同步電機(jī) 基本理論

1、LFChun 制作 大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7 微型同步電動(dòng)機(jī)微型同步電動(dòng)機(jī)5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第第 5 章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的的運(yùn)行特性5.6 三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.8 三相同

2、步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.9 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)*5.12 同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路返回主頁(yè)返回主頁(yè)大連理工大學(xué)電氣工程系V1V2W2W1U1U2NS5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理定子定子+UfIf轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組一、三相同步電動(dòng)機(jī)一、三相同步電動(dòng)機(jī) 定子定子 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 直流磁極。直流磁極。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步同步第第5章章 同步電

3、機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論60 f1pn = n0 = 大連理工大學(xué)電氣工程系V1V2W2W1U1U2NS 同步電動(dòng)機(jī)中的磁通勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)中的磁通勢(shì) 定子定子 電樞。電樞。電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) Fam轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F0m氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F m NSSNn0n0 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) Fam 對(duì)對(duì) Fm 的影響。的影響。NSSN電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)n0n0理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài)F0mFamFm功功角角5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系 同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V1V2W2W1U1U2NSF0

4、mFamFmF0m電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0Fm電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E1 E0 在時(shí)間上滯后于在時(shí)間上滯后于 E1角角 F0m 在空間上在空間上 滯后于滯后于Fm角角 E0 在時(shí)間上滯后于在時(shí)間上滯后于 E1角角 5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系二、三相同步發(fā)電機(jī)二、三相同步發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)F0m 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的 F0 m和和0E0 原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) SNn0NSn0發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行NSSNn0n0 理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài) V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFm5.1

5、 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)三相同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電樞（定子）：電樞（定子）： I1 (Fam ) = 0轉(zhuǎn)子每極磁通：轉(zhuǎn)子每極磁通： 0 空載電動(dòng)勢(shì)：空載電動(dòng)勢(shì)： E0 = 4.44 kw1 N1f1 0 或或電樞相電壓：電樞相電壓： U0P = E0電樞線電壓（電樞線電壓（Y 形聯(lián)結(jié)）：形聯(lián)結(jié)）：E0 = j4.44 kw1 N1f1 0E0 的頻率：的頻率：f1 =pn60如果：如果： f1 = 50Hz，則：則： pn = 3 000 5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理U0L =3 E0 大連理工大學(xué)電

6、氣工程系 三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí) 電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) Fam轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F0m氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) Fm 同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmF0m電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0Fm電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E1E0 在時(shí)間上超前于在時(shí)間上超前于 E1角角F0m 在空間上在空間上 超前于超前于Fm角角 5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系三、三相同步電機(jī)的可逆運(yùn)行三、三相同步電機(jī)的可逆運(yùn)行NSSNn0n0電動(dòng)機(jī)

7、狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)NSSNn0n0理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài)SNn0NSn0發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行5.1 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、主要部件一、主要部件1. 定子（電樞）定子（電樞）2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。由硅鋼片疊成。對(duì)稱三相繞組。對(duì)稱三相繞組。(1)定子鐵心：定子鐵心：(2)定子繞組：定子繞組：(3)機(jī)座和端蓋等。機(jī)座和端蓋等。(1)轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心： 由整塊鑄（鍛）鋼制成。由整塊鑄（鍛）鋼制成。(2)勵(lì)磁繞組：勵(lì)磁繞組： 工作時(shí)施加直流勵(lì)磁。工作時(shí)施加直流勵(lì)磁。(3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組和

8、轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組阻尼繞組第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系二、勵(lì)磁方式二、勵(lì)磁方式1. 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。2. 靜止整流器勵(lì)磁靜止整流器勵(lì)磁 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)整流整流直流電直流電3. 旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)整流整流直流電直流電勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組。電刷電刷集電環(huán)集電環(huán)勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組。 5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系1. 按能量轉(zhuǎn)換的方式不同：按能量轉(zhuǎn)換的方式不同： 同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)

9、。2. 按相數(shù)的不同按相數(shù)的不同: 三相、單相。三相、單相。3. 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。三、主要種類三、主要種類NS+3 3 +NS5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)水輪機(jī) 臥式、立式。臥式、立式。5. 按原動(dòng)機(jī)的不同：按原動(dòng)機(jī)的不同： 汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。4. 按安裝方式的不同：按安裝方式的不同：5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系小浪底電

