電機(jī)學(xué)第6章同步電機(jī)

1、 同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是常值且與同步速相等，與負(fù)載的同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是常值且與同步速相等，與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格同步。大小無(wú)關(guān)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格同步。60(r/min)sfnnp同步電機(jī)主要用作同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)，也可以用作，也可以用作電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)和和補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)對(duì)稱(chēng)運(yùn)行同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行和三相突然短路同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行和三相突然短路 第第6章章 同步電機(jī)同步電機(jī)同步電機(jī)的用途同步電機(jī)的用途同步電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)

2、機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）同步補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）（火電廠(chǎng)、水電廠(chǎng)、核電廠(chǎng)）（火電廠(chǎng)、水電廠(chǎng)、核電廠(chǎng)）（主要用于驅(qū)動(dòng)不要求調(diào)速的大功率機(jī)械，（主要用于驅(qū)動(dòng)不要求調(diào)速的大功率機(jī)械，優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁改善電網(wǎng)的功率因數(shù)）優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁改善電網(wǎng)的功率因數(shù)）（空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功）（空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功）同步電機(jī)的分類(lèi)同步電機(jī)的分類(lèi)l按用途分：按用途分：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。 l按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：凸極、隱極。凸極、隱極。l按冷卻方式分：按冷卻方式分：l按勵(lì)磁方式分：按勵(lì)磁方式分：電勵(lì)磁式、永磁式同步電機(jī)電勵(lì)磁式、永磁式同步電機(jī) 。空冷、氫冷、水冷、混合冷

3、卻。空冷、氫冷、水冷、混合冷卻。臥式、立式。臥式、立式。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)1. 1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)電樞式：旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞裝在轉(zhuǎn)子上，主極裝在定子上電樞裝在轉(zhuǎn)子上，主極裝在定子上。只用于小容量同步電機(jī)中只用于小容量同步電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極裝在轉(zhuǎn)子上，為大中型同步電機(jī)的基本形式：磁極裝在轉(zhuǎn)子上，為大中型同步電機(jī)的基本形式旋轉(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凸極式凸極式旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) : 0.35mm 0.5 三相對(duì)稱(chēng)繞組繞組的冷軋硅鋼片或鐵心:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 。同心式繞組或集中繞組直流

4、勵(lì)磁繞組整體或低碳鋼片迭成。，氣隙不均勻凸極整塊高強(qiáng)度合金鋼。氣隙均勻，隱極鐵心 : :定子定子 同步電機(jī)又分為同步電機(jī)又分為隱極式隱極式和和凸極式凸極式兩種。兩種。有明顯的凸出的磁極，氣有明顯的凸出的磁極，氣隙不均勻，制作簡(jiǎn)單。隙不均勻，制作簡(jiǎn)單。適合于高速發(fā)電機(jī)適合于高速發(fā)電機(jī)適合于低速發(fā)電機(jī)適合于低速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓柱形，氣隙均勻，轉(zhuǎn)子機(jī)轉(zhuǎn)子圓柱形，氣隙均勻，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，勵(lì)磁繞組固定容易。械強(qiáng)度高，勵(lì)磁繞組固定容易。NS+隱極式隱極式NSNS+凸極式凸極式同步電機(jī)的基本類(lèi)型同步電機(jī)的基本類(lèi)型同步同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)隱極隱極結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)凸極凸極結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)

5、電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī) 由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī) p = 1 n = 3000r/min (50Hz) n = 3600r/min (60Hz) 采用隱極結(jié)構(gòu)采用隱極結(jié)構(gòu) 6222D L 轉(zhuǎn)子細(xì)而長(zhǎng)轉(zhuǎn)子細(xì)而長(zhǎng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)鐵心的強(qiáng)度要求很高，就目前材料，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)鐵心的強(qiáng)度要求很高，就目前材料，轉(zhuǎn)子直徑一般不超過(guò)子直徑一般不超過(guò)1.1m1.1m。 基本采用臥式結(jié)構(gòu)基本采用臥式結(jié)構(gòu)隱極發(fā)電機(jī)的剖面圖隱極發(fā)電機(jī)的剖面圖同步電機(jī)的外形圖汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī) 由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī) n = 幾十幾十 幾百幾百r/min 極對(duì)數(shù)多極

