第五篇同步電機(jī)

1、第五篇第五篇 同步電機(jī)同步電機(jī)陳小勤陳小勤4/18/20224/18/2022第十二章第十二章 同步電機(jī)基本理同步電機(jī)基本理論和運(yùn)行特性論和運(yùn)行特性第十三章第十三章 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)在大電網(wǎng)上運(yùn)行在大電網(wǎng)上運(yùn)行第十四章第十四章 同步發(fā)電同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行第十五章第十五章 同步電機(jī)的突然短路與振蕩同步電機(jī)的突然短路與振蕩定子通入三相電流定子通入三相電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成感應(yīng)電流形成感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)作用產(chǎn)生力矩與定子磁場(chǎng)作用產(chǎn)生力矩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)回顧異步電機(jī)的原理回顧

2、異步電機(jī)的原理主要作電動(dòng)機(jī)用主要作電動(dòng)機(jī)用同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理min)/(60 rpfn 步步。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速與與旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場(chǎng)場(chǎng)同同旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場(chǎng)場(chǎng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子直直流流勵(lì)勵(lì)磁磁同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī)沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸 收無(wú)功功率收無(wú)功功率 同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)之間的夾角場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)之間的夾角，稱為功率角稱為功率角 第十二章第十二章 同步電機(jī)

3、的基本同步電機(jī)的基本理論和運(yùn)行特性理論和運(yùn)行特性12-1 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)同步電機(jī)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) 形式形式旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式 旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式 隱極式隱極式（如汽輪發(fā)電機(jī)）（如汽輪發(fā)電機(jī)） 凸極式凸極式（如水輪發(fā)電機(jī)）（如水輪發(fā)電機(jī)） 磁極放在定子上磁極放在定子上 旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的類型旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的類型NS+隱極式隱極式NSNS+凸極式凸極式n同步電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等部件構(gòu)成同步電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等部件構(gòu)成12-1 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 二、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.定子定子 定子

4、繞組：三相對(duì)稱，一般采用三相雙層短距疊繞定子繞組：三相對(duì)稱，一般采用三相雙層短距疊繞 組，也稱電樞繞組組，也稱電樞繞組 定子鐵芯：一般由厚定子鐵芯：一般由厚0.35mm或或0.5mm的電工鋼片的電工鋼片疊成疊成 定子機(jī)座：支撐定子鐵芯定子機(jī)座：支撐定子鐵芯3.氣隙氣隙 處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。重大影響。 2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 汽輪發(fā)電機(jī)：隱極式，臥式結(jié)構(gòu)，汽輪發(fā)電機(jī)：隱極式，臥式結(jié)構(gòu)，P206，圖，圖12-5 注重通風(fēng)和冷卻注重通風(fēng)和冷卻 水輪發(fā)電機(jī)

5、：凸極式，立式結(jié)構(gòu)，水輪發(fā)電機(jī)：凸極式，立式結(jié)構(gòu)，P207，圖，圖12-7。 分懸式和傘式，包括軸、轉(zhuǎn)子支架、磁分懸式和傘式，包括軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極及勵(lì)磁繞組、阻尼繞組等。軛、磁極及勵(lì)磁繞組、阻尼繞組等。 另：凸極同步發(fā)電機(jī)也有臥式（橫式）結(jié)構(gòu)。如同步電動(dòng)另：凸極同步發(fā)電機(jī)也有臥式（橫式）結(jié)構(gòu)。如同步電動(dòng)機(jī)、同步補(bǔ)償機(jī)等機(jī)、同步補(bǔ)償機(jī)等12-1 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) NNNNNNIUPS ,cos,三、同步電機(jī)的額定值三、同步電機(jī)的額定值NNNNNNIUP cos3cosS 三三相相交交流流發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)：Ncos3 NNNNIUP 三三相相交交流流電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)：對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求：

6、對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求：n正常運(yùn)行時(shí)，供給勵(lì)磁電流正常運(yùn)行時(shí)，供給勵(lì)磁電流n為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負(fù)載情況變化，為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負(fù)載情況變化，勵(lì)磁勵(lì)磁電流能電流能相應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)n當(dāng)系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)（如發(fā)生短路故障等），能當(dāng)系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)（如發(fā)生短路故障等），能強(qiáng)行勵(lì)磁強(qiáng)行勵(lì)磁提高電勢(shì)，保持電壓穩(wěn)定提高電勢(shì)，保持電壓穩(wěn)定n突然丟負(fù)荷時(shí)，如水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯升高，能突然丟負(fù)荷時(shí)，如水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯升高，能強(qiáng)行減磁強(qiáng)行減磁，限，限制端電壓過度增高。制端電壓過度增高。12-2 同步電機(jī)的直流勵(lì)磁系統(tǒng)同步電機(jī)的直流勵(lì)磁系統(tǒng) 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求：對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求：n當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)

7、，能快速當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，能快速滅磁滅磁和減磁，以和減磁，以減小故障的損壞程度。減小故障的損壞程度。n對(duì)兩臺(tái)以上并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)，能對(duì)兩臺(tái)以上并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)，能成組調(diào)節(jié)無(wú)功功率調(diào)節(jié)無(wú)功功率，使無(wú)功合理分配。使無(wú)功合理分配。n其他：反映迅速，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，成其他：反映迅速，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，成本低，體積小等本低，體積小等強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)n勵(lì)磁電流增長(zhǎng)幅度勵(lì)磁電流增長(zhǎng)幅度n勵(lì)磁電流增長(zhǎng)速度勵(lì)磁電流增長(zhǎng)速度正常工作電壓正常工作電壓強(qiáng)勵(lì)時(shí)頂值電壓強(qiáng)勵(lì)時(shí)頂值電壓強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) K正常工作電壓正常工作電壓內(nèi)增長(zhǎng)電壓內(nèi)增長(zhǎng)電壓電壓上升速度電壓上升速度sv5 . 0 一般值，一

8、般值，K=1.5-2，v=0.5-1.0直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī) 同軸，采用并勵(lì)或他勵(lì)接法。同軸，采用并勵(lì)或他勵(lì)接法。整流器勵(lì)磁整流器勵(lì)磁靜止式靜止式旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式勵(lì)磁系統(tǒng)供給勵(lì)磁電流勵(lì)磁系統(tǒng)供給勵(lì)磁電流建立磁場(chǎng)，分以下兩類建立磁場(chǎng)，分以下兩類:用整流裝置將交流變成直流后供給勵(lì)磁用整流裝置將交流變成直流后供給勵(lì)磁 換向困難換向困難 火花嚴(yán)重火花嚴(yán)重 勵(lì)磁容量增勵(lì)磁容量增加引起集電環(huán)加引起集電環(huán)嚴(yán)重過熱嚴(yán)重過熱直流并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)直流并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)交流靜止勵(lì)磁系統(tǒng)交流靜止勵(lì)磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)12-3 同步電機(jī)的空載運(yùn)行同步電

