jī)提供。電力網(wǎng)中巨大的電能幾乎全部由同步發(fā)電機(jī)提供。 同步電動(dòng)機(jī)多用在不需調(diào)速的場(chǎng)合。同步電動(dòng)機(jī)多用在不需調(diào)速的場(chǎng)合。 同步電機(jī)的用途1.同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。向

2、電網(wǎng)發(fā)出交流：把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。向電網(wǎng)發(fā)出交流電，是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式電，是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式2.同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)：把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。在不要求調(diào)速的把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)始得到較多來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)始得到較多地應(yīng)用地應(yīng)用3.同步補(bǔ)償機(jī)：同步補(bǔ)償機(jī)：實(shí)際是一臺(tái)接在交流電網(wǎng)上空載的同步實(shí)際是一臺(tái)接在交流電網(wǎng)上空載的同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)電動(dòng)機(jī)，電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)

3、發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。 與感應(yīng)電機(jī)一樣，同步電機(jī)也是由定子及與感應(yīng)電機(jī)一樣，同步電機(jī)也是由定子及轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，定子上有三相交流轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，定子上有三相交流繞組；轉(zhuǎn)子上則有勵(lì)磁繞組，通入直流電繞組；轉(zhuǎn)子上則有勵(lì)磁繞組，通入直流電流后，能產(chǎn)生磁場(chǎng)。流后，能產(chǎn)生磁場(chǎng)。 定子：定子：同步電機(jī)的定子也稱為電樞，由定同步電機(jī)的定子也稱為電樞，由定子鐵芯、電樞三相繞組、機(jī)座和端蓋等部子鐵芯、電樞三相繞組、機(jī)座和端蓋等部件所組成。件所組成。同步電機(jī)的基

4、本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 1.1.定子部分定子部分定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成導(dǎo)磁部分。導(dǎo)磁部分。定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)導(dǎo)電部分。導(dǎo)電部分。 機(jī)座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。機(jī)座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。定子和轉(zhuǎn)子兩大部分定子和轉(zhuǎn)子兩大部分 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 同步電機(jī)的定子鐵芯是由硅鋼片沖制后同步電機(jī)的定子鐵芯是由硅鋼片沖制后疊裝而成。當(dāng)大型同步電機(jī)沖片外圓的疊裝而成。當(dāng)大型同步電機(jī)沖片外圓的直徑大于直徑大于1m時(shí)，由于材

5、料標(biāo)準(zhǔn)尺寸的限時(shí)，由于材料標(biāo)準(zhǔn)尺寸的限制，必須做成制，必須做成 扇形沖片，然后按圓周拼扇形沖片，然后按圓周拼合起來(lái)疊裝而成。合起來(lái)疊裝而成。 如圖所示：如圖所示：同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子： 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極式和隱極式。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之即凸極式和隱極式。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來(lái)定義的。間的氣隙的分布情況來(lái)定義的。見(jiàn)圖：見(jiàn)圖：同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成。 凸凸極式極式 隱極式隱極式NSNSNS凸極式凸極式隱極式隱極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)

6、構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 1）凸極式：）凸極式：由上圖可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子有明顯的突出的由上圖可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子有明顯的突出的磁極，氣隙分布不均勻。磁極，氣隙分布不均勻。2）隱極式）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。 區(qū)別：對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)區(qū)別：對(duì)于高速旋轉(zhuǎn) 的同步電機(jī)，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的同步電機(jī)，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，采用隱極式，而對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，由上，采用隱極式，而對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡(jiǎn)單、勵(lì)磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。制造簡(jiǎn)單、勵(lì)磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。 大型同步發(fā)電機(jī)通常用汽輪機(jī)或水輪機(jī)作為原大型同步

7、發(fā)電機(jī)通常用汽輪機(jī)或水輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，故前者稱為汽輪發(fā)電機(jī)，后者稱動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，故前者稱為汽輪發(fā)電機(jī)，后者稱為水輪發(fā)電機(jī)。為水輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。汽輪發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。水論發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。水論發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 10000kW10000kW水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的工作原理機(jī)械端口

8、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ABCU2U1W2V1W1V2snNSNSn一一. . 同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1 1三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2 2轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上通直流電，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上通直流電，使轉(zhuǎn)子鐵心成為有固定磁極的使轉(zhuǎn)子鐵心成為有固定磁極的電磁鐵。電磁鐵。3 3轉(zhuǎn)子受磁場(chǎng)力作用，形成電磁轉(zhuǎn)子受磁場(chǎng)力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。同步電動(dòng)機(jī)的工作原理同步電動(dòng)機(jī)的工作原理同步電動(dòng)機(jī)的工作原理同步電動(dòng)機(jī)的工作原理二