10、站水輪機(jī)組安裝小浪底電站水輪機(jī)組安裝5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系水力發(fā)電水力發(fā)電5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠勵(lì)勵(lì)磁磁機(jī)機(jī)發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)汽汽輪輪機(jī)機(jī)5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系燃燃燒燒室室燃燃料料鍋爐的鍋爐的爐膛爐膛循環(huán)水循環(huán)水汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)3 600 r/min升壓變升壓變壓器壓器超熱高壓蒸汽超熱高壓蒸汽電能輸出電能輸

11、出電能的產(chǎn)生電能的產(chǎn)生5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系 熱電廠熱電廠1 煤傳送帶煤傳送帶2 加煤機(jī)加煤機(jī)3 粉碎機(jī)粉碎機(jī)4 鍋爐鍋爐5 煤渣煤渣6 空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器 7 靜電除塵靜電除塵8 煙囪煙囪9 汽輪機(jī)汽輪機(jī)10 冷凝器冷凝器11變壓器變壓器12 冷卻塔冷卻塔13 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)14 輸電線輸電線5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步電機(jī)三相同步電機(jī)5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步電機(jī)三相同步電機(jī)5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三

12、相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學(xué)電氣工程系同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學(xué)電氣工程系小型同步電機(jī)小型同步電機(jī)5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 更多的圖片更多的圖片 大連理工大學(xué)電氣工程系四、額定值四、額定值1. 額定電壓額定電壓 UN ：線電壓的額定值。：線電壓的額定值。2. 額定電流額定電流 IN ：線電流的額定值。：線電流的額定值。3. 額定功率額定功率 PN ：輸出功率的額定值。：輸出功率的額定值。 三相同步電動(dòng)機(jī)：三相同步電動(dòng)機(jī)：PN =3 UNIN N N三相同步發(fā)

13、電機(jī)：三相同步發(fā)電機(jī)：PN =3 UNIN N4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN ：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。5. 額定頻率額定頻率 fN ： 50Hz。5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系一、三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析一、三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論1. 基本方程式基本方程式U1I1Uf If F0mFU1 I1FamE1 電樞電樞 感應(yīng)感應(yīng)合成合成磁通勢(shì)磁通勢(shì)U1 = R1I1E E1E =j X I1 漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： R1、X 定子每相繞組的電阻、漏電抗。定子每相繞組的電阻、漏

14、電抗。5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析R1I1 E 漏磁通漏磁通 E1E 大連理工大學(xué)電氣工程系( (勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)不變勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)不變) )( (電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨負(fù)載變化電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨負(fù)載變化) ) 如果不計(jì)磁路飽和，則如果不計(jì)磁路飽和，則 Uf If F0m 0U1 I1 FamE0aEa E R1I1 E1= E0 + Ea U1 =E1+(R1 j X )I1 所以所以 Ea =j Xa I1 Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗。5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1 =E0EaE R1I1 大連理工大學(xué)電氣工程系U1 =E0(R1j X j X

15、a ) I1 U1 =E0(R1jXs ) I1 Xs = X Xa 同步電抗。同步電抗。一般：一般：R1 Xs ，忽略，忽略 R1 ，則，則 U1 =E0j Xs I1 2. 等效電路等效電路R1 jXs+U1I1 +E05.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系3. 相量圖相量圖U1 =E0(R1jXs ) I1 U1(a) 電電感感性性I1 R1 I1jXsI1E0 功率因數(shù)角。功率因數(shù)角。 內(nèi)功率因數(shù)角。內(nèi)功率因數(shù)角。 已知：已知：E0 滯后于滯后于E1角，角， U1 =E1(R1j X ) I1 因此因此E0 滯后于滯后于 U1。E1（忽略（忽略

16、R1 和和 X ）(b) 電電阻阻性性U1I1E0 jXsI1 R1 I1=(c) 電電容容性性U1I1 R1 I1 jXsI1 E0 = 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1 =E0jXs I1 (a) 電電感性感性 U1 I1 jXsI1 E0 如果忽略如果忽略 R1 ，則有，則有 同樣有關(guān)系同樣有關(guān)系 = (b) 電阻電阻性性 U1 I1 E0 jXsI1 =(c) 電電容性容性 U1I1 jXsI1 E0 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 大連理工大學(xué)電氣工程系 【例例5.3.1】 某三相隱極同步電動(dòng)機(jī)，某三相隱極同