9、機(jī)的空載運(yùn)行 n空載磁勢(shì)空載磁勢(shì)n時(shí)空矢量時(shí)空矢量n空載電勢(shì)空載電勢(shì)n電壓波形畸變電壓波形畸變空載運(yùn)行：空載運(yùn)行： 原動(dòng)機(jī)把同步電機(jī)拖入額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)原動(dòng)機(jī)把同步電機(jī)拖入額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流，而定子磁電流，而定子 繞組開路時(shí)（無(wú)電流）的運(yùn)行狀態(tài)。繞組開路時(shí)（無(wú)電流）的運(yùn)行狀態(tài)。同步電機(jī)空載磁路同步電機(jī)空載磁路0 f主極磁通分成主磁通主極磁通分成主磁通0和漏磁通和漏磁通f兩部分兩部分60:;:44. 4E 110110pnfkNkfNNN 應(yīng)應(yīng)頻頻率率主主磁磁通通切切割割定定子子繞繞組組感感數(shù)數(shù)：定定子子繞繞組組基基波波繞繞組組系系數(shù)數(shù)定定子子一一相相串串聯(lián)聯(lián)導(dǎo)導(dǎo)體體

10、的的總總等等于于感感應(yīng)應(yīng)電電勢(shì)勢(shì)此此時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)的的空空載載電電壓壓。磁磁化化曲曲線線曲曲線線通通過過試試驗(yàn)驗(yàn)畫畫空空載載特特性性及及得得到到不不同同的的改改變變)()(,)(0000000ffffffFfIfEIFEIfEEI NfffUEdcdhogodabacFfFfF00000k ;)()( 由圖定義飽和系數(shù)由圖定義飽和系數(shù)逐漸彎曲逐漸彎曲鐵心逐漸飽和，鐵心逐漸飽和，成線性關(guān)系，隨著成線性關(guān)系，隨著故故幾乎全部耗在空氣隙，幾乎全部耗在空氣隙，勢(shì)勢(shì)動(dòng)動(dòng)較小時(shí)磁場(chǎng)不飽和，磁較小時(shí)磁場(chǎng)不飽和，磁在在00 EffIF0fIo空空載載特特性性NU氣氣隙隙線線abchdg0E 25. 11 .

11、 1一般： k 一、空載磁勢(shì)一、空載磁勢(shì) 212sin8 fffFFk隱極波形系數(shù)隱極波形系數(shù)2sin41 fffFFk凸極波形系數(shù)凸極波形系數(shù)兩極間中心線兩極間中心線轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)子繞組軸線組軸線二、空載時(shí)二、空載時(shí)- -空矢量圖空矢量圖相繞組軸線（相軸）作為參考軸，令時(shí)間相量參考軸與空相繞組軸線（相軸）作為參考軸，令時(shí)間相量參考軸與空間矢量參考軸重合間矢量參考軸重合四個(gè)軸：時(shí)軸，相軸，交軸，直軸四個(gè)軸：時(shí)軸，相軸，交軸，直軸時(shí)間相量時(shí)間相量繞組的感應(yīng)電勢(shì)、電壓和電流，匝鏈的磁通繞組的感應(yīng)電勢(shì)、電壓和電流，匝鏈的磁通空間矢量空間矢量磁勢(shì)和磁通密度（磁勢(shì)和磁通密度（隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化）空載時(shí)空載時(shí)

12、-空矢量圖（以空矢量圖（以A相為例）相為例）空間矢量圖空間矢量圖1 相相軸軸線線、交交軸軸AAXZB1fFNSCY直直軸軸1fB時(shí)間矢量圖時(shí)間矢量圖時(shí)時(shí)軸軸0E01 直直軸軸01fF1fB0E1 相相軸軸、時(shí)時(shí)軸軸時(shí)時(shí)-空矢量圖空矢量圖0度時(shí)度時(shí)空載時(shí)空載時(shí)-空矢量圖（以空矢量圖（以A相為例）相為例）空間矢量圖空間矢量圖1 相相軸軸線線、交交軸軸AAXZB1fFNSCY直直軸軸1fB時(shí)間矢量圖時(shí)間矢量圖時(shí)時(shí)軸軸0E01 1fF直直軸軸01fB0E1 相相軸軸、時(shí)時(shí)軸軸時(shí)時(shí)-空矢量圖空矢量圖逆時(shí)針轉(zhuǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)90度時(shí)度時(shí)三、空載電勢(shì)相量三、空載電勢(shì)相量011000000000044. 412012

13、00 KNfNEEEEEEECBA勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)有效值勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)有效值，122122322mnmnmmkmmvUUUUUUk 措施措施：使氣隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和：使氣隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和短距繞組，三相短距繞組，三相Y形接法消除三次及其倍數(shù)次諧波。形接法消除三次及其倍數(shù)次諧波。四、電壓波形正弦畸變率四、電壓波形正弦畸變率12-4 對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng) 000EUI ，端壓，端壓空載時(shí)，空載時(shí)，電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)。響響電電樞樞感感應(yīng)應(yīng)電電勢(shì)勢(shì)變變化化磁磁場(chǎng)場(chǎng)發(fā)發(fā)生生改改變變，同同時(shí)時(shí)影影機(jī)機(jī)氣氣隙隙同同向向、同同速速旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，使使電電且且與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子旋

14、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場(chǎng)場(chǎng)磁磁場(chǎng)場(chǎng)電電樞樞產(chǎn)產(chǎn)生生電電樞樞磁磁勢(shì)勢(shì)稱稱電電流流負(fù)負(fù)載載后后，電電樞樞繞繞組組有有對(duì)對(duì) 0, aaFI。間的相角差間的相角差和和的空間位置取決于的空間位置取決于和和故故的原則的原則滯后滯后同相，同相，與與同相，同相，與與對(duì)位置，按照對(duì)位置，按照的空間相的空間相和和和大小有關(guān)，取決于和大小有關(guān)，取決于電樞反應(yīng)與負(fù)載的性質(zhì)電樞反應(yīng)與負(fù)載的性質(zhì) IEFFEIFFFFafafaf0100001190 功率角功率角間的相角差間的相角差）和）和（或（或外功率因數(shù)角外功率因數(shù)角間的相角差間的相角差和和內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角間的相角差間的相角差和和三個(gè)角三個(gè)角 UU0EEIIEn內(nèi)功率因數(shù)

15、角內(nèi)功率因數(shù)角=00 BI.AI.CI.AE0.時(shí)軸CE0.B0.Ed軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYFfNS+90+900 0FFa 交軸電樞反應(yīng)滯滯后后。較較較較時(shí)時(shí)，氣氣隙隙磁磁場(chǎng)場(chǎng)結(jié)結(jié)論論是是在在）如如上上圖圖以以及及感感應(yīng)應(yīng)電電勢(shì)勢(shì)和和磁磁通通合合成成氣氣隙隙磁磁勢(shì)勢(shì)00,0,c EEEF )0(0時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)的電樞反應(yīng)同相同相和和一、一、 EI交交軸軸電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)對(duì)對(duì)主主極極磁磁場(chǎng)場(chǎng)的的影影響響為為交交軸軸磁磁勢(shì)勢(shì)正正交交直直軸軸軸軸與與滯滯后后于于 aafaFFFF)(d,901 內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角=900時(shí)軸AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.