9、二. . 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理U2U1W2V1W1V2NSn2 2原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。1 1：轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上通直流電，：轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組上通直流電，使轉(zhuǎn)子鐵心成為有固定磁極的使轉(zhuǎn)子鐵心成為有固定磁極的電磁鐵。電磁鐵。3 3旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)切割定子繞組而旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì)。 頻率：頻率：60pnf 同步發(fā)電機(jī)必須需要同步發(fā)電機(jī)必須需要?jiǎng)?lì)磁：勵(lì)磁：直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)可控硅勵(lì)磁可控硅勵(lì)磁大容量場(chǎng)合不提倡大容量場(chǎng)合不提倡永磁發(fā)電機(jī)。永磁發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電頻率是發(fā)電機(jī)發(fā)出

10、的交流電頻率是50Hz,50Hz,轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為500r/min500r/min。則此發(fā)。則此發(fā)電機(jī)有幾對(duì)極？電機(jī)有幾對(duì)極？同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的工作原理汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高、離心力大轉(zhuǎn)速高、離心力大(p=1,p=2)(p=1,p=2)隱極式隱極式同步電機(jī)的分類同步電機(jī)的分類水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多凸極式凸極式同步電機(jī)的分類同步電機(jī)的分類同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值有：同步電機(jī)的額定值有：1.1.額定電壓：是指在正常運(yùn)行時(shí)，按照制造廠的規(guī)定，額定電壓：是指在正常運(yùn)行時(shí)，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的定子三相繞組上的線電壓線電壓。電壓的單

11、位用。電壓的單位用V V或或kVkV表表示。示。2.2.額定電流：流過(guò)定子繞組的線電流額定電流：流過(guò)定子繞組的線電流 。3.3.額定功率：是指在正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的額定功率：是指在正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率輸出功率 。A：對(duì)于發(fā)電機(jī)而言：輸出的是電功率。：對(duì)于發(fā)電機(jī)而言：輸出的是電功率。3cosNNNNPU I3cosNNNNNPU IB B：對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言：輸出的是機(jī)械功率。：對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言：輸出的是機(jī)械功率。4.4.相數(shù)相數(shù)mm：一般：一般m=3m=3。5.5.額定頻率額定頻率: :我國(guó)額定工業(yè)頻率規(guī)定我國(guó)額定工業(yè)頻率規(guī)定 f f N N=50Hz.=50Hz.6.6.額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速即為

12、電機(jī)的同步速，在一定極額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速即為電機(jī)的同步速，在一定極數(shù)及頻率時(shí)，它的轉(zhuǎn)速是定值。數(shù)及頻率時(shí)，它的轉(zhuǎn)速是定值。7.7.額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電壓8.8.額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值 電勢(shì)aFFF0aEEE01F1El隱極機(jī)隱極機(jī) 定子電壓方程：定子電壓方程： jxrIEU1111xI jEU111（不計(jì) ） 1rxI jEEUa101定子漏抗 xxI jEUa101電樞反應(yīng)電抗 cxI jEU101同步電抗 第二節(jié)第二節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)向量圖同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)向量圖直流磁動(dòng)勢(shì)直流磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì) 等效電路 1r0E1Ucx1E1I1Ux 相量

13、圖相量圖 凸極機(jī) 雙反應(yīng)原理 同步電機(jī)模型（圖7-11） 磁路各向不同性： adaqaadxqxxxf軸方向：磁導(dǎo)率大，大軸方向：磁導(dǎo)率小，大其他方向：磁導(dǎo)率隨位置變化， 變化，dq處理方法： 雙反應(yīng)原理分解21CxCxxaqada 方程式： aFFF0aqadaFFFaqadaEEEqdIII1aqqaddaxI jxI jxI j1xI jxI jxI jqd1qqddcxI jxI jxI j1直軸電樞反應(yīng)電抗 交軸電樞反應(yīng)電抗 直軸同步電抗 交軸同步電抗 qqddxI jxI jEU01 相量圖)()(1110的的夾夾角角與與忽忽略略的的夾夾角角與與EUIE內(nèi)功率因數(shù)角：內(nèi)功率因數(shù)角：