17、步電動(dòng)機(jī)， PN = 50 kW，UN = 380 V，Y 形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)， IN = 90 A， N = 0.8（電感性），（電感性），R1 = 0.2 ， Xs = 1.2 。求在上。求在上述條件下運(yùn)行時(shí)的述條件下運(yùn)行時(shí)的 E0、 、 和和 。解：電樞相電壓和相電流為解：電樞相電壓和相電流為U1 =UN 3 I1 = IN = 90 A = arccos0.8 = 36.87o 取參考相量：取參考相量： U1 = 220 0o V 則則I1 = 90 36.87o A = V = 220 V 380 35.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系由此求得由

18、此求得 E0 = 159.72 V = 28.34o = = 8.53o E0 = U1( R1jXs ) I1 =220 0o ( 0.2j1.2 )90 36.87o V = 159.72 28.34o V 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系F0m二、三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析二、三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 特點(diǎn)：氣隙不均勻。特點(diǎn)：氣隙不均勻。 同樣的同樣的 Fam 產(chǎn)生不同的產(chǎn)生不同的a 對(duì)應(yīng)不同的對(duì)應(yīng)不同的 Xa 。 V1V2W2W1U1U2NSFamFam 如果磁路不飽和：如果磁路不飽和：將將 I1 分解為兩個(gè)分量。分解為兩個(gè)分量。 直

19、軸直軸交交軸軸E0 I1 Iq Id 直軸分量：直軸分量：Id = I1 sin 交軸分量：交軸分量：Iq = I1 cos I1 = IdIq 雙反應(yīng)理論。雙反應(yīng)理論。 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系1. 基本方程式基本方程式 U1I1Uf IfF0m0E0U1 I1IdIqFadFaqadaqEad Eaq E R1I1 U1 =E0EadEaqE R1I1 Ead =jXad Id Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗直軸電樞反應(yīng)電抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗。 Eaq =jXaq Iq 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)

20、的運(yùn)行分析E0E EadEaq大連理工大學(xué)電氣工程系E =jXI1 I1 = IdIqU1 =E0 j Xad Idj Xaq Iqj XI1R1I1=E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 U1 =E0jXd IdjXq IqR1I1 Xd = XadX 直軸同步電抗。直軸同步電抗。 Xq = XaqX 交軸同步電抗。交軸同步電抗。 如果忽略如果忽略 R1，則，則U1 =E0jXd IdjXq Iq 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系E0 I1 IqIdE0 I1 Iq Id j(XdXq)Id EQ 設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)

21、 EQ = E0j (XdXq ) Id 2. 等效電路等效電路(a) I1 滯后于滯后于E0 時(shí)時(shí) jIdEQ(b) I1 超前于超前于E0 時(shí)時(shí) jId 結(jié)論：結(jié)論： EQ 與與 E0 同相位。同相位。 U1 =E0R1I1jXd IdjXq IqjXq IdjXq Id U1 =EQ(R1jXq )I1 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析j(XdXq)Id 大連理工大學(xué)電氣工程系 隱極電動(dòng)機(jī)可視為凸極電動(dòng)機(jī)的特例：隱極電動(dòng)機(jī)可視為凸極電動(dòng)機(jī)的特例： Xd = Xq = Xs EQ = E0 R1 jXq +U1I1 +EQ5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)

22、機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系3. 相量圖相量圖 設(shè)已知設(shè)已知 U1、I1、 、Xd、Xq 。 取取 U1 = U1 0o(1) 畫畫 I1 。 (2) 畫畫 R1I1 和和 j Xq I1 。 (3) 畫畫(EQ) ，確定，確定(E0)的方位。的方位。 (4) 由由 I1 分解出分解出 Id 和和 Iq 。 (5) 畫畫 j Xd Id 和和 j Xq Iq 。 (6) 畫畫 (E0)。 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系(a) 電感性電感性(b) 電阻性電阻性5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Id U1 I1 R1I1

23、jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 R1I1 Id U1 I1 jXqI1EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id jXq Iq E0 (c) 電容性電容性大連理工大學(xué)電氣工程系U1 I1 jXqI1 EQ Id Iq jXd Id jXq Iq E0 忽略忽略 R1 時(shí)的相量圖時(shí)的相量圖(簡(jiǎn)化相量圖簡(jiǎn)化相量圖)(a) 電感性電感性jXq Iq U1 I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id E0 (b) 電阻性電阻性U1 =EQ jXq I1U1 =E0jXd IdjXq Iq EQ jXq