16、直軸去磁電樞反應(yīng)d軸軸q軸軸 A軸軸A AX XZ ZB BCYFfNSFa的電樞反應(yīng)的電樞反應(yīng)滯后滯后二、二、)90(90000 EI。機(jī)機(jī)向向電電網(wǎng)網(wǎng)輸輸出出無(wú)無(wú)功功功功率率發(fā)發(fā)電電率率為為零零，而而故故有有功功功功作作用用。磁磁此此種種情情況況電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)為為去去反反向向，表表明明與與由由于于, 1sin, 0cos1 faFF步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。為同為同功率由電網(wǎng)輸入電機(jī)，功率由電網(wǎng)輸入電機(jī)，有功有功反向，反向，與與1cos0 EI的電樞反應(yīng)的電樞反應(yīng)滯后滯后三、三、 )180(180000 EIn內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角=-900時(shí)軸時(shí)軸AE0.CE0.BE0.C

17、I.BI.AI.直軸助磁電樞反應(yīng)直軸助磁電樞反應(yīng)d軸軸q軸軸 A軸軸A AX XZ ZB BCYFfNSFan內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角00900 時(shí)軸時(shí)軸AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.既有交軸又有直軸去磁電樞反應(yīng)既有交軸又有直軸去磁電樞反應(yīng)d軸軸q軸軸 A軸軸A AX XZ ZB BCYFfNS+90+900 0Fa輸輸出出容容性性無(wú)無(wú)功功功功率率。僅僅向向電電網(wǎng)網(wǎng) , 1sin, 0cos cos cos sin sin IIFFIIFFIIIFFFFFqaaqdaadqdaaqadaaqad兩個(gè)分量?jī)蓚€(gè)分量和交軸磁勢(shì)和交軸磁勢(shì)為直軸磁勢(shì)為直軸磁勢(shì)可以把電樞磁勢(shì)分解可以把電樞磁勢(shì)

18、分解 )90(90000超前超前四、四、 EI起起去去磁磁作作用用。對(duì)對(duì)而而起起交交磁磁作作用用對(duì)對(duì)同同相相，與與110;fadfaqqFFFFEI 時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)的電樞反應(yīng)五、五、00900 輸出容性無(wú)功。輸出容性無(wú)功。時(shí)為輸出感性無(wú)功，時(shí)為輸出感性無(wú)功，當(dāng)當(dāng)時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，而而時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)來判斷，當(dāng)來判斷，當(dāng)?shù)南嘟堑南嘟呛秃鸵杂梢杂赏诫姍C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可0000000909027090;9090. 1 IE。磁化作用時(shí)，欠勵(lì)狀態(tài)磁化作用時(shí)，欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，為過勵(lì)狀態(tài)；時(shí)，為過勵(lì)狀態(tài)；當(dāng)直軸電樞起去磁作用當(dāng)直軸電樞起去磁作用. 2

19、：以以上上分分析析可可以以得得出出結(jié)結(jié)論論了能量的傳遞方向。了能量的傳遞方向。間的夾角，該夾角決定間的夾角，該夾角決定改變了定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)改變了定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)當(dāng)電樞反應(yīng)存在時(shí)，它當(dāng)電樞反應(yīng)存在時(shí)，它. 3n1nAZBXCYSNemTIIaq電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，形成，形成，有功電流產(chǎn)生電磁力，有功電流產(chǎn)生電磁力時(shí)，時(shí)，當(dāng)忽略電機(jī)本身參數(shù)，當(dāng)忽略電機(jī)本身參數(shù)， 0 emTIIrd成電磁轉(zhuǎn)矩成電磁轉(zhuǎn)矩，不形，不形，無(wú)功電流產(chǎn)生電磁力，無(wú)功電流產(chǎn)生電磁力時(shí)，時(shí)，當(dāng)忽略電機(jī)本身參數(shù)，當(dāng)忽略電機(jī)本身參數(shù)， 09 n1TemAZBXCYNS綜上：為維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，必須隨有功負(fù)載的變化調(diào)綜上：為維持發(fā)電機(jī)

20、的轉(zhuǎn)速不變，必須隨有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率；節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率； 為保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須隨無(wú)功負(fù)載的變化為保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須隨無(wú)功負(fù)載的變化相應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流。相應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流。當(dāng)當(dāng)角為不同值的電樞反應(yīng)角為不同值的電樞反應(yīng) 位置夾角記作電樞反應(yīng)性質(zhì)對(duì)電機(jī)的影響負(fù)載性質(zhì)n(f)U=0=00 0q軸+90+900 0交軸波形畸變下降不變R=90=900 0d軸+90+900 0直、去削弱不變下降L=-90=-900 0d軸+90+900 0直、助增強(qiáng)不變上升C0 00 090900 0d、q軸+90+900 0交、直去削弱下降下降 R、L-90-900 00/

21、2，Pss0，失去穩(wěn)，失去穩(wěn)定定 ddPPMss s 2cos11coscos200 dqdsssssxxUxUEPxUEP凸極機(jī)：凸極機(jī)：隱極機(jī)：隱極機(jī)：2 2、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定n擾動(dòng)擾動(dòng)負(fù)載突然變化（加、卸、短路、失磁、電壓突變）負(fù)載突然變化（加、卸、短路、失磁、電壓突變）曲線曲線1 a點(diǎn)：原正常運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)：原正常運(yùn)行點(diǎn)曲線曲線2：電網(wǎng)電壓因事故明顯降低：電網(wǎng)電壓因事故明顯降低曲線曲線3：電壓降低很大：電壓降低很大分析：比較下列情況電機(jī)的穩(wěn)定性分析：比較下列情況電機(jī)的穩(wěn)定性n短路比大?。憾搪繁榷搪繁却笮。憾搪繁?大，則同步電抗大，則同步電抗 小，小，Pmax大，一定大，一定P時(shí)，時(shí)，角角

22、較小，穩(wěn)定性好。較小，穩(wěn)定性好。n過激與欠激：有功一定時(shí)，過激時(shí)過激與欠激：有功一定時(shí)，過激時(shí)E0大，大，角角 小，穩(wěn)定小，穩(wěn)定性好。性好。n輕載與滿載：激磁相同時(shí)，輕載與滿載：激磁相同時(shí)，Pmax相同，輕載時(shí)相同，輕載時(shí)角小，穩(wěn)角小，穩(wěn)定性好。定性好。n直接接電網(wǎng)或通過電抗接電網(wǎng)：通過外電抗接電網(wǎng)，則直接接電網(wǎng)或通過電抗接電網(wǎng)：通過外電抗接電網(wǎng)，則最大輸出功率由電抗分配，較直接接電網(wǎng)時(shí)小，一定最大輸出功率由電抗分配，較直接接電網(wǎng)時(shí)小，一定P時(shí)，時(shí)，角角 較大，穩(wěn)定性差。較大，穩(wěn)定性差。n不計(jì)電樞電阻時(shí)隱極電機(jī)的無(wú)功功率不計(jì)電樞電阻時(shí)隱極電機(jī)的無(wú)功功率13-5 無(wú)功功率調(diào)節(jié)無(wú)功功率調(diào)節(jié)和和V形

