山東大學(xué) 電機(jī)學(xué) 第六章

1、第六章第六章 同步電機(jī)同步電機(jī)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：同步電機(jī)運(yùn)行的基本方程式，運(yùn)行特性，并聯(lián)運(yùn)行，同步同步電機(jī)運(yùn)行的基本方程式，運(yùn)行特性，并聯(lián)運(yùn)行，同步 電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)及同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行。電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)及同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行。 發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能變?yōu)殡娔?，是主要用途。發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能變?yōu)殡娔埽侵饕猛?。按運(yùn)行方式分按運(yùn)行方式分 電動機(jī)：將電能變?yōu)闄C(jī)械能。用于不需調(diào)速的大功率機(jī)械。電動機(jī)：將電能變?yōu)闄C(jī)械能。用于不需調(diào)速的大功率機(jī)械。 補(bǔ)償機(jī)：用來調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功功率改善功率因數(shù)。補(bǔ)償機(jī)：用來調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功功率改善功率因數(shù)。 汽輪發(fā)電機(jī)：高速同步發(fā)電機(jī)，隱極式。汽輪發(fā)電機(jī)：高速同步發(fā)電機(jī)，

2、隱極式。 ( 火電）火電）按原動機(jī)類別分按原動機(jī)類別分 水輪發(fā)電機(jī)：低速同步發(fā)電機(jī)，凸極式。（水電）水輪發(fā)電機(jī)：低速同步發(fā)電機(jī)，凸極式。（水電） 柴油柴油(汽油汽油)發(fā)電機(jī)：低速同步發(fā)電機(jī)，凸極式。（機(jī)車、發(fā)電機(jī)：低速同步發(fā)電機(jī)，凸極式。（機(jī)車、 船舶，油田）船舶，油田） 旋轉(zhuǎn)電樞式：用于小容量電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電樞式：用于小容量電機(jī)。按結(jié)構(gòu)方式分按結(jié)構(gòu)方式分 旋轉(zhuǎn)磁極式：用于大容量電機(jī)，電刷和集電環(huán)負(fù)荷大旋轉(zhuǎn)磁極式：用于大容量電機(jī)，電刷和集電環(huán)負(fù)荷大 為減輕，廣泛采用。為減輕，廣泛采用。 同步電機(jī)為雙邊勵磁的電機(jī)。定子邊用交流勵磁，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；同步電機(jī)為雙邊勵磁的電機(jī)。定子邊用交流勵磁，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁

3、場；轉(zhuǎn)子用直流勵磁，產(chǎn)生恒定磁場。定，轉(zhuǎn)子磁場以磁拉力同步旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子用直流勵磁，產(chǎn)生恒定磁場。定，轉(zhuǎn)子磁場以磁拉力同步旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)磁極式按轉(zhuǎn)子主極的形狀同步電機(jī)又可分為隱極式和旋轉(zhuǎn)磁極式按轉(zhuǎn)子主極的形狀同步電機(jī)又可分為隱極式和凸極式兩種基本型式凸極式兩種基本型式一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 對于旋轉(zhuǎn)磁極式從轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和妥善地固定勵磁繞組考慮，對于旋轉(zhuǎn)磁極式從轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和妥善地固定勵磁繞組考慮，對高速電機(jī)采用隱極式，對低速電機(jī)采用制造簡單的凸極式。對高速電機(jī)采用隱極式，對低速電機(jī)采用制造簡單的凸極式。 大型發(fā)電機(jī)通常用汽輪機(jī)和水輪機(jī)作為原動機(jī)來拖動。由于汽大型發(fā)電機(jī)通常用汽輪

4、機(jī)和水輪機(jī)作為原動機(jī)來拖動。由于汽輪機(jī)是一種高速原動機(jī)，一般采用隱極式而水輪機(jī)是一種低速原動輪機(jī)是一種高速原動機(jī)，一般采用隱極式而水輪機(jī)是一種低速原動機(jī)，一般采用凸極式。機(jī)，一般采用凸極式。6.1 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)旋轉(zhuǎn)電樞式（反裝）：旋轉(zhuǎn)電樞式（反裝）：三相交流繞組旋轉(zhuǎn)，磁極靜止。三相交流繞組旋轉(zhuǎn)，磁極靜止。 三相交流電由滑環(huán)、電刷引出。三相交流電由滑環(huán)、電刷引出。 旋轉(zhuǎn)磁極式：旋轉(zhuǎn)磁極式：三相交流繞組靜止，磁極旋轉(zhuǎn)三相交流繞組靜止，磁極旋轉(zhuǎn) 隱極隱極凸極凸極分分1、隱極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、隱極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步速為同步速為 3000r/min 提高運(yùn)行

5、速度可提高提高運(yùn)行速度可提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，減小汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，減小機(jī)組尺寸和造價。由于轉(zhuǎn)機(jī)組尺寸和造價。由于轉(zhuǎn)速高，所以直徑較小，轉(zhuǎn)速高，所以直徑較小，轉(zhuǎn)子本體長度子本體長度L和直徑和直徑D的比的比L/D=26 。容量越大，。容量越大，比值越大，汽輪發(fā)電機(jī)均比值越大，汽輪發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)。為臥式結(jié)構(gòu)。 0.35mm 0.5 三相對稱繞組繞組的冷扎硅鋼片或鐵心定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 同心式繞組直流勵磁繞組整塊高強(qiáng)度合金鋼氣隙均勻隱極：磁極鐵心 定子主要由鐵芯、繞組、機(jī)座組成。鐵心每疊厚約定子主要由鐵芯、繞組、機(jī)座組成。鐵心每疊厚約36cm，疊與疊之間留有，疊與疊之間留有0.81cm的通風(fēng)槽，

6、整個鐵芯由非磁的通風(fēng)槽，整個鐵芯由非磁性壓板壓緊，固定在定子機(jī)座上。性壓板壓緊，固定在定子機(jī)座上。 轉(zhuǎn)子是汽輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部分，從機(jī)械應(yīng)力和發(fā)熱看是汽轉(zhuǎn)子是汽輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部分，從機(jī)械應(yīng)力和發(fā)熱看是汽輪發(fā)電機(jī)最吃緊的部件。它即是電機(jī)磁路的主要組成部分，輪發(fā)電機(jī)最吃緊的部件。它即是電機(jī)磁路的主要組成部分，又高速旋轉(zhuǎn)而承受很大的機(jī)械應(yīng)力，材料即要求有好的導(dǎo)磁又高速旋轉(zhuǎn)而承受很大的機(jī)械應(yīng)力，材料即要求有好的導(dǎo)磁性能，又需要有很高的機(jī)械強(qiáng)度。所以轉(zhuǎn)子一般用整塊的具性能，又需要有很高的機(jī)械強(qiáng)度。所以轉(zhuǎn)子一般用整塊的具有良好導(dǎo)磁性的高強(qiáng)度合金鋼鍛成，轉(zhuǎn)子表面約有良好導(dǎo)磁性的高強(qiáng)度合金鋼鍛成，轉(zhuǎn)子表面約2/3部