6、對(duì)數(shù)多采用采用凸極凸極結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子粗而短轉(zhuǎn)子粗而短7522LD 勵(lì)磁繞組為集中繞組勵(lì)磁繞組為集中繞組 立式立式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 阻尼繞組阻尼繞組水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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。阻尼繞組的作用阻尼繞組的作用同步發(fā)電機(jī)中同步發(fā)電機(jī)中：阻尼繞組中感應(yīng)電流產(chǎn)生：阻尼繞組中感應(yīng)電流產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩，抑制轉(zhuǎn)速振蕩。電磁轉(zhuǎn)矩，抑制轉(zhuǎn)速振蕩。同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)中同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)中：起動(dòng)繞組：起動(dòng)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。水輪發(fā)電機(jī)的磁極水輪

7、發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)320MW水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)思考題 1.一臺(tái)頻率一臺(tái)頻率f=50Hz，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n=3000r/min的汽輪的汽輪發(fā)電機(jī)的極數(shù)是發(fā)電機(jī)的極數(shù)是多少多少？ 2.一臺(tái)頻率一臺(tái)頻率f=50Hz，極數(shù)，極數(shù)2p=100的水輪發(fā)電的水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？2. 2. 同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。定子合成磁場(chǎng)定子合成磁場(chǎng) 定子三相對(duì)稱(chēng)繞組流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn)定子三相對(duì)稱(chēng)繞組流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn) 生，以同步速旋轉(zhuǎn)（等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）。生，以同步速旋轉(zhuǎn)（等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

8、）。同步電機(jī)有同步電機(jī)有發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)。三種運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)取決于磁場(chǎng)的相對(duì)位置運(yùn)行狀態(tài)取決于磁場(chǎng)的相對(duì)位置功率角功率角 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線(xiàn)領(lǐng)先定子合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)領(lǐng)先定子合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)的夾角。的夾角。 0時(shí)時(shí)，Te為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩Te 平衡平衡 。轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率，定子發(fā)出電功率。轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率，定子發(fā)出電功率。 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖 0 時(shí)，時(shí)，Te為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。轉(zhuǎn)子輸轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功率，定子吸收出機(jī)械功率，定子吸收電功率。電

9、功率。 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài) = 0 時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為0，不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，僅發(fā)僅發(fā)出或吸收無(wú)功功率。出或吸收無(wú)功功率。 補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖3.3.同步電機(jī)的勵(lì)磁方式同步電機(jī)的勵(lì)磁方式 （1 1）電勵(lì)磁）電勵(lì)磁 1）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)（與同步電機(jī)同軸）并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)（與同步電機(jī)同軸）G同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁直流電機(jī)存在電刷和換向器，可靠性差，受換向限制，容量受限。直流電機(jī)存在電刷和換向器，可靠性差，受換向限制，容量受限。 并勵(lì)并勵(lì) + 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁他勵(lì)

10、直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁相比，可提高勵(lì)磁系統(tǒng)的反應(yīng)速度，并使勵(lì)磁與并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁相比，可提高勵(lì)磁系統(tǒng)的反應(yīng)速度，并使勵(lì)磁機(jī)在較低的電壓下也能穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)在較低的電壓下也能穩(wěn)定運(yùn)行。帶副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)帶副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)GG副勵(lì)磁機(jī)副勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)2) 2) 靜止整流器勵(lì)磁靜止整流器勵(lì)磁 他勵(lì)式他勵(lì)式自勵(lì)自勵(lì)恒壓器恒壓器電壓電壓調(diào)整器調(diào)整器交流副勵(lì)磁機(jī)（中頻）交流副勵(lì)磁機(jī)（中頻）交流主勵(lì)磁機(jī)（交流主勵(lì)磁機(jī)（100Hz）可控可控整流器整流器不可控不可控整流器整流器主發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)電壓互感器電壓互感器電流互感器電流互感器靜止整流器勵(lì)磁靜止整流器勵(lì)磁 優(yōu)點(diǎn)：