14、 隱極機(jī)隱極機(jī) ：（特例：（特例） cqdxxxqdIII1第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系、轉(zhuǎn)矩平衡和矩角特性 概述 機(jī)械特性 Tn1n負(fù)載過(guò)重，停機(jī)（失步）：負(fù)載過(guò)重，停機(jī)（失步）：電壓施加在漏阻抗上（此時(shí)電壓施加在漏阻抗上（此時(shí)無(wú)感應(yīng)電勢(shì)）；事故狀態(tài)。無(wú)感應(yīng)電勢(shì)）；事故狀態(tài)。 研究對(duì)象：研究對(duì)象： fPM fT 1MPTCnn1CTTL ,穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)：功角物理意義1U0E11EU1E0EF0F是是與與夾角，（認(rèn)為夾角，（認(rèn)為），則功角為），則功角為和和夾角，即夾角，即和和夾角。夾角。見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-11T 0 090 90 90180 180 0 + max + -OPM / T 90o PM(T

15、) U1鐵損耗鐵損耗機(jī)械損耗機(jī)械損耗附加損耗附加損耗空載損耗空載損耗 P0 = pFepmps輸出功率輸出功率 P2 = PMP0功率關(guān)系功率關(guān)系 P1 = pCuPM = pCupFepmpsP2 效率效率P1PCuPMP0P2 = 100% % P2P1功率關(guān)系(1) 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 T2 = TT0(2) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T = PM1= 9.55PMn1(3) 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩T0 = P01= 9.55P0n1T2 = P21(4) 輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩= 9.55P2n1TN = 9.55PNn1T2N = 9.55PNn1 忽略忽略 P0 (T0)，則有，則有 T2 = T

16、 T2N = TN 轉(zhuǎn)矩平衡同步電動(dòng)機(jī)功（矩）角特性：在外加電壓和勵(lì)同步電動(dòng)機(jī)功（矩）角特性：在外加電壓和勵(lì)磁條件不變的條件下，電磁功率（轉(zhuǎn)矩）隨磁條件不變的條件下，電磁功率（轉(zhuǎn)矩）隨功角的變化關(guān)系曲線。功角的變化關(guān)系曲線。輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率）輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率） P1 = 3U1I1cos 電磁功率電磁功率(忽略銅損忽略銅損) PM P1 = 3U1I1cos = 3 U1I1cos(- ) =3 U1I1coscos +3 U1I1sinsin =3 U1Iqcos +3 U1Idsin 功（矩）角特性 U1 fPMPM3U1E0Xd = sin 1Xq ( ) sin2 3U12

17、21Xd3U1E0Xd T = sin 1Xq+ ( ) sin2 3U1221XdPM = PM PMT = T T U1凸極機(jī)凸極機(jī)： 3U1E0Xd PM = sin PM E0 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即 If 0 時(shí)存在。時(shí)存在。 1XqPM“ = ( ) sin2 3U1221XdPM 是由于是由于 Xd Xq 而引起的，與而引起的，與 If 是否存在無(wú)關(guān)。是否存在無(wú)關(guān)。 結(jié)論：結(jié)論： PM 使使 PM 。 PM 極值產(chǎn)生在極值產(chǎn)生在90o 處。處。 功角特性與矩角特性功角特性與矩角特性 不再是正弦波。不再是正弦波。 基本分量?；痉至?。 附加分量。附加分量。OPM / T

18、90o PM(T)PMPM凸極機(jī)凸極機(jī)見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-12a,b 隱極機(jī)：隱極機(jī)：PM = 3 sin U1E0Xc隱極機(jī)隱極機(jī)見(jiàn)圖見(jiàn)圖7-12c,d T = 3 sin U1E0XcOPM / T 90o PM(T)當(dāng)當(dāng) = 90o 時(shí)時(shí): 電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩最大同步電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題：同步電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題：同步電機(jī)能否穩(wěn)定運(yùn)行，與功角的大小有密切同步電機(jī)能否穩(wěn)定運(yùn)行，與功角的大小有密切關(guān)系。在這里，我們先來(lái)看一下什么是電機(jī)關(guān)系。在這里，我們先來(lái)看一下什么是電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定，為了分析簡(jiǎn)便起見(jiàn)，略去鐵芯的靜態(tài)穩(wěn)定，為了分析簡(jiǎn)便起見(jiàn)，略去鐵芯損耗和機(jī)械損耗損耗和機(jī)械損耗 ，這樣