7、分銑有部分銑有凹槽。用以嵌放勵磁繞組，不開槽部分形成一大齒凹槽。用以嵌放勵磁繞組，不開槽部分形成一大齒,齒的中心齒的中心線即為轉(zhuǎn)子主極中心線。槽內(nèi)插有非磁性金屬槽楔，端口套線即為轉(zhuǎn)子主極中心線。槽內(nèi)插有非磁性金屬槽楔，端口套有高強(qiáng)度非磁性鋼鍛成的護(hù)環(huán)。護(hù)環(huán)的作用是保證繞組端口有高強(qiáng)度非磁性鋼鍛成的護(hù)環(huán)。護(hù)環(huán)的作用是保證繞組端口不會因離心力甩動而損壞。不會因離心力甩動而損壞。2、凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 分臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)分臥式和立式兩種結(jié)構(gòu) 凸極同步電機(jī)與隱極凸極同步電機(jī)與隱極同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是轉(zhuǎn)子相同，所不同的是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它由磁極鐵芯、結(jié)

8、構(gòu)，它由磁極鐵芯、勵磁繞組、阻尼繞組等勵磁繞組、阻尼繞組等部件組成。部件組成。 大型水輪發(fā)電機(jī)通常大型水輪發(fā)電機(jī)通常都是立式結(jié)構(gòu)，凸極式都是立式結(jié)構(gòu)，凸極式特點是短粗，特點是短粗，D/L=57阻尼繞組的結(jié)構(gòu)與籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的籠型繞組相似。阻尼繞組的結(jié)構(gòu)與籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的籠型繞組相似。阻尼繞組的作用作用阻尼繞組的作用作用同步發(fā)電機(jī)中同步發(fā)電機(jī)中：抑制負(fù)序分量：抑制負(fù)序分量同步電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)中同步電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)中：起動繞組：起動繞組與感應(yīng)電機(jī)一樣同步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子極數(shù)應(yīng)相同。與感應(yīng)電機(jī)一樣同步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子極數(shù)應(yīng)相同。定子與隱極相同定子與隱極相同 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 同心式繞組直流勵磁繞組：整體

9、或低碳鋼片迭成不均勻鐵心磁極為凸極：氣隙 立式分懸式和傘式兩種，懸式是把推力軸承裝在轉(zhuǎn)子上邊的機(jī)架上，整個轉(zhuǎn)立式分懸式和傘式兩種，懸式是把推力軸承裝在轉(zhuǎn)子上邊的機(jī)架上，整個轉(zhuǎn)子是處于一種懸吊著的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。傘式是把推力軸承放在下邊的機(jī)架上，整個轉(zhuǎn)子是處于一種懸吊著的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。傘式是把推力軸承放在下邊的機(jī)架上，整個轉(zhuǎn)子是處于一種被支托著的狀態(tài)中轉(zhuǎn)動。子是處于一種被支托著的狀態(tài)中轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子下機(jī)架推力軸承傘式推力軸承上機(jī)架轉(zhuǎn)子懸式懸式水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)械穩(wěn)定性好，但機(jī)組的軸向高度高。懸式水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)械穩(wěn)定性好，但機(jī)組的軸向高度高。 傘式的水輪發(fā)電機(jī)機(jī)械穩(wěn)定性差，但由于推力軸承放在下機(jī)架上，軸

10、傘式的水輪發(fā)電機(jī)機(jī)械穩(wěn)定性差，但由于推力軸承放在下機(jī)架上，軸向高度低，通常高速采用懸式，低速采用傘式。向高度低，通常高速采用懸式，低速采用傘式。 汽輪發(fā)電機(jī)組側(cè)視圖汽輪發(fā)電機(jī)組側(cè)視圖1X、Y、Z引出線；引出線；2電流互感器；電流互感器；3A、B、C引出線；引出線；4自并勵副自并勵副勵磁機(jī)；勵磁機(jī)；5主勵磁機(jī)；主勵磁機(jī)；6勵磁機(jī)軸承；勵磁機(jī)軸承；7出線盒；出線盒；8氣體冷卻器；氣體冷卻器；9碳刷架隔音罩；碳刷架隔音罩；10端蓋；端蓋；11機(jī)殼；機(jī)殼；12測溫引線盒測溫引線盒 水輪發(fā)電機(jī)因直徑大，軸向長度短，其冷卻問題相對來說比較容易解決。大型汽輪機(jī)發(fā)熱問題比較嚴(yán)重，為了提高冷卻效率，大型汽輪發(fā)電

11、機(jī)采用水和氫氣冷卻。 大型汽輪發(fā)電機(jī)用水來直接冷卻導(dǎo)線內(nèi)部，稱為水內(nèi)冷。 1956年英國試制成第一臺定子線圈水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機(jī)。 1958年我國研制成第一臺定.轉(zhuǎn)子線圈都采用水內(nèi)冷的12000千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。 目前世界各主要工業(yè)國也相繼將超導(dǎo)技術(shù)用于同步電機(jī)。我國于1976年研制成功一臺400千瓦超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)。由于超導(dǎo)電機(jī)的繞組在超導(dǎo)狀態(tài)時電阻完全消失，從而徹底上解決了巨型電機(jī)繞組的發(fā)熱溫升問題。 上電廠產(chǎn)660WM汽輪發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水冷，轉(zhuǎn)子繞組為氫內(nèi)冷，定子鐵芯及結(jié)構(gòu)部件為氫冷，定子機(jī)座所有焊縫均為氣密焊縫，氫冷卻器設(shè)置在汽機(jī)上端。應(yīng)用最廣的冷卻介質(zhì)有空

12、氣、氫氣、水、油。冷卻方法有表冷（間接冷卻）和內(nèi)冷（直接冷卻）。空氣和氫氣多應(yīng)用于表冷；氫氣和水多應(yīng)用于內(nèi)冷?，F(xiàn)代大功率汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)和冷卻方法多為組合式，其中主要有以下五種：1、定子繞組氫外冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵心氫冷；2、定子繞組氫內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵心氫冷；3、定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵心氫冷、定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵心氫冷；4、定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，鐵心氫冷；5、定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，鐵心空冷。 其中第三種冷卻方式應(yīng)用最多，廣泛應(yīng)用于20100萬KW左右的機(jī)組上。 火電廠超超臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組指的是鍋爐內(nèi)工質(zhì)的壓火電廠超超臨界機(jī)組和超臨

13、界機(jī)組指的是鍋爐內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度。力和溫度。鍋爐內(nèi)的工質(zhì)是水，水的臨界壓力是鍋爐內(nèi)的工質(zhì)是水，水的臨界壓力是:22.115MP,臨臨界溫度是界溫度是374.15 ；在這個壓力和溫度時，水和蒸汽的密度是；在這個壓力和溫度時，水和蒸汽的密度是相同的，稱水的臨界點，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個壓力就叫亞臨相同的，稱水的臨界點，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個壓力就是超臨界鍋爐，界鍋爐，大于這個壓力就是超臨界鍋爐，爐內(nèi)蒸汽溫度不低于爐內(nèi)蒸汽溫度不低于593或蒸汽壓力不低于或蒸汽壓力不低于31 MPa被稱為超超臨界被稱為超超臨界。 超臨界機(jī)組具有無可比擬經(jīng)濟(jì)性，單臺機(jī)組發(fā)電熱效率最高超臨界機(jī)組