11、優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行、維護(hù)方便，沒(méi)有直流勵(lì)磁機(jī)，使勵(lì)磁容量得運(yùn)行、維護(hù)方便，沒(méi)有直流勵(lì)磁機(jī)，使勵(lì)磁容量得以提高，因而在大以提高，因而在大 容量汽輪發(fā)電機(jī)中得到了廣泛的容量汽輪發(fā)電機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用。 自勵(lì)式自勵(lì)式主發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率經(jīng)靜止整流器整流為直流，然后通過(guò)主發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率經(jīng)靜止整流器整流為直流，然后通過(guò)電刷和集電環(huán)通入到主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中。電刷和集電環(huán)通入到主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：存在電刷、集電環(huán)的滑動(dòng)接觸（薄弱環(huán)節(jié)）。存在電刷、集電環(huán)的滑動(dòng)接觸（薄弱環(huán)節(jié)）。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：取消了電刷和集電環(huán)，運(yùn)行比較可靠，適合大容量取消了電刷和集電環(huán)，運(yùn)行比較可靠，適合大容量發(fā)電機(jī)，尤其適合

12、于要求防爆、防燃的特殊場(chǎng)合。發(fā)電機(jī)，尤其適合于要求防爆、防燃的特殊場(chǎng)合。無(wú)刷勵(lì)磁無(wú)刷勵(lì)磁多用于大、中容量的汽輪發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償機(jī)以及在特多用于大、中容量的汽輪發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償機(jī)以及在特殊環(huán)境下的同步發(fā)電機(jī)。殊環(huán)境下的同步發(fā)電機(jī)。目前我國(guó)新裝發(fā)電機(jī)容量一般為目前我國(guó)新裝發(fā)電機(jī)容量一般為 30萬(wàn)萬(wàn)kW 、60萬(wàn)萬(wàn)kW、90萬(wàn)萬(wàn)kW等。多采用整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。等。多采用整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。一般地，單機(jī)容量越大，一般地，單機(jī)容量越大， 電機(jī)效率越高。電機(jī)效率越高。 3 3）旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁）旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 （2 2）永磁勵(lì)磁）永磁勵(lì)磁 永磁勵(lì)磁采用永磁材料建立同步電機(jī)的磁場(chǎng)。永磁勵(lì)磁采用永磁材料建立同步電機(jī)的磁場(chǎng)。優(yōu)

13、點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁電流，取消了電刷和滑環(huán)，轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁電流，取消了電刷和滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率高，維護(hù)工作量?。晦D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率高，維護(hù)工作量小；轉(zhuǎn)子上永磁材料的形狀和尺寸可以靈活多樣，尤其適子上永磁材料的形狀和尺寸可以靈活多樣，尤其適合于低速和高速電機(jī)。合于低速和高速電機(jī)。 目前永磁勵(lì)磁在小型和微型同步電機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。目前永磁勵(lì)磁在小型和微型同步電機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。永磁勵(lì)磁的永磁勵(lì)磁的缺點(diǎn)是其磁場(chǎng)不能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行缺點(diǎn)是其磁場(chǎng)不能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行方便和有效的調(diào)節(jié)方便和有效的調(diào)節(jié)。 額定電壓額定電壓UN 單位為單位為kV 額定電流

14、額定電流IN 單位為單位為A, kA 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) N cos 額定頻率額定頻率 f N 單位為單位為Hz 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n N 單位為單位為r/min 額定勵(lì)磁電流和電壓額定勵(lì)磁電流和電壓 IfN 、UfN 額定容量額定容量 SN 或額定功率或額定功率PN 單位為單位為 kW, kVA同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)是指額定運(yùn)行時(shí)輸出的電功率；是指額定運(yùn)行時(shí)輸出的電功率；同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)是是指額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率；指額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率；補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī)是指額定運(yùn)行是指額定運(yùn)行時(shí)輸出的無(wú)功功率。時(shí)輸出的無(wú)功功率。4. 同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值6.2 同步發(fā)電機(jī)的空載