19、，可得，這樣，可得P1=PM，靜態(tài)穩(wěn)定：電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，受到外界的干擾，靜態(tài)穩(wěn)定：電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，受到外界的干擾，從而導(dǎo)致運(yùn)行偏離原先的運(yùn)行點(diǎn)，而當(dāng)干擾從而導(dǎo)致運(yùn)行偏離原先的運(yùn)行點(diǎn)，而當(dāng)干擾撤去后，電機(jī)又能自行回到原先的點(diǎn)繼續(xù)工撤去后，電機(jī)又能自行回到原先的點(diǎn)繼續(xù)工作，就叫做電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定。作，就叫做電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定。 隱極機(jī)穩(wěn)定性分析：隱極機(jī)穩(wěn)定性分析： 1）在）在a點(diǎn)，點(diǎn)， P1=PM，即輸入即輸入P1和輸出和輸出PM相相等，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行等，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 2）來(lái)一個(gè)干擾，假定使得）來(lái)一個(gè)干擾，假定使得P1增加到增加到P1 ， 顯然電機(jī)的轉(zhuǎn)速將增大，因?yàn)楣秋@然電機(jī)的轉(zhuǎn)速將增大，因?yàn)楣呛娃D(zhuǎn)速成正

20、比關(guān)系變化，所以，功角也和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系變化，所以，功角也將增大，推出將增大，推出PM也增大也增大 ，這樣一來(lái)，這樣一來(lái)，我們可以看出在我們可以看出在b點(diǎn)電機(jī)將達(dá)到一個(gè)新點(diǎn)電機(jī)將達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，從而繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。的平衡點(diǎn)，從而繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。OPM / T 90o PM(T) 3）由此可以推出，當(dāng)功角在）由此可以推出，當(dāng)功角在00-900之間變化時(shí)，發(fā)電機(jī)有自動(dòng)保之間變化時(shí)，發(fā)電機(jī)有自動(dòng)保持同步的能力，持同步的能力，是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。在穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，電磁是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。在穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，電磁功率的改變只會(huì)改變功角的大小，而轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不會(huì)改變的功率的改變只會(huì)改變功角的大小，而

21、轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不會(huì)改變的，永遠(yuǎn)以同步速旋轉(zhuǎn)。，永遠(yuǎn)以同步速旋轉(zhuǎn)。 4）而在）而在9001800之間，電機(jī)是不穩(wěn)定運(yùn)行的，在功角之間，電機(jī)是不穩(wěn)定運(yùn)行的，在功角= 900時(shí)，時(shí)，輸輸入的機(jī)械功率到達(dá)與最大電磁功率相等。當(dāng)功角大于入的機(jī)械功率到達(dá)與最大電磁功率相等。當(dāng)功角大于900時(shí)將失去同時(shí)將失去同步，失去同步后，裝在電網(wǎng)與電動(dòng)機(jī)之間的保護(hù)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生動(dòng)作，將步，失去同步后，裝在電網(wǎng)與電動(dòng)機(jī)之間的保護(hù)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生動(dòng)作，將電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上拉開(kāi)。電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上拉開(kāi)。P1P1結(jié)論結(jié)論 穩(wěn)定性 隱極機(jī)：以 為界限090穩(wěn)定 90不穩(wěn)定 v凸極機(jī)：以最高點(diǎn)為界限。OPM / T 90o PM(T)3020 N倍3

22、2sin1N090第四節(jié) 勵(lì)磁調(diào)節(jié) 概述 以隱極機(jī)為例： cxI jEU101fI0E1I都都可可能能同同相相滯滯后后于于引引前前于于11UU改變改變，變化變化 相位相位可以通過(guò)可以通過(guò)調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)對(duì)調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)呈電容性電網(wǎng)呈電容性。 定子電流軌跡 cxI jEU101011abccEUIjjIIxx CIfCIb 即即 LT1I軌跡如教材圖軌跡如教材圖7-14 圓弧圓弧 LTK：空載，同步，純電容；：空載，同步，純電容；D：額定附近，容性負(fù)載；：額定附近，容性負(fù)載； E： 11,IU同相，純電阻；同相，純電阻； F： 90電感性負(fù)載。電感性負(fù)載。 CIfLT變（