14、具有無可比擬經(jīng)濟(jì)性，單臺機(jī)組發(fā)電熱效率最高可達(dá)可達(dá)50%，每，每kW/h煤耗最低僅有煤耗最低僅有255g（丹麥（丹麥BWE公司），同時公司），同時采用低氧化氮技術(shù)，在燃燒過程中減少采用低氧化氮技術(shù)，在燃燒過程中減少65%的氮氧化合物及其它的氮氧化合物及其它有害物質(zhì)的形成，且脫硫率可超有害物質(zhì)的形成，且脫硫率可超98%，可實現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的，可實現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的目的。目的。發(fā)展超臨界和超超臨界機(jī)組發(fā)展超臨界和超超臨界機(jī)組周向分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)T:冷風(fēng)區(qū)；k：熱風(fēng)區(qū)氫冷卻通風(fēng)系統(tǒng)簡介氫冷卻通風(fēng)系統(tǒng)簡介通風(fēng)系統(tǒng)分軸向多段通風(fēng)和周向分區(qū)通風(fēng)二、氫、油、水系統(tǒng)簡介二、氫、油、水系統(tǒng)簡介200MW汽輪發(fā)電機(jī)

15、軸向通風(fēng)系統(tǒng)圖1、定子鐵心；2、定子繞組；3、轉(zhuǎn)子形成所謂“四進(jìn)五出”的通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子通風(fēng)采取氣隙取氣斜流式轉(zhuǎn)子通風(fēng)采取氣隙取氣斜流式轉(zhuǎn)子風(fēng)區(qū)與定子的風(fēng)區(qū)一一對應(yīng)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時由于轉(zhuǎn)子表面的進(jìn)風(fēng)斗對氣隙氣流的相對運(yùn)動形成正壓，出風(fēng)斗為負(fù)壓，形成了氫氣在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體槽內(nèi)流動的壓力源。冷卻介質(zhì)從轉(zhuǎn)子槽楔上的進(jìn)風(fēng)斗進(jìn)入，經(jīng)楔下絕緣墊條上相應(yīng)孔道進(jìn)入銅線的通風(fēng)孔，槽楔的每個進(jìn)、出風(fēng)斗連接兩個風(fēng)道，形成“一風(fēng)斗、二風(fēng)道”結(jié)構(gòu)。(a)轉(zhuǎn)子槽斷面 （b）導(dǎo)體中間銑孔 （c）導(dǎo)體內(nèi)斜流風(fēng)道定子冷卻水系統(tǒng)定子冷卻水系統(tǒng)定子繞組接線及進(jìn)出水路定子冷卻水系統(tǒng)定子冷卻水系統(tǒng)密封油冷卻系統(tǒng)密封油冷卻系統(tǒng) 由于氫冷發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸

16、伸端必須穿出發(fā)電機(jī)端蓋，這就提出了一個氫內(nèi)冷發(fā)電機(jī)軸端密封的關(guān)鍵問題。所謂軸端密封就是在氫冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的兩端伸出處與靜止的端蓋之間所采取的密封措施。 油密封裝置裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸伸出的端蓋處，將高于機(jī)內(nèi)氫壓的壓力油注入密封瓦與轉(zhuǎn)軸之間的氣隙，以阻止機(jī)內(nèi)氫氣漏出機(jī)外。 目前國內(nèi)外均采用液體油密封結(jié)構(gòu)，其機(jī)理是在高速旋轉(zhuǎn)的軸與靜止的密封瓦之間注入一連續(xù)的油流來封住氣體，使機(jī)內(nèi)的氫氣不能外泄，外面的空氣不能侵入機(jī)內(nèi)。密封油分空側(cè)和氫側(cè)兩個油路將油供給軸密封瓦上的兩個環(huán)狀配油槽。如果這兩個油路中的供油油壓在密封瓦處恰好相等，油就不會在兩條配油槽之間的間隙中竄流。通常只要密封油壓始終保持高于機(jī)內(nèi)氣體的壓力，

17、便可防止氫氣從發(fā)電機(jī)內(nèi)逸出。 密封油系統(tǒng)密封油系統(tǒng)二、同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)二、同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 0 0 0 補(bǔ)償機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由轉(zhuǎn)子磁場與合成磁場的相對位置決定同步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由轉(zhuǎn)子磁場與合成磁場的相對位置決定 同步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài)：同步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài)：發(fā)電機(jī)，電動機(jī)，補(bǔ)償機(jī)。發(fā)電機(jī)，電動機(jī)，補(bǔ)償機(jī)。分析表明，同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)取決于定，轉(zhuǎn)子磁場的相對位置，即分析表明，同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)取決于定，轉(zhuǎn)子磁場的相對位置，即定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主極磁場之間的夾角定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主極磁場之間的夾角（功率角）（功率角）。 功率角功率角 轉(zhuǎn)子磁場軸線轉(zhuǎn)子磁場軸線領(lǐng)先合成磁場軸線的

18、夾領(lǐng)先合成磁場軸線的夾角。角。 0時時，電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與電磁，原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩及空載阻轉(zhuǎn)矩及空載阻轉(zhuǎn)矩平衡平衡 。轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率，定子發(fā)出轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率，定子發(fā)出電功率。電功率。1. 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) xq 隱極同步電機(jī)隱極同步電機(jī) x d = x q = x s直軸電樞磁導(dǎo)交軸電樞磁導(dǎo))(2121adddNNX)(2121aqqqNNX例 6-1 xd *= 1.0 xq* = 0.6 Ra* = 0 U* = 1 I* = 1（滯后）8 . 0cos求： E0*（1） E0* = U*cos +Id *xd* = 1cos19.44+0.

19、83211.0 = 1.7550031.568 .016 .016 .01arctancossinarctanaqRIUxIU 8321. 031.56sin1sinII0d 5547. 031.56cos1cosII0q44.1987.3631.56044.19775. 16 . 044.195547. 00 . 1)44.1990(8321. 00 . 12000*0jjxI jxI jUEqqdd）（解：(3)44.19442. 136.87-0.6 j1xI j 0qUEQ000031.5644.1987.368321. 031.56sin1sinII0d5547. 031.56cos

20、1cosII0q775. 1)6 . 01 (8321. 0442. 1)(*0qddQxxIEE442. 1)6 . 06 . 0(8 . 0)sin()cos(31.568 . 016 . 016 . 01arctancossinarctan222200UXIUERIUxIUqQaq(4)EQE0UIqxI j)(qddxxjI6.5 同步發(fā)電機(jī)的功率方程、轉(zhuǎn)矩方程和功角特性同步發(fā)電機(jī)的功率方程、轉(zhuǎn)矩方程和功角特性 ns P 1機(jī)械損耗輸入機(jī)械功率mec p I f B0 pFe 鐵心損耗 （轉(zhuǎn)子鐵心中磁場恒定無鐵耗） 一、功率方程一、功率方程 機(jī)械能 損耗 電能 同步發(fā)電機(jī)是將軸上輸入的

21、機(jī)械功率，通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)換成輸出電功率m：定子相數(shù)。 U、I：定子每相電壓和電流（輸出功率）（電樞銅耗）電磁功率 cos 22 m U I PRm I p PacuaeeFemecPppP12PpPcuae二二. 轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程 P1(pmec +pFe) = Pe T1T0 = Te 電磁轉(zhuǎn)矩空載阻轉(zhuǎn)矩原動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 011 PTpp T PTseesFemecS三三. 電磁功率電磁功率 Iq 為電樞電流的有功分量，Iq 決定了（功率角）的大小。qeQqdqqQQeImEImEPEExxIIImEImEP000000cos)cos(cos時對隱極同步發(fā)電機(jī)因為022coscos)cos