24、IqE0 U1I1 jXqI1IdIqjXd Id(c) 電容性電容性5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系 由相量圖求得由相量圖求得 = 由簡(jiǎn)化相量圖還可以求得由簡(jiǎn)化相量圖還可以求得tan = U1sin XqI1 U1cos 電感性時(shí)取電感性時(shí)取“”，電容性時(shí)取，電容性時(shí)取“”。 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Xd = E0U1cos IdXq = U1sin IqEQ jXq IqE0 U1I1 jXqI1IdIqjXd Id大連理工大學(xué)電氣工程系U1 =UN 3= V = 3 468.21 V 6 0001.732 【例

25、例 5.3.2】 一臺(tái)三相凸極同步電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)三相凸極同步電動(dòng)機(jī)，UN = 6 000 V，IN = 57.8 A，Y 形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電壓和電流為額定值、功率因數(shù)壓和電流為額定值、功率因數(shù) = 0.8 （電容性）（電容性）時(shí)，相電動(dòng)勢(shì)時(shí)，相電動(dòng)勢(shì) E0 = 6 300 V， = 58o，R1 忽略不忽略不計(jì)。求該電動(dòng)機(jī)的計(jì)。求該電動(dòng)機(jī)的 Xd 和和 Xq。 解：解：電樞相電壓和相電流為電樞相電壓和相電流為 I1 = IN = 57.8 A由此求得由此求得 Id = I1sin = 57.8sin58o A = 49.02 A Iq = I1cos = 57.8cos58o A

26、= 30.63 A = = 58o 36.87o = 21.13o 5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系Xd = E0U1cos Id= = 62.52 6 3003 468.21cos21.13o 49.02Xq = U1sin Iq= = 40.82 3 468.21sin21.13o 30.635.3 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率一、功率1. 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 2. 電樞銅損耗電

27、樞銅損耗 PCu = 3R1I123. 電磁功率電磁功率 Pe = P1PCu 5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1R1I1 jXsI1E0 U1 R1I1 jXsI1 E0 I1 在隱極同步電動(dòng)機(jī)中在隱極同步電動(dòng)機(jī)中 Pe = 3E0 I1cos 在凸極同步電動(dòng)機(jī)中在凸極同步電動(dòng)機(jī)中 Pe = 3EQ I1cos 5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩4. 空載損耗空載損耗 P0 = PFePmePad鐵損耗鐵損耗機(jī)械損耗機(jī)械損耗附加損耗附加損耗大連理工大學(xué)電氣工程系5. 輸出功率輸出功率 P2 = PeP06. 總

28、損耗總損耗 Pal = PCuPFe PmePad7. 功率平衡方程式功率平衡方程式 P1 P2 = Pal 8. 效率效率 P1PCuPeP0P2 = 100% % P2P15.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系二、轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)矩1. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 T2 = TT04. 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩 2. 輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩3. 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T2 = P2= = 9.55P2n60 P22 nT = Pe= = 9.55Pen60 Pe2 nT0 = P0= = 9.55P0n60 P

29、02 n大連理工大學(xué)電氣工程系5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)T2 = TL 忽略忽略T0， 則則 T=T2=TL 大連理工大學(xué)電氣工程系 【例例 5.4.1】 已知某三相同步電動(dòng)機(jī)，已知某三相同步電動(dòng)機(jī)， n = 1 500 r/min， Xd = 6，Xq = 4， Y 形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓 UN = 380 V，轉(zhuǎn)子加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子加負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 30 Nm時(shí)，電樞電流時(shí)，電樞電流 I1 = 10 A，功率因數(shù)，功率因數(shù) = 0.8 （電容性），（電容性）， = 40o，E0 = 228 V。求。求 P1、

30、Pe、 P2、PCu、P0 和和 T2、T、T0 。 解：解：P1 = 3U1I1cos = 3 I1cos UN 3= 3 100.8 W = 5 295.2 W 3801.732Id = I1sin = 10 sin40o A = 6.43 AEQ = E0(XdXq) Id =228 (64)6.43V = 215.14 V5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系Pe = 3EQ I1cos = 3215.1410cos40o W = 4 944.2 WPCu = P1Pe = ( 5 259.24 944.2 ) W = 315 WP0 = P