23、曲線形曲線sssxUxUEQxUEIUIQ200coscossinsin UIsxI j 0En設(shè)功率為設(shè)功率為PT，運(yùn)行于，運(yùn)行于a點(diǎn)，點(diǎn)，功角功角an假設(shè)原動(dòng)機(jī)有功功率不變，假設(shè)原動(dòng)機(jī)有功功率不變，減小勵(lì)磁電流減小勵(lì)磁電流，則，則E0減小減小n功角特性幅值降低，運(yùn)行功角特性幅值降低，運(yùn)行點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)變?yōu)閎點(diǎn)，功角為點(diǎn)，功角為b，相，相應(yīng)無(wú)功變?yōu)閼?yīng)無(wú)功變?yōu)镼b，即，即減小了減小了無(wú)功輸出無(wú)功輸出。（靜態(tài)穩(wěn)定度。（靜態(tài)穩(wěn)定度降低）降低）PTaQabssxUxUEQ20cos 一、隱性機(jī)的無(wú)功功率特性一、隱性機(jī)的無(wú)功功率特性的的條條件件。滿滿足足直直線線的的條條件件上上的的點(diǎn)點(diǎn)滿滿足足直直線線從從相

24、相量量圖圖看看出出：constEmmconstInn sin ;cos0變變即即中中保保持持有有功功功功率率輸輸出出不不設(shè)設(shè)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)無(wú)無(wú)功功功功率率的的過過程程即即可可。只只要要調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)勵(lì)勵(lì)磁磁電電流流調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)無(wú)無(wú)功功功功率率的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)不不需需要要fIP ,1 sincossincos00 constEconstIconstxUEPconstUIPsxUsM 不變不變和和二、有功不變時(shí)的無(wú)功調(diào)節(jié)二、有功不變時(shí)的無(wú)功調(diào)節(jié)功功率率。電電網(wǎng)網(wǎng)提提供供可可調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)的的無(wú)無(wú)功功由由滯滯后后角角變變成成超超前前角角向向點(diǎn)點(diǎn)、也也分分別別移移至至于于相相角角關(guān)關(guān)系系，及及各各點(diǎn)點(diǎn)，由由、移移至至沿沿?zé)o無(wú)功

25、功功功率率點(diǎn)點(diǎn)，輸輸出出有有功功功功率率設(shè)設(shè)同同步步電電機(jī)機(jī)開開始始工工作作于于 , ,sin ,cos431204030102202 IIIIEEEmmEIUIUIEf。仍然只能是仍然只能是，可調(diào)區(qū)間，可調(diào)區(qū)間角隨之角隨之的同時(shí)，的同時(shí)，功調(diào)節(jié)功調(diào)節(jié)在由滯后無(wú)功向超前無(wú)在由滯后無(wú)功向超前無(wú)00900 時(shí)時(shí)有有所所增增加加。后后無(wú)無(wú)功功，電電樞樞電電流流都都較較出出滯滯右右半半部部是是過過勵(lì)勵(lì)狀狀態(tài)態(tài)，輸輸無(wú)無(wú)功功是是欠欠勵(lì)勵(lì)狀狀態(tài)態(tài)，輸輸出出超超前前線線的的左左半半曲曲線線提提高高，輸輸出出有有功功功功率率和和對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的曲曲線線中中的的最最低低點(diǎn)點(diǎn)是是1cos;cos,1cos PIIf結(jié)

26、論結(jié)論：對(duì)于每一給定的有功功率都有一允許的最少激磁，：對(duì)于每一給定的有功功率都有一允許的最少激磁，進(jìn)一步減小激磁將使發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定。進(jìn)一步減小激磁將使發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定。 欠激欠激過激過激cos =0.8超前超前cos =0.8滯后滯后表表示示。用用曲曲線線的的變變化化可可以以出出過過程程中中，電電流流率率輸輸調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)的的方方法法調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)無(wú)無(wú)功功功功用用勵(lì)勵(lì)磁磁在在保保持持)(, fIfIIconstP 結(jié)論：無(wú)功功率調(diào)節(jié)特性結(jié)論：無(wú)功功率調(diào)節(jié)特性n當(dāng)發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流的大小，當(dāng)發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)激磁電流的大小，就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率，不僅能改變無(wú)功功就可以

27、改變發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率，不僅能改變無(wú)功功率的大小，而且能改變無(wú)功功率的性質(zhì)。率的大小，而且能改變無(wú)功功率的性質(zhì)。n當(dāng)過激時(shí)，電樞電流是滯后電流，發(fā)電機(jī)輸出感性無(wú)功當(dāng)過激時(shí)，電樞電流是滯后電流，發(fā)電機(jī)輸出感性無(wú)功功率。功率。n當(dāng)欠激時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出容性無(wú)功功率，電樞電流是超前當(dāng)欠激時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出容性無(wú)功功率，電樞電流是超前電流。電流。 ?1 . 1)()3(?,1 . 1)2(,8 . 0cos,9 . 0)1(, 0 . 1),(8 . 0cos 01010*為多少為多少和和倍，倍，為額定運(yùn)行時(shí)的為額定運(yùn)行時(shí)的感性感性使使不變調(diào)勵(lì)磁不變調(diào)勵(lì)磁如如和和不變時(shí)不變時(shí)將如何變化將如何變化不變，不變，

28、使使調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。、這時(shí)的這時(shí)的和無(wú)功和無(wú)功輸出的有功輸出的有功時(shí)時(shí)而而當(dāng)當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行。求：并網(wǎng)運(yùn)行。求：滯后滯后態(tài)時(shí)態(tài)時(shí)例：同步發(fā)電機(jī)額定狀例：同步發(fā)電機(jī)額定狀 EQIPEQQIPPPEQPIIxffNNNsN 0EIfFUsxIj，0E00*0*1 .251 .257 . 11)54. 072. 0(1 ,54. 072. 054. 06 . 09 . 01sin72. 08 . 09 . 01cos jjxIjUEjIIUQIUPs作作相相量量圖圖：解解： )1(0*0*0*0*01*0*1*0*0*5 . 3281. 11)66. 072. 0(166. 06 . 01 . 1,72. 0)

29、3(8 .2977. 11)54. 088. 0(154. 02 .3117 . 1188. 0sinsin ,sin),(7 . 188. 08 . 01 . 11 . 1 , 8 . 0cos )2( jjxIjUEQPjjxIjUEQUExPxUEPEIPPIUPssssfNNN則則而而無(wú)無(wú)功功若若保保持持不不變變有有，若若保保持持由由不不變變不不變變，當(dāng)當(dāng) 功率調(diào)節(jié)總結(jié)功率調(diào)節(jié)總結(jié)n調(diào)輸入調(diào)輸入P1調(diào)節(jié)輸出有功調(diào)節(jié)輸出有功P輸出的輸出的P、Q均有變化，為使輸出均有變化，為使輸出Q不變則需調(diào)節(jié)勵(lì)磁。不變則需調(diào)節(jié)勵(lì)磁。n調(diào)勵(lì)磁調(diào)勵(lì)磁If調(diào)節(jié)輸出無(wú)功調(diào)節(jié)輸出無(wú)功Q 輸出僅輸出僅Q變化，變化，