22、(cosmIEmIEIRUmIRmImUIpPPQaacuae 前已分析，當(dāng)負(fù)載后，出現(xiàn)電樞反應(yīng)，交軸電樞反應(yīng)使電前已分析，當(dāng)負(fù)載后，出現(xiàn)電樞反應(yīng)，交軸電樞反應(yīng)使電樞合成磁場與主極磁場之間出現(xiàn)相角差，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩樞合成磁場與主極磁場之間出現(xiàn)相角差，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 在發(fā)電機(jī)中，電樞合成磁場超前于主極磁場。在旋轉(zhuǎn)過程在發(fā)電機(jī)中，電樞合成磁場超前于主極磁場。在旋轉(zhuǎn)過程中原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩克服制動的電磁轉(zhuǎn)矩，并通過電樞繞組內(nèi)中原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩克服制動的電磁轉(zhuǎn)矩，并通過電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動電勢向電網(wǎng)送出有功電流，使機(jī)械能變電能產(chǎn)生運(yùn)動電勢向電網(wǎng)送出有功電流，使機(jī)械能變電能 功率角功率角（Eo與與U之間

23、的夾角）隨之間的夾角）隨Iq的增加而增大，后將證的增加而增大，后將證明明越大，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩越大。所以交軸電樞反應(yīng)對產(chǎn)生越大，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩越大。所以交軸電樞反應(yīng)對產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換具有重要的意義。電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換具有重要的意義。四、功角特性四、功角特性)(fPe當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的勵磁電動勢當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的勵磁電動勢0E和端電壓和端電壓U保持不變時，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的保持不變時，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的稱為功角特性稱為功角特性。電磁功率與功率角之間的關(guān)系電磁功率與功率角之間的關(guān)系cos2emUIPP)sincos()sinsincos(cos)cos(000edqIImUmUImUIPcossin0

24、UEXIUXIddqqddqqXUEIXUIcos sin0，轉(zhuǎn)子無勵磁，僅靠轉(zhuǎn)子無勵磁，僅靠Pe2工作時，稱為磁阻電機(jī)工作時，稱為磁阻電機(jī) 是由于凸極效應(yīng)引起的就存在。只要與勵磁狀態(tài)無關(guān)，即使為附加電磁功率。為基本電磁功率。其中將以上兩式代入220222102000,0,02sin)11(2sin2sin)11(2sin)sincos(cos,sineedqfeedqeddqdedqeddqqPPUXXEIPPXXUmPXUEmXXUmXUEmPIImUPXUEIXUI由功角特性可見由功角特性可見qdXXEU, 0不變時，電磁功率的大小取決于不變時，電磁功率的大小取決于。 0 180- 18

25、00 000021電動機(jī)發(fā)電機(jī)eeePPP一、用空載特性和短路特性確定一、用空載特性和短路特性確定Xd1空載特性空載特性 )(I fE U 97 1.25U0U 0I f00N0點測，使調(diào)定子三相繞組開路fsIn6.6同步電機(jī)參數(shù)的測定同步電機(jī)參數(shù)的測定 為了定量進(jìn)行計算，除了需知道電機(jī)的工況外（端電壓、電流、功率因數(shù)），還應(yīng)給出同步電動機(jī)的參數(shù)。 下面說明同步電抗，電樞漏抗和電樞反應(yīng)等效磁動勢的實驗確定法。 空載特性由空載實驗測出，試驗時，電樞開路，用原動機(jī)把被試同步電機(jī)拖動到同步速，改變If，測取電樞端電壓Uo,直到Uo=1.25UN ，得到特性曲線。 即為空載特性曲線)(0fIfE 空載

26、時U0=E0 方向調(diào)節(jié)。性曲線時勵磁電流應(yīng)單為每相值，測取空載特注：0E2短路特性短路特性)0)(UnnIfIsf )(I f I 74 1.2I0I 0fN點測，使調(diào)定子三相繞組短路fsIUn短路時，端電壓U=0，短路電流僅受電機(jī)本身阻抗的限制。通常電樞電阻遠(yuǎn)小于同步電抗，因此可以認(rèn)為短路電流是純感性的，即0=90；于是?q=0，?=?d，而dqqddaXI jXI jXI jRIUE0ax I jx I jRIUE當(dāng)I* = 1 時，一般E*=0.15左右，磁路不飽和，因電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ拧?即短路特性是一條直線即短路特性是一條直線E0 IfffdIIIExEI003. Xd 的不飽和值的不

27、飽和值IExd0 I E 0從短路特性上取值從氣隙線上取值fIXd不飽和值確定4. Xd 的飽和值的飽和值 飽和程度由F或E決定 )jxR( IUEa 電機(jī)正常運(yùn)行時 UE UUNN IUxNd（飽和值） I U0從短路特性上取值從空載特性上取值不飽和）飽和）飽和度(dddmmXXXRXd飽和值確定飽和值確定UNIf0I對于隱機(jī)同步電機(jī)sdxx 二二. 短路比短路比kc )(*x1 )(x1 ZUU ddbNN)()(0飽和值飽和值NNIIfkUUfcIIIIIIkNN U% k )(xcd 穩(wěn)定性好小性能飽和值 )( )N(k xad21w1d I N F ) c ( c)U fff0ad0

28、N11用銅量用鐵量（NkWKc的確定的確定例例: 有一臺有一臺25000KW、10.5KV（星形聯(lián)結(jié)）、（星形聯(lián)結(jié)）、cos=0.8（滯后）的汽（滯后）的汽輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路實驗中得到下列數(shù)據(jù)：輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路實驗中得到下列數(shù)據(jù)： 從空載特性上查得：線電壓從空載特性上查得：線電壓UL=10.5KV時，時，If0=155A 從短路特性上查得：從短路特性上查得：I=IN=1718A時，時，Ifk=280A； 從氣隙線上查得：從氣隙線上查得：If=280A時，時，UL=22.4KV；試求同步電抗和短路比。試求同步電抗和短路比。133. 2732. 1/105001718528. 752

29、8. 7171812930)(*0NNddsdIUXXIEXX即解：作氣隙線從氣隙線上查出If=280A時，VE12930732.1224000, 1*,133. 25 .104 .2200IUEEN133. 21133. 2*0IEXd5536. 02801550fkfIIKc806. 15536. 011(*KcXd飽和） IIUfoN1552 求出空載特性上對應(yīng)03.9511552801718 I806. 1/,375. 603.9513/10500*NNdddIUXXX（飽和）則用標(biāo)幺值計算用標(biāo)幺值計算三、用零功率因數(shù)負(fù)載實驗確定定子漏抗和直軸電樞等效磁動勢三、用零功率因數(shù)負(fù)載實驗確定

30、定子漏抗和直軸電樞等效磁動勢1.零功率因數(shù)特性零功率因數(shù)特性 )(I f U U I II )( 0 cos n ffNs得測調(diào)純電感負(fù)載反相位。與同相位，與，零功率因數(shù)時，faFFUE0090 F k-FF xI jUE aadf F kFF xIUE aadf零功率因數(shù)負(fù)載實驗接線2.零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系oIIoINcoscos0零功率因數(shù)負(fù)載特性：空載特性：空載特性是零功率因數(shù)特性的一個特例（即 ）。故兩個特性具有相同的形狀。0IBC表示空載時產(chǎn)生額定電壓所需要的勵磁電流表示空載時產(chǎn)生額定電壓所需要的勵磁電流AF用以抵消電樞等效磁動勢用以抵消電樞等