31、eP2 = ( 4 944.24 710 ) W = 234.2 WT2 = TL = 30 NmT0 = TT2 = ( 31.4930 ) Nm = 1.49 Nm P2 = T2n2 60= TLn2 60= 301 500 W = 4 710 W 23.1460T =60 Pe2 n= Nm = 31.49 Nm 60 4 944.26.28 1 5005.4 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 運(yùn)行特性運(yùn)行特性 當(dāng)當(dāng) U1 = UN ，f1 = fN ， If = 常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)， I1

32、、T、 、 = f (P2) 的關(guān)系。的關(guān)系。 當(dāng)當(dāng) U1與與 E0 （即（即n 和和 If ）為常數(shù)時(shí)：）為常數(shù)時(shí)： Pe = f () T = f () 功角特性功角特性 矩角特性矩角特性一、隱極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性一、隱極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性 如果忽略如果忽略 R1，則有，則有 第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論 U1sin = Xs I1 cos 大連理工大學(xué)電氣工程系U1 I1 jXs I1 E0 Pe = 3 sin U1E0XsT = 3 sin U1E0XsOPe / T 90o PeM(TM)當(dāng)當(dāng) = 90o 時(shí)時(shí): Pe = PeM ，T

33、= TM5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性代入代入Pe和和T的公式，可得的公式，可得大連理工大學(xué)電氣工程系 電動(dòng)機(jī)為電容性時(shí)電動(dòng)機(jī)為電容性時(shí) U1sin = XqI1cos Xd Id = E0U1cos EQ = E0(Xd Xq)Id二、二、凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性U1 I1 jXqI1 EQ jXd Id jXq Iq E0 5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 電動(dòng)機(jī)為電感性時(shí)電動(dòng)機(jī)為電感性時(shí) U1sin = XqI1cos Xd Id = U1cos E0 EQ = E0(Xd Xq)Id大連理工大

34、學(xué)電氣工程系Pe代入代入P Pe e 和和T T 的公式可得的公式可得 3U1E0Xd = sin 1Xq ( ) sin2 3U1221Xd3U1E0Xd T = sin 1Xq+ ( ) sin2 3U1221XdPe = Pe PeT = T T 5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性大連理工大學(xué)電氣工程系 討論：討論： (1)3U1E0Xd Pe = sin Pe 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。 (2)1XqPe = ( ) sin2 3U1221XdPe 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

35、存在無(wú)關(guān)。 結(jié)論：結(jié)論：(1) Pe 使使 PeM 。(2) PeM 產(chǎn)生在產(chǎn)生在90o 處。處。(3) 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。OPe / T 90o PeM(TM)PePe5.5 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性大連理工大學(xué)電氣工程系5.6 三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) cos 90o 90o (純電容性純電容性) (純電感性純電感性) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 改變改變 cos 的原理的原理 以隱極同步電

36、動(dòng)機(jī)為例，并忽略以隱極同步電動(dòng)機(jī)為例，并忽略 R1 和和 T0。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 時(shí)，時(shí)，U1、f1、TL都不變，則都不變，則 T 和和 Pe 不變，不變，即即 T 和和 P1 不變。不變。根據(jù)：根據(jù)：Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos 第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系可得如下關(guān)系：可得如下關(guān)系： E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù)另一方面另一方面: 因此，改變因此，改變 If 而使而使E0 改變時(shí)，改變時(shí)，I1、 和和 均要改變。均要改變。當(dāng)當(dāng) If E0 。當(dāng)當(dāng) If E0 。U1 =E0j Xs I15.6 三相

37、同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1E0 E0 aajXsI1I1bbE0 jXsI1I1 I1大連理工大學(xué)電氣工程系(1) 正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng) If = If0 時(shí)，時(shí)， I1 與與U1 同相，同相， = 1, 電機(jī)呈電阻性。電機(jī)呈電阻性。 (2) 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If If0時(shí)，時(shí)， I1 (I1 ) 滯后于滯后于U1， 電機(jī)呈電感性。電機(jī)呈電感性。 If ，感性程度，感性程度 。(3) 過(guò)勵(lì)磁過(guò)勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng) If If0 時(shí)，時(shí)， 電機(jī)呈電容性，電機(jī)呈電容性， If | | ， 容性程度容性程度 。 I1 (I1) 超前于超前于U1， 5.6 三相同步電