23、大幅），對(duì)變（大幅），對(duì)電網(wǎng)影響惡劣。電網(wǎng)影響惡劣。 0EKEFD 有功功率恒定時(shí)的勵(lì)磁調(diào)節(jié) CTL（圖7-15 ）CIUP1111cos3CU 1CI11cos11,IU1cos1平勵(lì)：平勵(lì)：同相，同相，電機(jī)損耗最小，出力最大，阻性。，電機(jī)損耗最小，出力最大，阻性。 1I1U9 . 0cos1過(guò)勵(lì)：過(guò)勵(lì)：引前引前，額定工作，額定工作，左右，容性。左右，容性。 1I1U欠勵(lì)：欠勵(lì)：滯后滯后，感性（不希望），感性（不希望） lU形曲線形曲線 保持保持P恒定，恒定， fbIfIfI1baccIIxEjxUjI011（圖7-15）U形特性曲線曲線最低點(diǎn)是正常勵(lì)磁點(diǎn)，Cos1=1，以此點(diǎn)為界，左面是欠

24、勵(lì)磁狀態(tài)，右面是過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)。（圖7-15）當(dāng)負(fù)載變?yōu)榱硪粋€(gè)大的恒定負(fù)載時(shí)，U曲線向右上移動(dòng)。勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié):1、如果電網(wǎng)功率因數(shù)很高，則同步電動(dòng)機(jī)工作在正常勵(lì)磁最為理 想， Cos1=1，I1最小，銅耗最小，效率最高。2、如果電網(wǎng)功率因數(shù)很低，則同步電動(dòng)機(jī)工作在過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，且 使勵(lì)磁電流盡可能調(diào)到最大，以定子電流不超過(guò)允許值為限。IfIf1I1If2同步補(bǔ)償機(jī) 同步補(bǔ)償機(jī)，也稱同步調(diào)相機(jī)，是一臺(tái)不帶機(jī)械負(fù)同步補(bǔ)償機(jī)，也稱同步調(diào)相機(jī)，是一臺(tái)不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，專門用于發(fā)出（吸收）無(wú)功功率。載的同步電動(dòng)機(jī)，專門用于發(fā)出（吸收）無(wú)功功率。一、兩種運(yùn)行方式一、兩種運(yùn)行方式1I1U1.過(guò)勵(lì)：過(guò)勵(lì)：

25、 為過(guò)勵(lì)時(shí)，為過(guò)勵(lì)時(shí)， 領(lǐng)先于領(lǐng)先于 ，吸收容性無(wú)功功率，即發(fā)，吸收容性無(wú)功功率，即發(fā) 出感性無(wú)功功率。出感性無(wú)功功率。1U1I2.欠勵(lì)：欠勵(lì)： 落后于落后于 ，吸收感性無(wú)功功率。，吸收感性無(wú)功功率。畫出過(guò)勵(lì)、欠勵(lì)時(shí)矢量圖如下，動(dòng)態(tài)相量圖（畫出過(guò)勵(lì)、欠勵(lì)時(shí)矢量圖如下，動(dòng)態(tài)相量圖（圖圖7-17） ：同步補(bǔ)償機(jī)在電網(wǎng)補(bǔ)償中的用途同步補(bǔ)償機(jī)在電網(wǎng)補(bǔ)償中的用途1受控補(bǔ)償受控補(bǔ)償 （2）當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷很輕時(shí)，高壓長(zhǎng)輸電線路將呈現(xiàn)較）當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷很輕時(shí)，高壓長(zhǎng)輸電線路將呈現(xiàn)較大的電容作用，使受端電網(wǎng)電壓升高，此時(shí)，同步大的電容作用，使受端電網(wǎng)電壓升高，此時(shí)，同步補(bǔ)償機(jī)應(yīng)運(yùn)行在欠勵(lì)狀態(tài)，吸收電網(wǎng)中多余的無(wú)功補(bǔ)償機(jī)