31、效磁動勢kadFa CA用以克服電樞漏抗壓降用以克服電樞漏抗壓降IX 作用作用 F F k F E faadxIUNN不變不變不變不變改變時， EAF F k xI IUaadNN特性三角形在 上平移)(0fIfU得到零功率因數(shù)特性則F點的軌跡即為零功率因數(shù)負(fù)載特性曲線。K點即為短路點。電機(jī)學(xué)圖56-1.gif不變不變不變不變改變時， EAF F k xI IaadNNU F k xIaadN不變不變空載特性若已知 AF 反應(yīng)磁動勢額定電流時的等效電樞漏電抗壓降EA不變特性三角形零功率因數(shù)特性空載特性實驗測取EAF (1)取OKFO ； (2)過O作氣隙線的平行線， 交空載特性與E (3)過E

32、 點作O F的垂線交O F 與A點 aadNNFKAFIAExxIAE)4( 。3.作圖法求定子漏抗和電樞等效磁動勢作圖法求定子漏抗和電樞等效磁動勢 I I I ff0ff0飽和度轉(zhuǎn)子漏磁零功空載 )UF(U 0)(Uk N空載特性個點零功率因數(shù)特性上的兩已知 即可求得X和直軸電樞等效磁動勢注：注： 這樣求得的這樣求得的X比實際值略大，比實際值略大，稱為波梯電抗稱為波梯電抗Xp,原因：原因： 零功率因數(shù)負(fù)載時為了補(bǔ)償電樞直軸去磁磁動勢而增零功率因數(shù)負(fù)載時為了補(bǔ)償電樞直軸去磁磁動勢而增加主極磁動勢，而主極磁動勢的增加使轉(zhuǎn)子漏磁將隨之增加主極磁動勢，而主極磁動勢的增加使轉(zhuǎn)子漏磁將隨之增加，使得轉(zhuǎn)子

33、磁路的飽和程度增加，磁阻變大，因而需要加，使得轉(zhuǎn)子磁路的飽和程度增加，磁阻變大，因而需要額外再增加一些主極磁動勢。額外再增加一些主極磁動勢。 xxpkongzaihe空載和零功率因數(shù)負(fù)載時的磁場分布為了補(bǔ)償電樞直軸去磁磁動勢而增加主極磁動勢為了補(bǔ)償電樞直軸去磁磁動勢而增加主極磁動勢 轉(zhuǎn)子與定子磁場不同步，定子磁場軸線交替與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子與定子磁場不同步，定子磁場軸線交替與轉(zhuǎn)子的d、q軸重合。軸重合。與d軸重合時， xd Imin Umax minmaxIUxd與q軸重合時， xq Imax Umin IUxmaxminq小，端電壓最大電流最小，線路壓降最，為且磁阻最小，電抗最大電樞電流dqdXII

34、I, 0,最小。線路壓降最大，端電壓，電流最大，磁阻最大，電抗最小為qdqXIII, 0,四四. 用轉(zhuǎn)差法測定用轉(zhuǎn)差法測定Xd、Xq轉(zhuǎn)向一致與且勵磁繞組開路）定子加（sNnn%1)(%U5-2nns參數(shù)的典型值 Xd* Xq* Xp*隱極同步發(fā)電機(jī) 1.70 0.9xd* 0.18凸極同步發(fā)電機(jī) 1.15 0.75 0.32凸極同步電動機(jī) 1.8 1.15 d軸q軸d軸max2Umin2Umin2Imax2I轉(zhuǎn)差試驗時的端電壓和定子電流波形均為不飽和值，和所以，由于試驗在低壓下進(jìn)行qdXX 6.7 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性基本數(shù)據(jù)。

35、標(biāo)志同步發(fā)電機(jī)性能的流和額定效率。這些是額定勵磁電發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率，從這些特性中可以確定和效率特性。包括外特性，調(diào)整特性同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。因而使端電壓反而升高的增加氣隙磁通增加，是增磁的，隨電樞反應(yīng)降。而當(dāng)容性負(fù)載時，壓降引起一定的電壓下去磁作用，定子漏阻抗反應(yīng)均為，因這兩種情況下電樞載時，外特性是下降的在感性負(fù)載和純電阻負(fù)。常數(shù)。常數(shù)，IIfUInnfs)(cos,1 、外特性、外特性外特性)(cos,IfUcIcnnfs，調(diào)整特性)(cos,IfIcUcnnfs。，效率特性)(cos,2PfCUcnns。，電壓調(diào)整率。，速不變，卸去負(fù)載，即然后保持勵磁電流和轉(zhuǎn)時，此時、使當(dāng)調(diào)節(jié)電壓調(diào)

36、整率。從外特性可求出發(fā)電機(jī)%1000coscos)(00fNfIINNfNfNNNfUUEuEUIIIUUIII同步發(fā)電機(jī)的外特性 由外特性求電壓調(diào)整率 范圍內(nèi)。在對隱極同步電機(jī)，以內(nèi)。在對凸極電機(jī)，應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。，為防止卸載時電壓上升可以不加限制了。但并不是說對，多數(shù)裝有自動調(diào)壓裝置?，F(xiàn)代的同步發(fā)電機(jī)大班人員手動操作來調(diào)整去發(fā)電機(jī)端電壓靠值對端電壓進(jìn)行調(diào)整。過不致有太大的波動，要。為了使電網(wǎng)電壓化端電壓變化小越小越好，即隨負(fù)載變%4830%3018)(uuuUXud.fNfIUUII必須相應(yīng)的減小樞反應(yīng)是增磁的，所以而對于容性負(fù)載，因電。，以維持增加阻抗壓降，必須相應(yīng)的性的電樞反應(yīng)和的

37、增加，為了補(bǔ)償去磁負(fù)載，隨對于感性負(fù)載和純電阻壓降的影響。以補(bǔ)償電樞反應(yīng)和阻抗電流，須同時調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁為保持端電壓不變，必當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時，2、調(diào)整特性、調(diào)整特性.,coscos,fNfNNNIIIIUU時，當(dāng)發(fā)電機(jī)的額定勵磁電流從調(diào)整特性可確定同步同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 調(diào)整特性)(cos,IfIcUcnnfs。，?；緭p耗分為：損耗和雜散損耗兩部分同步電機(jī)的損耗分基本求取。接負(fù)載法和損耗分析法同步電機(jī)的效率可用直時，效率特性：)(cos,2PfcUUnnNs估算。定輸出的負(fù)載時的雜散損耗按額對雜散損耗估算，額定。：電機(jī)中總損耗%5%1%100)1 (%100)(%10021112PPPP

38、PPPPP3、效率特性、效率特性高次諧波引起的損耗的渦流損耗漏磁在結(jié)構(gòu)部件中引起雜散耗可分為摩擦損耗和通風(fēng)損耗機(jī)械損耗：軸承電樞的繞組銅耗基本銅耗：電樞和勵磁滯和渦流損耗。子鐵心中變化引起的磁基本鐵耗：主磁通在定Fepcufcuappmecp 直接負(fù)載法直接負(fù)載法 加負(fù)載測加負(fù)載測 21PP 損耗分析法：損耗分析法： 計算總損耗計算總損耗 p%100PP%100PpP1211 額定效率額定效率 98.6)% (94.8 97.8)% (94 98.5)% (96 N大型氫冷汽輪發(fā)電機(jī)大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)大型空冷水輪發(fā)電機(jī)二、用電動勢二、用電動勢磁動勢圖求磁動勢圖求 IfN 和和uu UIIUFK