30、P不變。不變。n無(wú)論調(diào)節(jié)有功或無(wú)功，應(yīng)注意同步電機(jī)的穩(wěn)定范圍。無(wú)論調(diào)節(jié)有功或無(wú)功，應(yīng)注意同步電機(jī)的穩(wěn)定范圍。成成為為同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)行行。保保持持，由由電電網(wǎng)網(wǎng)吸吸收收功功率率后后，使使瞬瞬時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)行行狀狀態(tài)態(tài)，械械功功率率輸輸入入，將將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入入電電機(jī)機(jī)，去去掉掉原原動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的機(jī)機(jī)并并聯(lián)聯(lián)在在電電網(wǎng)網(wǎng)的的同同步步發(fā)發(fā)電電1 0 nnn IUsxIj0E0EUsxIjIIUsxIj0E13-6 同步電動(dòng)機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)同步電動(dòng)機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī) 同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)行行。電電功功率率到到同同步步發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)入入能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換的的可可逆逆，當(dāng)當(dāng)輸輸動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)一一、從從發(fā)發(fā)電

31、電機(jī)機(jī)過過渡渡到到電電為為制制動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩。矩矩輸輸出出電電功功率率，且且電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，超超前前當(dāng)當(dāng)輸輸入入MsMTxEUPUEP 0sin , 0,)101 。時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)減減小小011, 00,)2pPPnPM 為為空空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)。此此時(shí)時(shí)若若拆拆去去原原動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)，成成機(jī)機(jī)從從電電網(wǎng)網(wǎng)吸吸收收電電功功率率，電電繼繼續(xù)續(xù)若若繼繼續(xù)續(xù)使使, 00)31 MPnP 10211100 )0( sin )3()2()1( MMsMmecadFeMMcudDdqDqaDsDaDPTxUEPPpppPPpPPxIjxIjrIEUxIjrIEU電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩：每每相相電電磁磁功功率率，對(duì)對(duì)

32、于于隱隱極極機(jī)機(jī)功功角角特特性性與與發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)相相同同，則則功功率率關(guān)關(guān)系系輸輸入入電電功功率率凸凸極極式式同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)隱隱極極式式同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) DIUsDxIj 0EaDrI DI UdDdxIj 0EqDqxIj DqI DdI qdaDrI 性性方方程程、相相量量圖圖及及功功角角特特二二、同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的電電壓壓隱極式隱極式凸極式凸極式fIDI1 cos過勵(lì)過勵(lì)欠勵(lì)欠勵(lì)容性電動(dòng)機(jī)容性電動(dòng)機(jī)感性電動(dòng)機(jī)感性電動(dòng)機(jī)0曲曲線線：載載，由由同同步步電電機(jī)機(jī)的的網(wǎng)網(wǎng)的的容容性性負(fù)負(fù)載載或或感感性性負(fù)負(fù)磁磁可可以以使使其其作作為為電電吸吸收收空空載載損損耗耗，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)勵(lì)勵(lì)同同

33、步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)，只只從從電電網(wǎng)網(wǎng)是是一一臺(tái)臺(tái)空空載載運(yùn)運(yùn)行行的的出出。同同步步補(bǔ)補(bǔ)償償機(jī)機(jī)實(shí)實(shí)際際上上其其無(wú)無(wú)功功功功率率的的輸輸入入或或輸輸即即可可調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)磁磁電電流流同同步步發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)，只只調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)勵(lì)勵(lì)不不論論是是同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)還還是是VIf三三、同同步步補(bǔ)補(bǔ)償償機(jī)機(jī)可可以以設(shè)設(shè)同同步步補(bǔ)補(bǔ)償償機(jī)機(jī)。無(wú)無(wú)功功較較大大，通通常常情情況況下下網(wǎng)網(wǎng)上上的的感感性性功功功功率率可可以以吸吸收收電電網(wǎng)網(wǎng)的的感感性性無(wú)無(wú)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)為為感感性性負(fù)負(fù)載載，當(dāng)當(dāng)欠欠勵(lì)勵(lì)時(shí)時(shí)功功功功率率可可以以吸吸收收電電網(wǎng)網(wǎng)的的容容性性無(wú)無(wú)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)為為容容性性負(fù)負(fù)載載，當(dāng)當(dāng)過過勵(lì)勵(lì)時(shí)時(shí); ffII)(262

34、P四、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)四、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、變頻起動(dòng)、異步起動(dòng)輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、變頻起動(dòng)、異步起動(dòng)不同于異步電機(jī)不同于異步電機(jī)kVarQQQkVarPQkWPPPkWPPkVarPQkWPPNN81.64315.218634.154234.15429 . 09 . 0153.3184sincos9 . 0cos53.318467.104186.214267.104196. 0100015.21867 . 07 . 0186.2142sincos86.21427 . 0150011121111111112111 網(wǎng)網(wǎng)吸吸收收的的無(wú)無(wú)功功功功率率為為同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)應(yīng)應(yīng)從從電電無(wú)無(wú)

35、功功功功率率為為滯滯后后時(shí)時(shí)，電電網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)提提供供的的當(dāng)當(dāng)全全廠廠要要求求功功率率為為電電網(wǎng)網(wǎng)供供給給的的總總有有功功吸吸收收的的有有功功功功率率為為同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)從從電電網(wǎng)網(wǎng)功功率率為為從從電電網(wǎng)網(wǎng)吸吸取取的的無(wú)無(wú)功功網(wǎng)網(wǎng)取取得得的的有有功功功功率率為為解解：全全廠廠原原電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)從從電電 率因數(shù)為多少？率因數(shù)為多少？滯后，同步電動(dòng)機(jī)的功滯后，同步電動(dòng)機(jī)的功廠功率因數(shù)廠功率因數(shù)輸出，且使全輸出，且使全若使同步電動(dòng)機(jī)有額定若使同步電動(dòng)機(jī)有額定超前超前同步電動(dòng)機(jī)其同步電動(dòng)機(jī)其，有一臺(tái)，有一臺(tái)總功率因數(shù)為總功率因數(shù)為平均效率為平均效率為電動(dòng)機(jī)，總功率為電動(dòng)機(jī)，總功率為例：某廠使用多臺(tái)感應(yīng)例

36、：某廠使用多臺(tái)感應(yīng)9 . 0cos%,96),(8 . 0cos10007 . 0cos%,70,1500 NNNkWPkWP851. 081.64367.104167.1041cos2221211 QPP 調(diào)調(diào)至至同同步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的功功率率因因數(shù)數(shù)13-7 同步電發(fā)機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行（略）同步電發(fā)機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行（略）P271:13-2, 4,6,7n進(jìn)相運(yùn)行：進(jìn)相運(yùn)行：電力系統(tǒng)無(wú)功電力系統(tǒng)無(wú)功Q過剩時(shí)，某些同步電發(fā)機(jī)須過剩時(shí)，某些同步電發(fā)機(jī)須發(fā)出容性無(wú)功，吸收感性無(wú)功。發(fā)出容性無(wú)功，吸收感性無(wú)功。n同步電發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行應(yīng)注意的四個(gè)問題同步電發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行應(yīng)注意的四個(gè)問題：（1）靜態(tài)）靜態(tài)穩(wěn)定性