26、應(yīng)運(yùn)行在欠勵(lì)狀態(tài)，吸收電網(wǎng)中多余的無(wú)功功率。功率。（1）當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較大時(shí)，為了改善功率因素，同）當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較大時(shí)，為了改善功率因素，同步補(bǔ)償機(jī)應(yīng)過(guò)勵(lì)運(yùn)行步補(bǔ)償機(jī)應(yīng)過(guò)勵(lì)運(yùn)行.2、中間補(bǔ)償、中間補(bǔ)償 （1）0sin( , )E UPP uX（2）當(dāng)）當(dāng) 時(shí)對(duì)穩(wěn)定有利，因?yàn)闀r(shí)對(duì)穩(wěn)定有利，因?yàn)?， 角減小，穩(wěn)定角減小，穩(wěn)定 提高提高X0E UX（3）當(dāng)保持原過(guò)載能力時(shí)，輸送的功率將增大。）當(dāng)保持原過(guò)載能力時(shí)，輸送的功率將增大。（4）中間加補(bǔ)償機(jī)相當(dāng)于線路的）中間加補(bǔ)償機(jī)相當(dāng)于線路的 減小，提高了穩(wěn)減小，提高了穩(wěn)定性或增加輸出。定性或增加輸出。X同步補(bǔ)償機(jī)特點(diǎn)同步補(bǔ)償機(jī)特點(diǎn)1、因不帶機(jī)械負(fù)載，補(bǔ)償機(jī)轉(zhuǎn)軸

27、可以比細(xì)、因不帶機(jī)械負(fù)載，補(bǔ)償機(jī)轉(zhuǎn)軸可以比細(xì).2、由于沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題，、由于沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題， 可較大，使得氣隙較小，可較大，使得氣隙較小， 勵(lì)磁也較小，轉(zhuǎn)子用銅量少勵(lì)磁也較小，轉(zhuǎn)子用銅量少.CX3、額定容量對(duì)應(yīng)過(guò)勵(lì)而言、額定容量對(duì)應(yīng)過(guò)勵(lì)而言.4、也存在起動(dòng)問(wèn)題，可以利用異步起動(dòng)，加起動(dòng)繞、也存在起動(dòng)問(wèn)題，可以利用異步起動(dòng)，加起動(dòng)繞 組組。其他其他1、水電站在枯水期間，水輪發(fā)電機(jī)可作調(diào)相運(yùn)行、水電站在枯水期間，水輪發(fā)電機(jī)可作調(diào)相運(yùn)行2、在同時(shí)有水輪機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)，豐水期、在同時(shí)有水輪機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)，豐水期間，水輪發(fā)電機(jī)發(fā)有功功率，汽輪發(fā)電機(jī)作調(diào)相間，水輪發(fā)電機(jī)發(fā)有功功率，汽輪發(fā)電機(jī)作調(diào)相

28、機(jī)運(yùn)行。機(jī)運(yùn)行。 例71，P256題意：某企業(yè)變電所，變壓器容量為1000KVA，二次電壓為6000V。 已用的容量為有功功率400KW、無(wú)功功率400KVAR（感性） 現(xiàn)在企業(yè)要增加一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)：PN=500KW，UN=6000V nN=370r/min，cosN=0.78,=0.92。選用一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)進(jìn) 行功率補(bǔ)償：PN=550KW，UN=6000V，IN=64A nN=375r/min， =0.92。1、不增加變電所容量是否可行。2、調(diào)節(jié)If向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，調(diào)到I1額定時(shí)，求同步電動(dòng)機(jī)輸入 的有功功率；向電網(wǎng)提供的無(wú)功功率；電動(dòng)機(jī)此時(shí)的功率因數(shù)； 再求出此時(shí)電源變壓器的有功功率；

29、無(wú)功功率及視在功率。解 一、選用異步機(jī)時(shí)它正好運(yùn)行在額定狀態(tài)(不加同步機(jī)時(shí))1.異步機(jī)輸入的有功功率為2.異步機(jī)從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率為3.變壓器輸出的總有功功率為4.變壓器輸出的總無(wú)功功率為5.變壓器的總視在功率為kwIUP1.54378.06760003cos31111var7.4356258.06760003sin3111kIUQKWKWP1.943)1.543400(var7.835var)7.435400(KKQKVAQPS12607.8351.9432222視在功率已超過(guò)變壓器容量,如不采取措施就不能正常工作.二、選用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，假定輸出功率仍為500KW，效率仍為0.921.同步電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收的有功功率為2.調(diào)節(jié)If使I1額定,此時(shí)電動(dòng)機(jī)的視在功率為3.同步機(jī)向電網(wǎng)提供的無(wú)功功率為4.同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)為KWPPN5.54392.0500/21KVAIUSNN1.66564600033var4.3835.5431.6652222KPSQ817.0cosSP5. 變壓器輸出的總有功功率為6. 變壓器的無(wú)功功率為7. 變壓器的視在功率為 可見(jiàn),選用同步電動(dòng)機(jī)時(shí),由于