39、XRUIfNNNNaaPafN和，、電樞等效磁勢、電樞漏抗電樞電阻發(fā)電機(jī)的空載特性曲線已知磁動勢圖法求出。勢也可用考慮飽和的電動。和電壓調(diào)整率額定勵磁電流上述用直接負(fù)載法測定cos%100:,.),(90000NNffffNfNfNaafPaaUUEuEFNNFIFFKFFEFFEXI jRIUXI jRIUE的在空載特性上得對應(yīng)勵磁繞組匝數(shù)。求得額定勵磁磁動勢。超前，且對應(yīng)特性上截取可畫出向量圖，在空載 電機(jī)學(xué)圖6-381.FLA.swfu 用電動勢-磁動勢圖(波梯圖)確定同步發(fā)電機(jī)的IfN和u F -kFF IR x I j UE aadfaNcos例6-5 有臺水輪發(fā)電機(jī)，額定容量SN1

40、6667kVA，額定電壓UN13.8kV， Y聯(lián)結(jié)，額定功率因數(shù)0.8(滯后)，額定轉(zhuǎn)速nN100rmin，24. 0*pX，電樞電阻忽略不計。發(fā)電機(jī)的短路特性為波梯電抗的標(biāo)幺值一直線，當(dāng)短路電流等于額定電流時，勵磁電流Ifkl 78A，空載特性的數(shù)據(jù)為 0.25 0.45 0.79 1.00 1.14 1.20 1.25 1.3045 85 150 205 250 300 350 400試用波梯圖法確定該發(fā)電機(jī)的額定勵磁電流和電壓調(diào)整率。0EA/fI)274. 1%(4 .27,384)16. 1E27513543178,4324. 0k*0*EuAIFKFFFAOTOKTKFKOKAOTX

41、IXIRTfaadfaadP（對應(yīng)去磁磁動勢服電樞服漏抗壓降，一部分克包括兩部分。一部分克因短路時勵磁磁動勢，表示對應(yīng)的磁勢用勵磁電流點先畫出空載特性及解：編程：參數(shù)，編程：參數(shù)，E0 = f (If) ，額定值，額定值 aadNFKUfK*paNNNI X R S I ， 用計算機(jī)求用計算機(jī)求FfN 和和 u) F ) xI sin ()R I cos (2*p*2a*用勵磁電流表示（也UUEkaFa F k OT- I OT xaafK*P（用勵磁電流表示）*0cossinarctanaNpNRIUxIUf*00022F E )90cos(2)(及輸出 UFFkFkFFaadaadfN隱極

42、同步發(fā)電機(jī)隱極同步發(fā)電機(jī)PNaNNxI jRIUE)Fk(FFaafNIfN 6.8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)行很小。電網(wǎng)的電壓、頻率影響個別負(fù)載的變動對整個，由于電網(wǎng)容量很大，站。枯水期主要是利用火電用水電站，后，在旺水期主要是利如水電站和火電站并聯(lián)，合理利用動力資源，提高機(jī)組運(yùn)行效率。入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺數(shù)，根據(jù)負(fù)載變化調(diào)整投提高供電可靠性。，不停電檢修發(fā)電機(jī)，采用并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點：許多發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，廠中又有并聯(lián)組成，而每個發(fā)電通常都是由許多發(fā)電廠現(xiàn)代電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）4321 本節(jié)主要討論并聯(lián)運(yùn)行的條件，以及并聯(lián)后發(fā)電機(jī)有功功本節(jié)主要討論并聯(lián)運(yùn)行的條件，以及并聯(lián)后發(fā)電機(jī)

43、有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)率、無功功率的調(diào)節(jié) 電網(wǎng)電網(wǎng) 無窮大無窮大 c f CU一、同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件和方法一、同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運(yùn)行的條件和方法 以上三個條件中，第一條必須滿足以上三個條件中，第一條必須滿足1、投入并聯(lián)的條件、投入并聯(lián)的條件 同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時，為了避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時，為了避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流及由此產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)必須滿足以下條流及由此產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)必須滿足以下條件：件：（1）發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)于電網(wǎng)一致。）發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)于電網(wǎng)一致。（2）發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同。）發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同。（

44、3）發(fā)電機(jī)的）發(fā)電機(jī)的E0應(yīng)與電網(wǎng)電壓應(yīng)與電網(wǎng)電壓U大小相等，相位相同大小相等，相位相同 。UE0相序不同時使發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間存在巨大的電位差，產(chǎn)生巨大的環(huán)流和沖擊轉(zhuǎn)矩，屬于嚴(yán)重的故障情況，必須避免。若發(fā)電機(jī)頻率和電網(wǎng)頻率不同，可將U與E0設(shè)想為大小相等但轉(zhuǎn)速不同的旋轉(zhuǎn)相量。E0與U之間便有相對運(yùn)行，將產(chǎn)生一大小和相位隨時變化的環(huán)流，從而引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩，一會發(fā)出有功功率，一會吸收有功功率若E0與U的大小不等或者相位不同時，當(dāng)將發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時，存在差值電壓，產(chǎn)生沖擊電流，嚴(yán)重情況下，該電磁力的沖擊將損壞繞組端部和轉(zhuǎn)軸 E0與U的大小不等或相位不同時頻率不同時關(guān)于相序問題，一般大型同步發(fā)電機(jī)

45、的轉(zhuǎn)向和相序在出廠前都已注明。對于關(guān)于相序問題，一般大型同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和相序在出廠前都已注明。對于沒有標(biāo)定的，可利用相序指示器來確定。沒有標(biāo)定的，可利用相序指示器來確定。 關(guān)于頻率問題，關(guān)于頻率問題，。只要調(diào)節(jié)原動機(jī)的轉(zhuǎn)速,60Pnf 而而E0的大小可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的大小可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié) 011044. 4WKfNE E0的相位可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)瞬時速度來調(diào)整的相位可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)瞬時速度來調(diào)整 2.投入并聯(lián)的方法和步驟投入并聯(lián)的方法和步驟為了投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)整和操作過程，稱為整步過程，整步方法有兩種：為了投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)整和操作過程，稱為整步過程，整步

46、方法有兩種：準(zhǔn)確同步法，自同步法準(zhǔn)確同步法，自同步法 全部滿足投入并聯(lián)的條件，準(zhǔn)確同步法；全部滿足投入并聯(lián)的條件，準(zhǔn)確同步法； 部分滿足投入并聯(lián)的條件，自同步法。部分滿足投入并聯(lián)的條件，自同步法。 1、準(zhǔn)確同步法、準(zhǔn)確同步法直接接法直接接法同步指示器：同步指示器：最簡單的同步指示器由三個指示燈組成最簡單的同步指示器由三個指示燈組成。分為直接接法和交叉接法兩種。分為直接接法和交叉接法兩種。 U U C C U U B B U U A A CCBBAA電壓表 U UUBAABA調(diào) n ns ABBAUU0AAAUUU 燈不亮 0 360- U2 270- U2 180- U2 90- 0U 0-