37、低；穩(wěn)定性低； （2）端部漏磁引起定子端部溫升；）端部漏磁引起定子端部溫升； （3）廠用電壓降低；廠用電壓降低； （4）輸出）輸出P不變，電壓不變，電壓U下降，則下降，則I升升高，過負(fù)荷。高，過負(fù)荷。同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（以內(nèi)功率同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（以內(nèi)功率P PM M為例）為例）fF軸軸d軸軸q)(00 BQ發(fā)發(fā)出出感感性性發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)，過過勵(lì)勵(lì)0 EQ吸收容性吸收容性電動(dòng)機(jī)，過勵(lì)電動(dòng)機(jī)，過勵(lì)Q吸收感性吸收感性電動(dòng)機(jī)，欠勵(lì)電動(dòng)機(jī)，欠勵(lì)Q發(fā)發(fā)出出容容性性發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)，欠欠勵(lì)勵(lì)I(lǐng)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行的進(jìn)相運(yùn)行第十四章第十四章 同步發(fā)電機(jī)的不同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行不對(duì)稱運(yùn)行各

38、序阻抗各序阻抗與與等效電路等效電路幾種幾種短路情況的分析短路情況的分析與短路時(shí)的電樞反應(yīng)簡(jiǎn)單分析與短路時(shí)的電樞反應(yīng)簡(jiǎn)單分析回顧不對(duì)稱運(yùn)行回顧不對(duì)稱運(yùn)行n三相負(fù)載不對(duì)稱三相負(fù)載不對(duì)稱n分析方法分析方法對(duì)稱分量法對(duì)稱分量法：把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三把不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和和零序系統(tǒng)零序系統(tǒng) CBAACBAACBAAIIIIIIIIIIII 310231231 不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)不對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)n將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對(duì)稱的系統(tǒng)，即正序系將不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對(duì)

39、稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。n每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢(shì)也可分解為三個(gè)分每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢(shì)也可分解為三個(gè)分量。量。n當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，亦稱當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，亦稱正序旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)正序旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)n當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)n當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，當(dāng)電流為一不對(duì)稱的三相電流，合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分量，正序合成磁勢(shì)將有兩個(gè)分量，正序分量和負(fù)序分量，各以同步速分量和負(fù)序分量，各以同步速向相反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間向相

40、反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間的合成磁勢(shì)仍按正弦分布，用的合成磁勢(shì)仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，有不同的振幅，其不同時(shí)刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓端點(diǎn)軌跡為一橢圓tFFFFvuF 2cos22222 電電壓壓方方程程表表示示為為：相相的的各各序序、則則相相序序阻阻抗抗為為忽忽略略電電阻阻、和和、個(gè)個(gè)對(duì)對(duì)稱稱電電壓壓電電流流分分別別是是相相正正序序、負(fù)負(fù)序序、零零序序三三稱稱分分量量法法。設(shè)設(shè)統(tǒng)統(tǒng)的的分分析析，通通常常采采用用對(duì)對(duì)對(duì)對(duì)于于三三相相不不對(duì)對(duì)稱稱系系稱稱。電電流流和和端端電電壓壓的的的的不不對(duì)對(duì)稱稱而而引引起起的的電電樞樞行行是是指指三

41、三相相負(fù)負(fù)載載的的不不對(duì)對(duì)系系統(tǒng)統(tǒng)。所所謂謂的的不不對(duì)對(duì)稱稱運(yùn)運(yùn)是是對(duì)對(duì)稱稱的的正正序序三三相相勵(lì)勵(lì)磁磁電電勢(shì)勢(shì)對(duì)對(duì)稱稱，同同步步電電機(jī)機(jī)三三相相繞繞組組結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)AxxxrIIIUUUAEaAAAAAA;,0000 00000 0 xIjUxIjUxIjUEAAAAAAA0AE AUsx AI AI AUx0AU0AI0 x14-1 同步電機(jī)的各序阻抗與等效電路同步電機(jī)的各序阻抗與等效電路發(fā)電機(jī)各序等效圖發(fā)電機(jī)各序等效圖(a)正序正序(b)負(fù)序負(fù)序(c)零序零序注意注意：勵(lì)磁磁場(chǎng)只在電樞繞組中：勵(lì)磁磁場(chǎng)只在電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢(shì)感應(yīng)產(chǎn)生有正序電勢(shì) x一一、正正序序電電抗抗。遇到的電抗是同

42、步電抗遇到的電抗是同步電抗旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以此電流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以此電流對(duì)稱電流的同步對(duì)稱電流的同步產(chǎn)生的磁場(chǎng)等同于三相產(chǎn)生的磁場(chǎng)等同于三相正序電流正序電流 In產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步速同步速n轉(zhuǎn)子同步速，不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)轉(zhuǎn)子同步速，不在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，即同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行情況，的對(duì)稱運(yùn)行情況，正序電抗即同步電抗正序電抗即同步電抗。凸凸隱隱遇到的電抗是遇到的電抗是短路時(shí)，短路時(shí)，)();(dskxxxxI 且且計(jì)計(jì)算算出出電電機(jī)機(jī)，得得出出其其等等值值電電路路的的異異步步步步機(jī)機(jī)等等價(jià)價(jià)于于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差率率此此時(shí)時(shí)同同短短路路，等等效效電電抗抗很很小小。的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子減

43、減弱弱，相相當(dāng)當(dāng)與與異異步步電電機(jī)機(jī)成成磁磁場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)的的作作用用，氣氣隙隙中中的的合合負(fù)負(fù)序序磁磁產(chǎn)產(chǎn)生生交交變變電電流流，起起削削弱弱的的交交變變電電勢(shì)勢(shì)，繞繞組組中中感感應(yīng)應(yīng)在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子的的相相對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速為為它它對(duì)對(duì)磁磁場(chǎng)場(chǎng)與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向相相反反，產(chǎn)產(chǎn)生生的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)由由于于負(fù)負(fù)序序電電流流22,2121 sffnI x二二、負(fù)負(fù)序序電電抗抗1x2xmx 122 xxxx 即即慮慮尼尼作作用用，所所以以可可以以不不考考子子對(duì)對(duì)負(fù)負(fù)序序電電流流有有強(qiáng)強(qiáng)的的阻阻隱隱極極式式同同步步機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)構(gòu)構(gòu)和和磁磁系系統(tǒng)統(tǒng)，一一般般來來說說還還須須考考慮慮轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組的的結(jié)結(jié)折折算算于于

44、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子的的畢畢竟竟是是兩兩個(gè)個(gè)磁磁場(chǎng)場(chǎng)系系統(tǒng)統(tǒng)，但但同同步步電電機(jī)機(jī)定定子子和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子 212212xxxxxxxxxxxmmm xd-xadx xD fx 1I 1U mI 2I2x2r負(fù)序電流的負(fù)序電流的副作用作用n負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗負(fù)序感應(yīng)電流，產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)子銅損耗n負(fù)序磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗負(fù)序磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗，產(chǎn)生附加表面損耗n負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生負(fù)序磁場(chǎng)與正序磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生2f1頻率的交變電磁頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)轉(zhuǎn)矩，引起振動(dòng)規(guī)定：規(guī)定：在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽輪

