電機(jī)學(xué)同步電機(jī)第六章第7講

1、電機(jī)學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系羅 玲324房間88431336(O)，2016. 11上講內(nèi)容上講內(nèi)容 電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁磁勢(shì)的求法電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁磁勢(shì)的求法同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)定同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)定同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行功率關(guān)系功率關(guān)系同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行 并聯(lián)的條件并聯(lián)的條件并聯(lián)的方法并聯(lián)的方法本講內(nèi)容本講內(nèi)容 電磁功率方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程電磁功率方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程功角特性功角特性有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定無(wú)功功率調(diào)節(jié)和無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V V形曲線(xiàn)形曲線(xiàn)1 1功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程 功率流程功率流程1PmecpFep

2、adp1PemP2PemP2P1cup211emcumecFeadPPpPppp1 1功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程 電磁功率方程電磁功率方程212cosemcuaPPpmUImI RjIXEicosimE I(cos)amI UIR1PmecpFepadp1PemP2PemP2P1cup1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 不飽和的隱極電機(jī)不飽和的隱極電機(jī)0aaEUIRjIXjIXaEUIRjIX0coscosiEEjIXEi 不飽和的隱極電機(jī)不飽和的隱極電機(jī)0coscosiEE0cosemPmE IcosemiPmE I1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 1.11.1電磁功率方程電

3、磁功率方程 jIXEicosemiPmE I隱極電機(jī)隱極電機(jī)0cosemPmE I 不飽和的凸極電機(jī)不飽和的凸極電機(jī)aEUIRjIX0addqqEUIRjI XjI XUIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 不飽和的凸極電機(jī)不飽和的凸極電機(jī)0coscos()cosiQdddqEEEI XI XUIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 不飽和的凸極電機(jī)不飽和的凸極電機(jī)cosemiPmE I0cos()cosiddqEEIXX0cos()

4、emdqdqPmE ImI IXX0()cosemddqPmI EIXX1.11.1電磁功率方程電磁功率方程UIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.21.2轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程 1()emmecfeadPPppp10emTTT等式兩端同除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度等式兩端同除以轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度1PmecpFepadp1PemP2PemP2P1cup2 2功角特性功角特性 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)系功率角？功率角？2 2功角特性功角特性 2.1 2.1 功率角功率角勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和電壓之間勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和電壓之間的夾角，用的夾角，用表示。

5、表示。物理意義是什么？物理意義是什么？2 2功角特性功角特性?xún)?nèi)功率角：勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)功率角：勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和氣隙合成電動(dòng)勢(shì)之間的夾氣隙合成電動(dòng)勢(shì)之間的夾角，用角，用i i表示。表示。內(nèi)功率角內(nèi)功率角i i又又表示表示勵(lì)磁磁勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)之動(dòng)勢(shì)和氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)之間的夾角間的夾角。2 2功角特性功角特性aEUIRjIX忽略電阻和漏抗壓降忽略電阻和漏抗壓降EUi2 2功角特性功角特性功率角功率角：可近似認(rèn)為是：可近似認(rèn)為是Ff和和B之間的空間相角差之間的空間相角差i即主磁極軸線(xiàn)和氣隙合成即主磁極軸線(xiàn)和氣隙合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)之間的夾角磁場(chǎng)軸線(xiàn)之間的夾角 2 2功角特性功角特性 轉(zhuǎn)子主極軸線(xiàn)超前氣隙合

6、成磁場(chǎng)軸線(xiàn)轉(zhuǎn)子主極軸線(xiàn)超前氣隙合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)i i角，則磁通從主極發(fā)出后向角，則磁通從主極發(fā)出后向后扭斜，產(chǎn)生的切向電磁力使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，它與后扭斜，產(chǎn)生的切向電磁力使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，它與原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡，從而將轉(zhuǎn)軸輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為定子繞原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡，從而將轉(zhuǎn)軸輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為定子繞組輸出的電能，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。組輸出的電能，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 i i=稱(chēng)為功率角稱(chēng)為功率角2 2功角特性功角特性2.22.2功角特性功角特性221cosemcuaPPpmUImI R忽略電樞忽略電樞 繞組銅耗繞組銅耗2cosemPPmUI1PmecpFepadp1Pe