47、ff U U 0uEA0uEA0uEA0uE0uEAAUUUU時但相序一致燈光閃爍三個燈將同時出現(xiàn)時暗時亮的現(xiàn)象燈光閃爍三個燈將同時出現(xiàn)時暗時亮的現(xiàn)象 uAucUBUAUBUcUAUBUcuAuBucUAUBUCuAuBuc在燈光全部熄滅時，合閘投入并聯(lián)，直接接法也稱為燈光熄滅法在燈光全部熄滅時，合閘投入并聯(lián)，直接接法也稱為燈光熄滅法 U3U U-U U U3U U-U U 0 U BCBCCBBCBBA亮亮滅 U3 U 0U U3U BCBBA滅 0 U U3U U3 U CBBBA滅指示燈交替明暗，形成旋轉(zhuǎn) B C C B A A 交叉接法交叉接法1燈滅，2、3燈亮。若 UA = UA 但

48、 ffff，設(shè)：指示燈交替明暗，形成旋轉(zhuǎn) ff ff燈光順時針方向旋轉(zhuǎn)時燈光逆時針方向旋轉(zhuǎn)時待到燈1熄滅，燈2和燈3亮度相同，表示發(fā)電機(jī)已滿足投入并聯(lián)條件，可合閘并網(wǎng)。交叉接法亦稱為燈光旋轉(zhuǎn)法燈光旋轉(zhuǎn)法，此法的優(yōu)點是能判斷發(fā)電機(jī)頻率比電網(wǎng)高還是低 采用直接接法時，若出現(xiàn)燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明相序不同；采用直接接法時，若出現(xiàn)燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明相序不同；采用交叉接法時，若出現(xiàn)燈光同時明暗現(xiàn)象也是相序錯誤。采用交叉接法時，若出現(xiàn)燈光同時明暗現(xiàn)象也是相序錯誤。 優(yōu)點是：投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊；優(yōu)點是：投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊；缺點是：整步手續(xù)比較復(fù)雜。缺點是：整步手續(xù)比較復(fù)雜。準(zhǔn)整確同步法準(zhǔn)整確同步

49、法相序相同相序相同， 沿旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向沿旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向n ns ， 勵磁繞組通過電阻短路勵磁繞組通過電阻短路2、自同步法、自同步法為了將發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)，可采用自同步法。為了將發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)，可采用自同步法。優(yōu)點：投入迅速，裝置簡單優(yōu)點：投入迅速，裝置簡單缺點：投入時定子電流沖擊大缺點：投入時定子電流沖擊大 然后先合閘投入電網(wǎng)，然后先合閘投入電網(wǎng)，（此時相當(dāng)于一臺感應(yīng)電機(jī)）（此時相當(dāng)于一臺感應(yīng)電機(jī)）（3）再立即加勵磁電流（有沖擊電流）牽入同步。）再立即加勵磁電流（有沖擊電流）牽入同步。二、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定二、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定 1、有功功率的調(diào)節(jié)有功功率的調(diào)節(jié) 現(xiàn)代電力系統(tǒng)

50、的容量都很大，其頻率和電壓基本不受負(fù)載變化和其他擾動的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的容量都很大，其頻率和電壓基本不受負(fù)載變化和其他擾動的影響而保持為常值影響而保持為常值, ,這種恒頻恒壓的交流電網(wǎng)，稱為無窮大電網(wǎng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)這種恒頻恒壓的交流電網(wǎng)，稱為無窮大電網(wǎng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)時，可向電網(wǎng)輸出功率。于無窮大電網(wǎng)時，可向電網(wǎng)輸出功率。 下面以隱極電機(jī)為例說明同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時有功功率的調(diào)節(jié)，為下面以隱極電機(jī)為例說明同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時有功功率的調(diào)節(jié)，為簡化分析略去簡化分析略去R Ra a不計，設(shè)發(fā)電機(jī)已接到一個無窮大電網(wǎng)。不計，設(shè)發(fā)電機(jī)已接到一個無窮大電網(wǎng)。向電網(wǎng)輸出有功功率增大氣

51、門或水門增加發(fā)電機(jī)輸入功率增加發(fā)電機(jī)輸出功率點。，在功角特性上對應(yīng)于載時，向電磁力為零，所以空只有徑向磁拉力，而切，型分析載運(yùn)行。從上圖物理模發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)上處于空，時，當(dāng)eseesePmXUEPPPXUEmPPUEsin0000sin002020 從物理模型看，分解出切向力，使轉(zhuǎn)子上受到一制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，從物理模型看，分解出切向力，使轉(zhuǎn)子上受到一制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)制動轉(zhuǎn)矩與原動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相平衡時。功率就不再增大，這時轉(zhuǎn)子主極當(dāng)制動轉(zhuǎn)矩與原動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相平衡時。功率就不再增大，這時轉(zhuǎn)子主極磁場拉著氣隙磁場以同步速旋轉(zhuǎn)，將輸入的機(jī)械功率變?yōu)殡姽β瘦敵?，在磁場拉著氣隙磁場以同步速旋轉(zhuǎn)，將輸入

52、的機(jī)械功率變?yōu)殡姽β瘦敵?，在功角特性上對?yīng)于功角特性上對應(yīng)于A點。點。 由此可見，由此可見，要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動機(jī)的輸入功要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動機(jī)的輸入功率，使率，使增大，電磁功率和輸出功率便會相應(yīng)增加。增大，電磁功率和輸出功率便會相應(yīng)增加。原動機(jī)輸入功率的增加不是無限制的，對于隱極電機(jī)，當(dāng)原動機(jī)輸入功率的增加不是無限制的，對于隱極電機(jī)，當(dāng)達(dá)到達(dá)到90時，電時，電磁功率達(dá)到最大值。即隱極同步發(fā)電機(jī)的功率極限值磁功率達(dá)到最大值。即隱極同步發(fā)電機(jī)的功率極限值seXUEmP0maxIU0ESjIX02、靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定 靜態(tài)穩(wěn)定指電網(wǎng)上并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，在受

53、到電網(wǎng)或原動機(jī)方面的微小靜態(tài)穩(wěn)定指電網(wǎng)上并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，在受到電網(wǎng)或原動機(jī)方面的微小擾動后，能夠自動的恢復(fù)到原有平衡狀態(tài)的能力。擾動后，能夠自動的恢復(fù)到原有平衡狀態(tài)的能力。如能復(fù)原，則發(fā)電機(jī)是如能復(fù)原，則發(fā)電機(jī)是穩(wěn)定的，反之，則為不穩(wěn)定。穩(wěn)定的，反之，則為不穩(wěn)定。 點。運(yùn)行于微小增量輸入功率有一由于某種原因，點，設(shè)原運(yùn)行與發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定問題以功角特性曲線說明APPPPPPAeeeAeeeA11,點是穩(wěn)定的。點運(yùn)行，所以，又回到減速，使，制動轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子磁功率將大于輸入功率當(dāng)擾動消失，發(fā)電機(jī)電AAA有相同的符號和因，的部分，運(yùn)行是穩(wěn)定的率和功率角是同增或減綜上所述，凡是電磁功點是不穩(wěn)定的。以