45、發(fā)電機(jī)三相電流之差不得超過額定值的不得超過額定值的10：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相：水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電流之差不得超過額定值的電流之差不得超過額定值的20，同時(shí)，同時(shí)任一相的電流不得任一相的電流不得大于額定值大于額定值。 0 x三、零序電抗三、零序電抗。磁場(chǎng)磁場(chǎng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，只有漏產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，只有漏成磁勢(shì)為零。因此不成磁勢(shì)為零。因此不大小相同、相位相同合大小相同、相位相同合由于三相零序電流由于三相零序電流 xx 0 各序電抗不相同。各序電抗不相同。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)綜上分析可以看出同步綜上分析可以看出同步0 xxx 三相零序基波磁勢(shì)合成為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。三相零序基波磁勢(shì)合成

46、為零，在氣隙中不產(chǎn)生零序磁場(chǎng)。各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生各相電樞繞組中的零序電流分量在各相繞組周圍產(chǎn)生零序零序漏漏磁通磁通。機(jī)機(jī)對(duì)對(duì)于于水水輪輪隱隱極極式式于于汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)零零序序電電抗抗的的數(shù)數(shù)值值對(duì)對(duì)085. 0;056. 0)(00 xx14-2 同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行穩(wěn)態(tài)分析同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行穩(wěn)態(tài)分析n勵(lì)磁電勢(shì)勵(lì)磁電勢(shì)由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是由于電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性是對(duì)稱正序電勢(shì)對(duì)稱正序電勢(shì)n電樞反應(yīng)電勢(shì)與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同電樞反應(yīng)電勢(shì)與電樞電流性質(zhì)有關(guān)，用不同的電抗表示的電抗表示正序阻抗正序阻抗負(fù)序阻抗負(fù)序阻抗零序阻抗零序阻抗 )(,0

47、000，則則、和和、方方程程式式求求得得電電壓壓相相如如先先由由一一相相相相的的電電流流和和電電壓壓是是已已知知的的，待待求求量量是是各各、和和各各序序電電抗抗運(yùn)運(yùn)行行情情況況，空空載載電電勢(shì)勢(shì)一一般般來來說說，分分析析不不對(duì)對(duì)稱稱AAAAAAIIIUUUAxxxE 0002022020002220200)(31 )(31 )(31 )(31)(31)(31 xIjUUUUxIjUaUaUUxIjEUaUaUUUaUaUUUaUaUUUUUUIIIIIaIaIIIaIaIIIaIaIIIaIaIIIIIIACBAAACBAAAACBAAAAACAAABAAAACBAACBAACBAAAAACA

48、AABAAAA且且 0000000000000000000)1(00)()()()()(3 )( xxxxExxxxjEjUxxxxExxxxjEjUxxxxxExxxxjEjEUAxxxjEIIxxxjEIAAAAAAAAAAAAkAAA相相各各序序電電壓壓，相相電電壓壓方方程程代代入入開開路路）短短路路相相對(duì)對(duì)中中點(diǎn)點(diǎn)，一一、單單相相（BCA 03131 0 00)1(0)1(AAAkAAAAkACBAUUUIIIIIIIIIU，由對(duì)稱分量法有，由對(duì)稱分量法有， )1()( )1()( 0200202020020 axaaxxxxEUaUaUUaxaaxxxxEUaUaUUCBAAAAAC

49、AAAAB兩兩相相的的電電壓壓、相相相相序序電電壓壓推推出出并并由由開開路路）兩兩相相短短路路（二二、ABC0 0)2( CBBCkCBAUUUIIII，）（ 103)(31)(313)(31)(31)2()2(22)2()2(22 AAkkCBAAkkCBAAIIIjIaaIaIaIIIjIaaIaIaII)3()1(00)3(3 kkskIIxEjxEjI 電流為電流為樞電阻時(shí)三相同時(shí)短路樞電阻時(shí)三相同時(shí)短路由前述可知，當(dāng)忽略電由前述可知，當(dāng)忽略電 xxEajIaIxxEajIaIxxEjIIIUUUUaUaUUaUaUUAABAABAAAAAAAAAAAAACB22000202210 0

50、 0)()(）代代入入相相序序電電壓壓方方程程：）、（且且將將式式（，無(wú)無(wú)中中線線（） 3/3:30320)2( xExEIIxxEjIIIIAA)k()k(ABBBk流比較流比較與三相短路時(shí)的短路電與三相短路時(shí)的短路電 xxxEUaaUaUaUUxxxEUUxxxEUUAAAACBAAAAAA)(2222短路短路電壓標(biāo)么值。短路短路電壓標(biāo)么值。時(shí)的三相、兩相、單相時(shí)的三相、兩相、單相求發(fā)電機(jī)在求發(fā)電機(jī)在阻，阻，忽略零序阻抗及定子電忽略零序阻抗及定子電得定子電流為得定子電流為步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)當(dāng)轉(zhuǎn)子以同當(dāng)轉(zhuǎn)子以同流流同向旋轉(zhuǎn)，測(cè)得定子電同向旋轉(zhuǎn)，測(cè)得定子電使轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

51、同步使轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組短路轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組短路加對(duì)稱三相電壓加對(duì)稱三相電壓：一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)定子：一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)定子例例NNUEIIU 0,;2 . 0, 2 . 01的方法。的方法。這是用實(shí)驗(yàn)求短路參數(shù)這是用實(shí)驗(yàn)求短路參數(shù)單相穩(wěn)態(tài)短路電流：?jiǎn)蜗喾€(wěn)態(tài)短路電流：兩相穩(wěn)態(tài)短路電流：兩相穩(wěn)態(tài)短路電流：則則三相穩(wěn)態(tài)短路電流：三相穩(wěn)態(tài)短路電流：，：又根據(jù)正序電抗的定義又根據(jù)正序電抗的定義義：義：解：根據(jù)正序電抗的定解：根據(jù)正序電抗的定5 . 22 . 013344. 12 . 01331 2 . 0 2 . 0 1 ,2 . 02 . 0 00)1(0)2(0)3( xxxEIxxEIxEIxI

52、UxxIUIUxkkkNNNNNN 0020002020022212000)1()1(0)3(2 .10321. 0 )866. 05 . 1(069. 0)732. 1(22. 0156. 21)1()(2 .10321. 0)866. 05 . 1(069. 0)732. 1(22. 0156. 21)1()(866. 05 . 11 ,732. 1 866. 05 . 0 ,866. 05 . 0395. 1069. 022. 0867. 133 ,)2( 535. 0867. 11 (1) 0 jjaxaaxxxxEUjjaxaaxxxxEUjajaajajeaxxxEIUUAIxEI