7、mP2PemP2P1cup2 2功角特性功角特性coscos()coscossinsinemPmUImUImUImUIqIdIcossinemqdPmUImUI2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUIsinqqI XUsin/qqIUX2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUI0sddI XEUco0(s )/ddIEUcoX2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUI0(s )/ddIEUcoXsin/qqIUX20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX2 2功角特性功角特性20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX勵(lì)

8、磁（基本）電磁功率勵(lì)磁（基本）電磁功率凸極（附加凸極（附加/ /磁阻）磁阻）電磁功率電磁功率2 2功角特性功角特性20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX勵(lì)磁（基本）電磁功率勵(lì)磁（基本）電磁功率0 0隱極同步電機(jī)隱極同步電機(jī)qdXX2 2功角特性功角特性0sinemtE UPmX隱極同步電機(jī)隱極同步電機(jī)2 2功角特性功角特性凸極同步電機(jī)凸極同步電機(jī)02sin11()sin22emdqdE UPmXUmXX2 2功角特性功角特性凸極同步電機(jī)凸極同步電機(jī)20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX沒(méi)有勵(lì)磁電流，甚至于沒(méi)有勵(lì)磁繞組情況沒(méi)有勵(lì)磁電流，甚至于沒(méi)有勵(lì)磁繞組情

9、況下，能通過(guò)磁阻功率實(shí)施機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，下，能通過(guò)磁阻功率實(shí)施機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，這是凸極同步電機(jī)獨(dú)有的運(yùn)行特點(diǎn)。這是凸極同步電機(jī)獨(dú)有的運(yùn)行特點(diǎn)。2 2功角特性功角特性相同條件下：相同條件下：凸極電機(jī)的最大電磁功率大于隱極電機(jī)凸極電機(jī)的最大電磁功率大于隱極電機(jī)凸極電機(jī)最大電磁功率對(duì)應(yīng)的功率角小于凸極電機(jī)最大電磁功率對(duì)應(yīng)的功率角小于9090度度2 2功角特性功角特性 只有當(dāng)交軸電流分量不等于零，功率角只有當(dāng)交軸電流分量不等于零，功率角才不等于零，電機(jī)才有電磁功率產(chǎn)生。才不等于零，電機(jī)才有電磁功率產(chǎn)生。 交軸電樞反應(yīng)是電機(jī)實(shí)施交軸電樞反應(yīng)是電機(jī)實(shí)施機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本條件機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本條件20sin11

10、()sin22emdqdE UUPmmXXX3 3有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié) 以隱極電機(jī)為例以隱極電機(jī)為例不計(jì)飽和影響，忽略電樞電阻不計(jì)飽和影響，忽略電樞電阻視電網(wǎng)為視電網(wǎng)為“無(wú)窮大電網(wǎng)無(wú)窮大電網(wǎng)”，即，即U U和和f f保持恒定保持恒定 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（1 1）發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時(shí)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時(shí)原動(dòng)機(jī)輸入的功率恰好補(bǔ)償各原動(dòng)機(jī)輸入的功率恰好補(bǔ)償各種損耗，種損耗，=0=0，P Pemem=0=0 ?？赡芸赡蹺 E0 0UU而有電流輸出，但而有電流輸出，但是無(wú)功電流，即只有直軸分量是無(wú)功電

11、流，即只有直軸分量I Id d，而沒(méi)有交軸分量，而沒(méi)有交軸分量I Iq q 。 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（2 2）增加原動(dòng)機(jī)輸入功率）增加原動(dòng)機(jī)輸入功率P P1 1增大輸入轉(zhuǎn)矩增大輸入轉(zhuǎn)矩T T1 1，使，使T T1 1T T0 0，則轉(zhuǎn)軸，則轉(zhuǎn)軸上就會(huì)出現(xiàn)剩余轉(zhuǎn)矩上就會(huì)出現(xiàn)剩余轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子瞬時(shí)加速，并使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子瞬時(shí)加速，并使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F Ff f開(kāi)始超前于氣隙合開(kāi)始超前于氣隙合成磁場(chǎng)成磁場(chǎng)B B 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（2 2）增加原動(dòng)機(jī)輸入功率）增加原動(dòng)機(jī)輸入功率P P1 1勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E E0 0就會(huì)超前于電機(jī)端電就會(huì)超前于電機(jī)端電壓亦

