電機與拖動第5章同步電機的基本理論8

*5.7微型同步電動機5.10三相同步發(fā)電機的運行特性第5章同步電機的基本理論5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)5.1三相同步電機的工作原理第5章同步電機的基本理論5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)5.3三相同步電動機的運行分析5.4三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩5.5三相同步電動機的的運行特性5.6三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.8三相同步發(fā)電機的運行分析5.9三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行5.1三相同步電機的工作原理電機與拖動*5.12同步發(fā)電機的三相突然短路返回主頁5.8三相同步發(fā)電機的運行分析1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0I1→Fam→Φa→EaΦ→ER1I1U1=E0＋Ea＋E－R1I1＋U1－I1第5章同步電機的基本理論一、三相隱極同步發(fā)電機的運行分析E0EaE

Ea

=－j

Xa

I1E

=－j

X

I1※Xa

——電樞反應(yīng)電抗。

X——電樞漏電抗。U1=E0－(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I1※Xs=Xa＋X——同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXsI15.8三相同步發(fā)電機的運行分析2.等效電路3.相量圖根據(jù)負載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。并設(shè)：

U1=U10o。+U1－R1jXsI1＋－E０U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I15.8三相同步發(fā)電機的運行分析(c)電容性(a)電感性(b)電阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ

忽略R1時：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.8三相同步發(fā)電機的運行分析

【例5.8.1】

某三相同步發(fā)電機，PN=50kW，UN=400V，Y形聯(lián)結(jié)，N=0.8（電感性）。R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求空載電壓等于額定電壓，電樞電流等于額定電流，內(nèi)功率因數(shù)角Ψ=53.1o時的相電壓U1

、線電壓U1L、功率因數(shù)角和功角。解：E0=UN3=

V=231.21V4001.732I1=IN=PN3UNN=A=90.32A50×1031.732×400×0.8取參考相量：則I1=90.32

0oAE0=231.2153.1oV5.8三相同步發(fā)電機的運行分析U1=E0－(R1＋jXs)I1=［231.2153.1o－(0.2＋j1.2

)×90.32

0o］V

=14332.36o

V由此求得

U1=143VU1L=

3U1=1.732×143

V=247.39V=32.36o=Ψ－

=53.1o－32.36o=20.74o5.8三相同步發(fā)電機的運行分析1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0

I1→Fad

→Faq

→Φad

→Φaq

→Id→Iq→Ead

→EaqΦ

→ER1I1

＋U1

－I1U1=E0+Ead+Eaq+Eσ－R1I1二、三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.8三相同步發(fā)電機的運行分析EEaqE0EadEad

=－jXad

IdE

=－j

XI1Eaq

=－jXaqIq※Xad

——直軸電樞反應(yīng)電抗。

Xaq

——交軸電樞反應(yīng)電抗。

Xσ——電樞漏電抗。U1=E0－jXad

Id－jXaq

Iq－jXI1－R1I1=E0－j(Xad＋X)

Id－j(Xaq＋X)

Iq－R1I15.8三相同步發(fā)電機的運行分析將得※Xd=Xad+

Xσ

——直軸同步電抗。

Xq

=Xaq

+

Xσ

——交軸同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXd

Id－j

Xq

IqU1=E0－jXd

Id－jXq

Iq－R1I15.8三相凸極同步發(fā)電機的運行分析2.等效電路

設(shè)：EQ

=E0－j(Xd－Xq

)IdU1=EQ－R1I1－j

Xq

I1忽略R1，則U1=EQ－j

Xq

I13.相量圖

根據(jù)電路方程和負載性質(zhì)作相量圖。

設(shè)：U1=U10oI1R1jXq+U1－＋－EQ5.8三相凸極同步發(fā)電機的運行分析U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)電容性(a)電感性(b)電阻性

忽略R1時U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.8三相凸極同步發(fā)電機的運行分析

【例5.8.2】

某三相同步發(fā)電機，已知U1L=11kV，Y形聯(lián)結(jié)，I1=460A，

=0.8（電感性），Xd=16Ω，Xq=8Ω，R1忽略不計。求Ψ、、E0

。解：U1=U1L3==6358.38V11×1031.732VtanΨ=U1sin

＋XqI1U1cos6358.38×0.6＋8×4606358.38×0.8=V=1.47Ψ=arctan1.47=55.84o=Ψ－

=55.84o－36.87o=18.97o

E0=U1cos＋XdId=[(6358.38×cos18.97o＋16×460×sin55.84o)]V=12103.25V5.8三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.9三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率1.輸入功率2.空載損耗3.電磁功率4.銅損耗5.輸出功率6.總損耗P1=T1ΩP0

=PFe＋Pme＋PadPe

=P1－P0PCu=3R1I12P2=Pe－Pcu=3U1I1cosPal=PFe＋PCu＋Pad＋Pme第5章同步電機的基本理論7.功率平衡方程式P1－P2=Pal8.效率P1P0PePCuP2=×100%