38、動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1E0 E0 aajXsI1I1bbE0 jXsI1I1 I1大連理工大學(xué)電氣工程系同步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線形曲線 當(dāng)當(dāng) U1 = UN、f1 = f N、TL 不變時(shí)：不變時(shí)： I1 = f (If )OI1IfP2P2欠勵(lì)欠勵(lì) 過(guò)勵(lì)過(guò)勵(lì) If0cos =15.6 三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7 微型同步電動(dòng)機(jī)微型同步電動(dòng)機(jī) 微型同步電動(dòng)機(jī)的額定功率：微型同步電動(dòng)機(jī)的額定功率： 零點(diǎn)幾瓦至數(shù)百瓦。零點(diǎn)幾瓦至數(shù)百瓦。 應(yīng)用應(yīng)用 電報(bào)傳真機(jī)、磁帶錄音機(jī)、精確計(jì)時(shí)或記錄裝置

39、。電報(bào)傳真機(jī)、磁帶錄音機(jī)、精確計(jì)時(shí)或記錄裝置。 分類分類 按定子繞組電源的相數(shù)分：?jiǎn)蜗?、三相。按定子繞組電源的相數(shù)分：?jiǎn)蜗?、三相?按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分：永磁式、磁阻式、磁滯式。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分：永磁式、磁阻式、磁滯式。一、永磁式同步電動(dòng)機(jī)一、永磁式同步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子：永久磁鋼，隱極式或凸極式。轉(zhuǎn)子：永久磁鋼，隱極式或凸極式。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、 和和 高、成本也高。高、成本也高。 第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7 微型同步電動(dòng)機(jī)微型同步電動(dòng)機(jī)鼠籠槽鼠籠槽 反應(yīng)槽反應(yīng)槽 二、磁阻式同步電動(dòng)機(jī)二、磁阻式同步電動(dòng)機(jī) 又稱

40、為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。又稱為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)子：由導(dǎo)磁材料制成，凸極式。轉(zhuǎn)子：由導(dǎo)磁材料制成，凸極式。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、 和和 較低。較低。 磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式 (a) 外反應(yīng)式外反應(yīng)式 (b) 內(nèi)反應(yīng)式內(nèi)反應(yīng)式 (c) 內(nèi)外反應(yīng)式內(nèi)外反應(yīng)式 大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7 微型同步電動(dòng)機(jī)微型同步電動(dòng)機(jī)三、磁滯式同步電動(dòng)機(jī)三、磁滯式同步電動(dòng)機(jī) 簡(jiǎn)稱電動(dòng)機(jī)。簡(jiǎn)稱電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)子：由硬磁材料制成，轉(zhuǎn)子外表呈光滑圓柱形。轉(zhuǎn)子：由硬磁材料制成，轉(zhuǎn)子外表呈光滑圓柱形。1. 渦流轉(zhuǎn)矩渦流轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子導(dǎo)電轉(zhuǎn)子導(dǎo)

41、電感應(yīng)渦流感應(yīng)渦流 渦流轉(zhuǎn)矩渦流轉(zhuǎn)矩 當(dāng)當(dāng)n = n0 時(shí)，渦流轉(zhuǎn)矩時(shí)，渦流轉(zhuǎn)矩 = 0。2. 磁滯轉(zhuǎn)矩磁滯轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁被磁化被磁化磁極磁極 轉(zhuǎn)子磁極軸線滯后于合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線轉(zhuǎn)子磁極軸線滯后于合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線3. 特點(diǎn)特點(diǎn) 可以運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，也可以運(yùn)行于異步轉(zhuǎn)速。可以運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，也可以運(yùn)行于異步轉(zhuǎn)速。 自身具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。自身具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象 大連理工大學(xué)電氣工程系5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析1. 基本方程式基本方程式Uf If F0m 0 E0I1 Fam a Ea E R1I1 U1 = E0EaE R1I1 U

42、1I1第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論一、三相隱極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析一、三相隱極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析E0 Ea E 大連理工大學(xué)電氣工程系Ea =j Xa I1 E =j X I1 Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗。 X 電樞漏電抗。電樞漏電抗。U1 = E0(R1j X j Xa ) I1 U1 = E0(R1j Xs ) I1 Xs = XaX 同步電抗。同步電抗。 忽略忽略 R1，則，則 U1= E0j XsI1 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系2. 等效電路等效電路3. 相量圖相量圖 根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。