53、sCsBjskCBksk、相相短短路路，求求非非短短路路相相設(shè)設(shè)解解：及各端電壓。及各端電壓。及各端電壓，及各端電壓，求：求：空載電壓空載電壓：汽輪發(fā)電機(jī)：汽輪發(fā)電機(jī)例例 )2()1()3(000)3()2()1(, 1,069. 0,22. 0,867. 1,1252kkksNIIIUExxxMWP105.02121.022.0867.122.02283.022.0867.133)3(00)2()2( ACBAkCBAkUUUxxxEUxxEIUUUI解解：、短短路路相相及及未未短短路路相相開開路路）兩兩相相對(duì)對(duì)中中點(diǎn)點(diǎn)短短路路（三三、ABCAAAAAAAAACBAUUUUUIIIIUUI

54、3100 0000，由對(duì)稱分量得：，由對(duì)稱分量得：，,00 xxxxxjEIAAP283：14-1，14-2 000cBAUUIAAAAAAAAUUUUIIII31000 xxxxxxxxEUUUxxxxxxxEjIxxxxxxxEjIxxxxxxxxEjxxxxxjEIAAAAAAAAAAA000000000000000000000033IUxxIxI jUUAAAA dkxEI03 xxEIk0230013xxxEIk 1:3:3:321kkkIII第十五章第十五章 同步電機(jī)突然短同步電機(jī)突然短路的過渡分析路的過渡分析突然短路的物理過程（掌握）突然短路的物理過程（掌握）瞬態(tài)電抗和超瞬態(tài)電抗

55、（了解）瞬態(tài)電抗和超瞬態(tài)電抗（了解）三相突然短路分析三相突然短路分析不對(duì)稱突然短路的概念（了解）不對(duì)稱突然短路的概念（了解）同步電機(jī)振蕩的物理概念（了解）同步電機(jī)振蕩的物理概念（了解）n突然短路的直觀影響突然短路的直觀影響n各繞組出現(xiàn)很大的沖擊電流，峰值可達(dá)（各繞組出現(xiàn)很大的沖擊電流，峰值可達(dá)（1020）倍）倍IN。n在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。n 可能損壞繞組端部，或使轉(zhuǎn)軸發(fā)生有害變形，破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)可能損壞繞組端部，或使轉(zhuǎn)軸發(fā)生有害變形，破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。行。n主要原因主要原因n突然短路是一個(gè)暫態(tài)過程突然短路是一個(gè)暫態(tài)過程從正常運(yùn)行到穩(wěn)定短路

56、的過渡階段。從正常運(yùn)行到穩(wěn)定短路的過渡階段。短路電流中包含有自由分量短路電流中包含有自由分量按一定時(shí)間常數(shù)衰減；當(dāng)自由分按一定時(shí)間常數(shù)衰減；當(dāng)自由分量衰減完畢，即進(jìn)入穩(wěn)定短路。量衰減完畢，即進(jìn)入穩(wěn)定短路。1.突然短路時(shí)，電樞（定子）電流和相應(yīng)的電樞磁場(chǎng)幅值發(fā)生突然突然短路時(shí)，電樞（定子）電流和相應(yīng)的電樞磁場(chǎng)幅值發(fā)生突然變化，變化，定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生變壓器感應(yīng)關(guān)系定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生變壓器感應(yīng)關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)和電流，反過來又影響定子繞組的電流。電勢(shì)和電流，反過來又影響定子繞組的電流。15-1 突然短路的物理過程突然短路的物理過程分析時(shí)的假設(shè)分析時(shí)的假設(shè)（1）不考慮機(jī)械過

57、渡過程，不考慮機(jī)械過渡過程，即即在過渡過程期間，電機(jī)的轉(zhuǎn)在過渡過程期間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步速不變；速保持為同步速不變；（2）利用疊加原理，條件：電機(jī)的磁路不飽和；）利用疊加原理，條件：電機(jī)的磁路不飽和；（3）突然短路前為空載運(yùn)行，突然短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)的出）突然短路前為空載運(yùn)行，突然短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)的出線端；線端；（4）不考慮強(qiáng)勵(lì)的情況不考慮強(qiáng)勵(lì)的情況發(fā)生短路后，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流發(fā)生短路后，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流If0始終保持不變。始終保持不變。 。同的情況：同的情況：有與超導(dǎo)體相有與超導(dǎo)體相磁鏈不能突變，所以具磁鏈不能突變，所以具步電機(jī)短路瞬間，由于步電機(jī)短路瞬間，由于鏈不變。在同鏈不變。在同

58、抵消其變化而保持總磁抵消其變化而保持總磁電流所產(chǎn)生的磁鏈恰好電流所產(chǎn)生的磁鏈恰好變化，由感應(yīng)變化，由感應(yīng)路無(wú)論交鏈的磁鏈如何路無(wú)論交鏈的磁鏈如何說明任何超導(dǎo)體閉合回說明任何超導(dǎo)體閉合回)0( t 程程。計(jì)計(jì)入入電電阻阻考考慮慮其其衰衰減減過過擊擊電電流流的的最最大大值值，然然后后回回路路，導(dǎo)導(dǎo)出出沖沖子子繞繞組組看看成成超超導(dǎo)導(dǎo)體體閉閉合合磁磁鏈鏈?zhǔn)厥睾愫阍砝?，先先把把定定體體閉閉合合回回路路的的程程，通通常常應(yīng)應(yīng)用用所所謂謂超超導(dǎo)導(dǎo)分分析析突突然然短短路路的的過過渡渡過過. 0 0 1 constdtdrdtdir ，或，或則有則有不計(jì)不計(jì)當(dāng)當(dāng)，繞組的電壓方程為繞組的電壓方程為相繞組突然

59、短路時(shí)，該相繞組突然短路時(shí)，該當(dāng)圖中當(dāng)圖中在沒有電阻的閉合回路中，磁在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變鏈將保持不變相相磁磁鏈鏈為為間間為為正正弦弦變變化化量量，短短路路瞬瞬鏈鏈短短路路前前磁磁相相磁磁鏈鏈為為場(chǎng)場(chǎng)與與定定子子相相為為研研究究對(duì)對(duì)象象，旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁激激磁磁，以以并并額額定定，有有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子步步發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)三三相相短短路路瞬瞬間間討討論論一一種種空空載載情情況況下下同同AttAAnnmfAfA, 0)sin(,001 時(shí)時(shí)刻刻有有：，即即相相繞繞組組中中建建立立磁磁鏈鏈）在在感感應(yīng)應(yīng)電電流流（短短路路電電流流繞繞組組不不變變，還還需需由由閉閉合合定定子子維維持持仍仍按按正正弦弦規(guī)

60、規(guī)律律變變化化，為為此此后后，0A10 tiAAAkAfA 正正比比即即與與定定子子短短路路電電流流并并忽忽略略定定子子電電阻阻建建立立的的磁磁鏈鏈，相相應(yīng)應(yīng)大大小小不不等等直直流流分分量量是是，抵抵消消其其中中AAAAAkaAffAir sin)0(0mfAA A)0( )0(AAfAAAAAAfA AAAkiii 1 1、定子電流的分量、定子電流的分量n直流分量直流分量。以抵消轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以抵消轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，、建立定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)建立定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，、定子電流產(chǎn)生周期分量定子電流產(chǎn)生周期分量當(dāng)定子三相突然短路，當(dāng)定子三相突然短路，CBAfCfBfACBAiii 不變。不變。、以維持以維持、，建立定子恒定