P2P1二、轉(zhuǎn)矩1.輸入轉(zhuǎn)矩2.空載轉(zhuǎn)矩3.電磁轉(zhuǎn)矩4.轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1=P1Ω0T0

=P0Ω0T

=PeΩ0T1=T+T0=P1n602=P0n602=Pen6025.9三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩5.10三相同步發(fā)電機的運行特性一、外特性當n=nN，If、

=常數(shù)時，U1L與I1L的關(guān)系，即

U1L=f(I1L)。調(diào)節(jié)If，使I1L=IN、

=N、U1L=UN時，

If=IfN。電壓調(diào)整率：保持nN、N、IfN

時，OU1LI1Lcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINVR=×100%

E0－UNPUNP第5章同步電機的基本理論二、調(diào)節(jié)特性

保持n=nN、U1L=UN、=N

時，If與I1的關(guān)系，即If=f(I1)。OIfI1cos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1三、功角特性功角特性：保持n、If、U1不變時，Pe

與

的關(guān)系，即Pe

=f(

)。

矩角特性：保持n、If、U1不變時，T

與

的關(guān)系，即T

=f(

)?！?/p>

上述關(guān)系與同步電動機的關(guān)系相同。5.10三相同步發(fā)電機的運行特性5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行

并聯(lián)運行的優(yōu)點(1)提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標。(2)減少發(fā)電廠備用機組的容量。(3)提高電能供應(yīng)的可靠性。(4)提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。一、并聯(lián)運行的條件相序一致、頻率相同、電壓相等。以避免電網(wǎng)與發(fā)電機之間產(chǎn)生大的沖擊電流和在發(fā)電機軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。第5章同步電機的基本理論U

＋U1A

－S＋

U1B－1.電壓相等如果則U1A≠U1B△U=U1A－U1B≠02.頻率相等如果：A≠BU1AU1BAB——U=0~2U1U1AU1BU1AU1BUU1AU1BUU1AU1BU5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行U1BUU1BVU1BW3.相序相同如果相序不同，則UU=

0UV=U1AV－U1BVUW=U1AW－U1BWU1AUU1AVU1AWUVUW二、并聯(lián)運行的方法調(diào)節(jié)If→調(diào)節(jié)E0

；調(diào)節(jié)n→調(diào)節(jié)f

。1.理想同步法2.自同步法5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行三、有功功率的調(diào)節(jié)

無窮大電網(wǎng)容量很大、頻率和電壓基本不受負載與其他干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。1.有功功率的調(diào)節(jié)方法5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行調(diào)節(jié)進水量進汽量→T1(P1)→T1＞T

+T0→n→

→T→T1

=T

+T0為止，重新在n=n0下穩(wěn)定運行。2.

靜態(tài)穩(wěn)定0Pe/Tθ

90o

aa'5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行0Pe/Tθ

90o

a'0Pe/Tθ

90o

aTT1=T

+

T0a點：

T1

→

→T…

T1

=T

+T0為止，在b點重新穩(wěn)定運行0<<M——穩(wěn)定運行區(qū)。bT1'

=T'

+

T0a'

點：

T1

→→T

···T1更大于T

+T0，n再也回不到n0→失步。M<<180°——不穩(wěn)定運行區(qū)。5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行穩(wěn)定運行區(qū)振蕩幅度過大，超過穩(wěn)定區(qū)而引起的失步。阻尼繞組可抑制振蕩。4.過載能力MP=P2MPN=1.7~3.03.動態(tài)穩(wěn)定5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行四、無功功率的調(diào)節(jié)1.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)If2.調(diào)節(jié)原理

調(diào)節(jié)If時，因U1和P2不變，忽略R1和T0，則

Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos=P2

5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行即：E0sin=常數(shù)

I1cos=常數(shù)(1)正常勵磁當If=If0時，=0，=1，Q2=0，發(fā)電機不輸出無功功率。I1與U1同相，5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行U1E0I1jXsI1E0'aajXsI1'I1'E0"jXsI1"I1"bb2.欠勵磁當If

＜If0時，發(fā)電機輸出電容性無功功率；

If

→Q2

。3.過勵磁當If

＞If0時，發(fā)電機輸出電感性無功功率；

If

→Q2

。I1(I1')超前于U1，I1(I1")滯后于U1，5.11同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行

【例5.11.1】一臺Y形聯(lián)結(jié)的水能發(fā)電機，并聯(lián)在UN

=10.5kV的電網(wǎng)上運行。發(fā)電機的Xd=1.3Ω，Xq=0.7Ω，R1忽略不計，=

18.09o時，I1=3990A，E0

=9970V。求該發(fā)電機輸出的有功功率P2和無功功率Q2（電容性的還是電感性的）。解：U1=UN

3=V=6069.36V10.5×1031.73忽略R1，則3U1E0XdP2

=Pe=