54、，電機(jī)將失去同步，所進(jìn)一步增大，發(fā)展下去繼續(xù)加速，使磁功率，轉(zhuǎn)子將電機(jī)輸入功率仍大于電點，即使擾動消失，發(fā)運(yùn)行與，當(dāng)輸入功率增加，點，電機(jī)工作在eeeeBeeBPBBPPPPPPB,111和不穩(wěn)定的交界，正處于穩(wěn)定即當(dāng)為不穩(wěn)定運(yùn)行。反之為穩(wěn)定運(yùn)行的條件。用數(shù)學(xué)公式表達(dá)為：090, 000ddPddPddPeee能力，稱為干擾而保持穩(wěn)定運(yùn)行的是衡量同步發(fā)電機(jī)抵抗由此可見ddPe整步功率系數(shù)整步功率系數(shù)越大越穩(wěn)定數(shù)為對隱極電機(jī)整步功率系cos0seXUEmddP越小，穩(wěn)定性越差越大，兩曲線正交。、可知由ddPPfddPfPXUEmddPXUEmPeeeeseSe)()(cossin00為了使發(fā)電機(jī)

55、能穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，應(yīng)使發(fā)電機(jī)的功率極限比額定功率大一為了使發(fā)電機(jī)能穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，應(yīng)使發(fā)電機(jī)的功率極限比額定功率大一定的倍數(shù)，這個倍數(shù)稱為定的倍數(shù)，這個倍數(shù)稱為過載能力過載能力 定度是不經(jīng)濟(jì)的。所以過高的要求靜態(tài)穩(wěn)造價電機(jī)尺寸勵磁安匝數(shù)氣隙勵磁繞組過熱，反比于均正比于和。約為，相應(yīng)的sSeeNPNNssNePXEXEddPPKXUEmXUEmPPK00max0000max40300 . 26 . 1sin1sin 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路相繼投入運(yùn)行，電網(wǎng)電壓和無功功率的調(diào)節(jié)成為一個突出問電網(wǎng)電壓和無功功率的調(diào)節(jié)成為一個突出問題。題。 當(dāng)電網(wǎng)處于高峰大負(fù)荷運(yùn)行時，感性負(fù)荷引起電壓下降，

56、當(dāng)電力負(fù)荷處于低谷期時，由于線路電容效應(yīng)產(chǎn)生的無功功率引起電網(wǎng)電壓升高。而現(xiàn)代城市電網(wǎng)均采用高壓電纜供電方式，引起電力系統(tǒng)電容電流的增加，導(dǎo)致容性充電功率進(jìn)一步加大。 低谷時期電網(wǎng)電壓升高問題更為突出。低谷時期電網(wǎng)電壓升高問題更為突出。三、無功功率的調(diào)節(jié)和三、無功功率的調(diào)節(jié)和V V形曲線形曲線 與電網(wǎng)并聯(lián)的發(fā)電機(jī)不僅要向電網(wǎng)輸出有功功率，而且還要與電網(wǎng)并聯(lián)的發(fā)電機(jī)不僅要向電網(wǎng)輸出有功功率，而且還要輸出無功功率。輸出無功功率。 下面以隱極同步發(fā)電機(jī)為例說明同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并下面以隱極同步發(fā)電機(jī)為例說明同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時無功功率的調(diào)節(jié)問題。聯(lián)時無功功率的調(diào)節(jié)問題。 忽略電樞電阻和磁

57、飽和影響，原動機(jī)輸入有功功率保持不變。忽略電樞電阻和磁飽和影響，原動機(jī)輸入有功功率保持不變。 2201PpPPpPcuae常數(shù)常數(shù)均為定值，則和由于常數(shù)常數(shù)cossincossin020IEXUmUIPXUEmPSSeooojXsjXsjXsBACDEosin=常值Icos=常值“正常勵磁” I E I 1.0 cos fN0“欠勵”超前 I I E I cos ffN0 “過勵”滯后 I I E I cos ffN0率還將輸出超前的無功功有功功率外，此時發(fā)電機(jī)除繼續(xù)輸出”發(fā)電機(jī)處與“欠勵狀態(tài)、若減少勵磁電流滯后的無功功率。有功功率外，還將輸出此時發(fā)電機(jī)除繼續(xù)輸出角。于電網(wǎng)電壓，此時電樞電流將

58、滯后過勵狀態(tài)電機(jī)運(yùn)行在、若增加勵磁電流，發(fā)常勵磁”。這時的勵磁狀態(tài)為“正率全部為有功功率。純?yōu)橛泄﹄娏?，輸出功定子電流、?32011I值所以勵磁電流有一最低存在一不穩(wěn)定區(qū)，穩(wěn)定性欠勵。過勵，0EIIff)(ffNNIfIIIffUU即的變化，所引起的調(diào)節(jié)情況下且輸出有功功率不變的，當(dāng)為“V形曲線”,曲線最低點為正常勵磁點同步發(fā)電機(jī)的同步發(fā)電機(jī)的V形曲線形曲線調(diào)節(jié)勵磁電流可以調(diào)節(jié)無功功率這一現(xiàn)象，還可以用磁動勢平衡關(guān)系解釋調(diào)節(jié)勵磁電流可以調(diào)節(jié)無功功率這一現(xiàn)象，還可以用磁動勢平衡關(guān)系解釋 調(diào)節(jié)勵磁電流可改變無功電流，即改變無功功率和功率因數(shù)調(diào)節(jié)勵磁電流可改變無功電流，即改變無功功率和功率因數(shù)補(bǔ)償

59、主磁通的不足電樞反應(yīng)為增磁欠勵時補(bǔ)償過多的主磁通電樞反應(yīng)為去磁過勵時CCU Ra jX o a o90 a j Xa過勵，直軸電樞反應(yīng)為去磁過勵，直軸電樞反應(yīng)為去磁 由隱極同步發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時的相量圖，各相量分別乘以3U/XS，可得到功率三角形，斜邊OA為視在功率，兩直角邊分別為有功功率和無功功率。1、發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖、發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖 發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖表示發(fā)電機(jī)在端電壓和冷卻介質(zhì)溫度為額定值的條件下有功功率和無功功率的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)輸出能力曲線或運(yùn)行容量圖。隱極發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖隱極發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖四、功率因數(shù)變化時發(fā)電機(jī)的輸出能力四、功率因數(shù)變化時發(fā)電機(jī)的輸出能力 若A點為該發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行

60、點對應(yīng)的額定有功功率為PN對應(yīng)的額定無功功率為QN當(dāng)A點到達(dá)縱軸時，功率因數(shù)為1當(dāng)A點到達(dá)橫軸時，功率因數(shù)為0運(yùn)行容量圖運(yùn)行容量圖(1)遲相運(yùn)行范圍遲相運(yùn)行范圍遲相運(yùn)行時為保證定、轉(zhuǎn)子電流不超過額定，以B點為圓心，AB為半徑，弧AC為轉(zhuǎn)子額定電流圖；以O(shè)點為圓心，OA為半徑，弧AG為定子額定電流圖，兩圓弧交點A點為定、轉(zhuǎn)子電流同時達(dá)到額定值。當(dāng) 增大遲相運(yùn)行時，由于受轉(zhuǎn)子電流限制發(fā)電機(jī)運(yùn)行點不能超過弧AC，C點為 ，無功功達(dá)到極限0cos當(dāng)由A點降低功率因數(shù)時，受轉(zhuǎn)子電流限制，到C點無功功率最大。由A點提高功率因數(shù)時，電樞反應(yīng)去磁作用減小，所需勵磁電流減小，主要受定子電流限制，此時轉(zhuǎn)子繞組未充