12、即電網(wǎng)電壓壓亦即電網(wǎng)電壓U U一個(gè)一個(gè)角角 P Pemem00，發(fā)電機(jī)開(kāi)始向電網(wǎng)輸出有功，發(fā)電機(jī)開(kāi)始向電網(wǎng)輸出有功電流，即出現(xiàn)交軸分量電流，即出現(xiàn)交軸分量I Iq q，從而轉(zhuǎn)子，從而轉(zhuǎn)子會(huì)受到相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)受到相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T Temem的制動(dòng)作用的制動(dòng)作用 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（2 2）增加原動(dòng)機(jī)輸入功率）增加原動(dòng)機(jī)輸入功率P P1 1當(dāng)當(dāng)增大到某一數(shù)值增大到某一數(shù)值a a使電磁轉(zhuǎn)矩使電磁轉(zhuǎn)矩T Temem正好與剩余轉(zhuǎn)矩正好與剩余轉(zhuǎn)矩T T1 1-T-T0 0相等時(shí)，相等時(shí)，轉(zhuǎn)子便不再加速，而平衡在功率角轉(zhuǎn)子便不再加速，而平衡在功率角a a處處 原動(dòng)機(jī)輸入的有效機(jī)械功率與電

13、機(jī)原動(dòng)機(jī)輸入的有效機(jī)械功率與電機(jī)輸出的電磁功率平衡輸出的電磁功率平衡 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)u 要增加發(fā)電機(jī)輸出功率要增加發(fā)電機(jī)輸出功率( (有功功率有功功率) )，就必須增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，使電機(jī)就必須增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，使電機(jī)的功率角的功率角增大增大 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)l當(dāng)當(dāng)角增至角增至9090使輸出電磁功率達(dá)使輸出電磁功率達(dá)最大值最大值P Pemmaxemmax時(shí)，若繼續(xù)增加輸入時(shí)，若繼續(xù)增加輸入功率，則輸入和輸出之間的平衡關(guān)功率，則輸入和輸出之間的平衡關(guān)系被破壞，電機(jī)亦無(wú)力自行維持平系被破壞，電機(jī)亦無(wú)力自行維持平衡，致使電機(jī)轉(zhuǎn)子不斷加速并最終衡，致使電機(jī)

14、轉(zhuǎn)子不斷加速并最終失步，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成沖擊。失步，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成沖擊。l繼續(xù)增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，繼續(xù)增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，角隨之會(huì)進(jìn)一步增角隨之會(huì)進(jìn)一步增大，輸出電磁功率也會(huì)進(jìn)一步增加。大，輸出電磁功率也會(huì)進(jìn)一步增加。 3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定l靜態(tài)穩(wěn)定：靜態(tài)穩(wěn)定： 當(dāng)電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)偶然發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，若在當(dāng)電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)偶然發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，若在擾動(dòng)消失后發(fā)電機(jī)能自行回復(fù)到原運(yùn)行狀態(tài)擾動(dòng)消失后發(fā)電機(jī)能自行回復(fù)到原運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行；穩(wěn)定運(yùn)行；l靜態(tài)不穩(wěn)定：靜態(tài)不穩(wěn)定： 不是靜態(tài)穩(wěn)定不是靜態(tài)穩(wěn)定 3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定A:A:輸入功率為輸入功率為P PT T，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，功率角，穩(wěn)態(tài)

15、運(yùn)行，功率角 A:A:輸入功率波動(dòng)，輸入功率波動(dòng)，P PT T, , 功率角增加功率角增加 B B點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，P PT T + + P PT T = P= PemBemB3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定B B點(diǎn)：輸入功率波動(dòng)消失，輸入功率恢復(fù)為點(diǎn)：輸入功率波動(dòng)消失，輸入功率恢復(fù)為P PT T ，P PT T P PemBemB, ,動(dòng)轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子減速，動(dòng)轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子減速，功率角減小功率角減小A:PA:PT T, , 3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定C C點(diǎn)：點(diǎn)： P PT T + + P PT T, , + + D: PD: PemDemDP180180，P Pemem01.71.7，即額，即額定負(fù)載時(shí)最大