43、根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。并設(shè)：并設(shè)： U1 = U1 0o 。 +U1 R1 jXs I1E U1 = E0(R1j Xs ) I1 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系(c) 電電容容性性(a) 電電感感性性(b) 電電阻阻性性U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1R1I1jXs I1E0U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1 jXs I1E0U1I1jXs I1E0 忽略忽略 R1 時(shí)：時(shí)：U1I1 jXs I1E05.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系 【例例 5.8.1】 某三相同步

44、發(fā)電機(jī)，某三相同步發(fā)電機(jī)， PN = 50 kW，UN= 400 V，Y 形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)， N = 0.8（電感性）。（電感性）。R1 = 0.2 ， Xs= 1.2 。求空載電壓等于額定電壓，電樞電流等于額定電。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)角流，內(nèi)功率因數(shù)角 = 53.1o 時(shí)的相電壓時(shí)的相電壓U1 、線電壓、線電壓U1L、功率因數(shù)角功率因數(shù)角 和功角和功角 。 解：解： E0 = UN 3= V = 231.21 V 4001.732I1 = IN =PN 3 UN N = A = 90.32 A 501031.7324000.8取參考相量：取參考相量： 則則I

45、1 = 90.32 0o A E0 = 231.21 53.1o V 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1= E0( R1jXs ) I1 =231.21 53.1o ( 0.2j1.2 )90.32 0o V = 143 32.36o V 由此求得由此求得 U1 = 143 V U1L = 3 U1 = 1.732143 V = 247.39 V = 32.36o = = 53.1o 32.36o = 20.74o 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系1. 基本方程式基本方程式Uf IfF0m0E0 I1

46、 Fad Faq ad aq Id IqEad Eaq E R1I1 U1 I1 U1 = E0 + Ead + Eaq + ER1I1二、三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析二、三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析E Eaq E0 Ead 大連理工大學(xué)電氣工程系Ead =jXad Id E =j X I1 Eaq =jXaq Iq Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗。直軸電樞反應(yīng)電抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗。交軸電樞反應(yīng)電抗。 X 電樞漏電抗。電樞漏電抗。U1 = E0jXad IdjXaq IqjX I1 R1I1 = E0j (XadX ) Idj (X

47、aqX ) IqR1I1 5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析將將得得大連理工大學(xué)電氣工程系 Xd = Xad + X 直軸同步電抗。直軸同步電抗。 Xq = Xaq + X 交軸同步電抗。交軸同步電抗。忽略忽略 R1，則，則 U1 = E0jXd Idj Xq Iq U1 = E0jXd IdjXq IqR1I1 5.8 三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系2. 等效電路等效電路 設(shè)：設(shè)：EQ = E0j (XdXq ) Id U1 = EQR1I1j Xq I1 忽略忽略 R1，則，則U1 = EQj Xq I1 3. 相量圖相

48、量圖 根據(jù)電路方程和根據(jù)電路方程和 負(fù)載性質(zhì)作相量圖。負(fù)載性質(zhì)作相量圖。 設(shè)：設(shè)：U1 = U1 0o I1 R1 jXq +U1EQ 5.8 三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1 R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0 (c) 電電容容性性(a) 電電感感性性(b) 電電阻阻性性 忽略忽略 R1 時(shí)時(shí)U1I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjX

49、qIqE0 5.8 三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系 【例例 5.8.2】 某三相同步發(fā)電機(jī)，某三相同步發(fā)電機(jī)， 已知已知 U1L = 11kV，Y 形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)，I1 = 460 A， = 0.8（電感性），（電感性），Xd = 16 ，Xq = 8 ，R1 忽略不計(jì)。求忽略不計(jì)。求、 、E0 。 解：解：U1 = U1L 3= = 6 358.38 V 111031.732Vtan = U1sin XqI1 U1cos 6 358.380.68460 6 358.380.8=V = 1.47 = arctan1.47 = 55.84o = =

50、 55.84o 36.87o = 18.97o E0 = U1cos XdId =(6358.38cos18.97o16460sin 55.84o )V = 12 103.25 V5.8 三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系5.9 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率一、功率1. 輸入功率輸入功率2. 空載損耗空載損耗3. 電磁功率電磁功率4. 銅損耗銅損耗5. 輸出功率輸出功率6. 總損耗總損耗P1 = T1P0 = PFePmePadPe = P1P0PCu = 3R1I12 P2 = PePcu = 3U1I1cos Pa

51、l = PFePCuPadPme 第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論7. 功率平衡方程式功率平衡方程式 P1P2 = Pal 大連理工大學(xué)電氣工程系8. 效率效率P1P0PePCuP2 = 100% % P2P1二、轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)矩1. 輸入輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩2. 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩3. 電磁電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩4. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1 = P10T0 = P00T = Pe0T1 = T + T0= P1 n602 = P0 n602 = Pe n602 5.9 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三相同步發(fā)電機(jī)

52、的運(yùn)行特性一、外特性一、外特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，If、 = 常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，U1L 與與 I1L 的關(guān)系，的關(guān)系， 即即 U1L = f (I1L)。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If，使，使 I1L= IN、 = N、U1L = UN 時(shí)，時(shí)， If = IfN。 電壓調(diào)整率：電壓調(diào)整率： 保持保持 nN、 N、IfN 時(shí)，時(shí)，OU1LI1Lcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNINVR = 100% % E0UNP UNP第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系二、調(diào)節(jié)特性二、調(diào)節(jié)特性 保持保持 n = nN、U1L = UN、 = N 時(shí)，

53、時(shí)， If 與與 I1 的關(guān)系，的關(guān)系，即即 If = f ( I1 )。OIf I1cos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1三、功角特性三、功角特性 功角特性：保持功角特性：保持 n、If 、U1 不變時(shí)，不變時(shí)，Pe 與與 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 Pe = f ( ) 。 矩角特性：保持矩角特性：保持 n、If 、U1 不變時(shí)，不變時(shí)，T 與與 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 T = f ( ) 。 上述關(guān)系與同步電動(dòng)機(jī)的關(guān)系相同。上述關(guān)系與同步電動(dòng)機(jī)的關(guān)系相同。5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性大連理工大學(xué)電氣工程系5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)

54、運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行 并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)(1) 提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。(2) 減少發(fā)電廠備用機(jī)組的容量。減少發(fā)電廠備用機(jī)組的容量。(3) 提高電能供應(yīng)的可靠性。提高電能供應(yīng)的可靠性。(4) 提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。一、并聯(lián)運(yùn)行的條件一、并聯(lián)運(yùn)行的條件 相序一致、頻率相同、電壓相等。相序一致、頻率相同、電壓相等。 以避免電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生大的沖擊電流以避免電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生大的沖擊電流 和在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。和在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。第第5章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系 U U1A

55、 S U1B1. 電壓相等電壓相等 如果如果則則U1AU1B U = U1AU1B 0 2. 頻率相等頻率相等如果：如果： A BU1AU1B A B U = 0 2U1U1AU1BU1AU1B UU1AU1B UU1AU1B U5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系U1BUU1BVU1BW3. 相序相同相序相同 如果相序不同，如果相序不同，則則 UU = 0 UV = U1A VU1BV UW = U1AWU1BW U1AUU1AVU1AW UV UW二、并聯(lián)運(yùn)行的方法二、并聯(lián)運(yùn)行的方法 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) E0 ；調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié) n 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)

56、 f 。1. 理想同步法理想同步法2. 自同步法自同步法5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系三、有功功率的調(diào)節(jié)三、有功功率的調(diào)節(jié) 無(wú)窮大電網(wǎng)無(wú)窮大電網(wǎng) 容量很大、頻率和電壓基本不受負(fù)載與其他容量很大、頻率和電壓基本不受負(fù)載與其他干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。1. 有功功率的調(diào)節(jié)方法有功功率的調(diào)節(jié)方法 5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)進(jìn)水量進(jìn)水量進(jìn)汽量進(jìn)汽量T1(P1) T1 T +T0 n T T1 =T +T0為止，重新在為止，重新在n = n0下穩(wěn)定運(yùn)行。下穩(wěn)定運(yùn)行。大連理工大學(xué)電氣工程系2. 靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定0Pe /T 90o aa5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系0Pe /T 90o a0Pe /T 90o aT T1= T + T0a 點(diǎn)點(diǎn)： T1 T