15、運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 一、空載運(yùn)行一、空載運(yùn)行 n s I f I = 01.1.空載磁場(chǎng)空載磁場(chǎng)主磁場(chǎng)主磁場(chǎng) 主磁通 在三相繞組中感應(yīng)對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì) 00 B FIff f漏磁通 If0f同步電機(jī)的空載磁場(chǎng)同步電機(jī)的空載磁場(chǎng)01w104.44 E f N ks60pnf 240120000 EE EEEE0C0B0A 0若主磁場(chǎng)若主磁場(chǎng)B0 在氣隙中正弦分布，且以同步速在氣隙中正弦分布，且以同步速n ns s旋轉(zhuǎn)，則在旋轉(zhuǎn)，則在定子繞組中產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)三相電動(dòng)勢(shì)定子繞組中產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)三相電動(dòng)勢(shì) 有效值：有效值：頻率：頻率：空載電動(dòng)勢(shì)，即激磁電動(dòng)勢(shì)?？蛰d電動(dòng)勢(shì)，即激磁電動(dòng)勢(shì)。三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)

16、2.2.空載特性空載特性 E0 = f (I f) 同步電機(jī)的空載特性同步電機(jī)的空載特性 0較小時(shí)，磁路不飽和，空較小時(shí)，磁路不飽和，空載曲線(xiàn)的下部是一條直線(xiàn)；隨載曲線(xiàn)的下部是一條直線(xiàn)；隨 o的增大，鐵心逐漸飽和，的增大，鐵心逐漸飽和，空空 載載 曲線(xiàn)彎曲。曲線(xiàn)彎曲。 氣隙線(xiàn)氣隙線(xiàn)：不計(jì)鐵心磁磁飽：不計(jì)鐵心磁磁飽和的空載特性曲線(xiàn)。和的空載特性曲線(xiàn)。 空載特性是同步電機(jī)的一空載特性是同步電機(jī)的一條基本特性。條基本特性。氣隙線(xiàn)空載特性00,Eo0fIff,FINU二、對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)二、對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)1.1.接三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的物理過(guò)程接三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的物理過(guò)程 1160 1 35

17、saawf n pI F NF.k I p基波合成磁動(dòng)勢(shì)B 氣隙合成磁場(chǎng)空載時(shí)，同步電機(jī)的空載時(shí)，同步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的主主磁場(chǎng)磁場(chǎng)B0。0(aBB電樞反應(yīng)磁場(chǎng)空載磁場(chǎng)）2. 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響 電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)空間位置發(fā)生變化，直接關(guān)系到電機(jī)的電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)空間位置發(fā)生變化，直接關(guān)系到電機(jī)的 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 電樞反應(yīng)的去磁或增磁，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。電樞反應(yīng)的去磁或增磁，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交磁，去磁或增磁交磁，去磁或增

18、磁）取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)和）取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置。主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置。這一相對(duì)位置決定于空載電動(dòng)勢(shì)這一相對(duì)位置決定于空載電動(dòng)勢(shì) 和負(fù)載電流和負(fù)載電流 之間的之間的的相位差的相位差 ，稱(chēng)為，稱(chēng)為內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角。0EI01） 0 = 0 時(shí)時(shí) 定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流及磁動(dòng)勢(shì)定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流及磁動(dòng)勢(shì)在此時(shí)刻，在此時(shí)刻，A相電動(dòng)勢(shì)、相電動(dòng)勢(shì)、電流達(dá)到最大值，電樞電流達(dá)到最大值，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線(xiàn)與磁動(dòng)勢(shì)的軸線(xiàn)與A相繞相繞組軸線(xiàn)重合，同時(shí)也與組軸線(xiàn)重合，同時(shí)也與q軸重合，即軸重合，即 Faq=Fa，稱(chēng)為稱(chēng)為交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)。勢(shì)。相軸線(xiàn)AfFA0BXZYBC

19、NSsnsnaF同步發(fā)電機(jī)的交軸電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)的交軸電樞反應(yīng)定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通的時(shí)間相量圖定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通的時(shí)間相量圖時(shí)時(shí)間間參參考考軸軸C0EA0C00BEA0EB Is 00BAICI各相電動(dòng)勢(shì)、電各相電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通間的相流和磁通間的相位關(guān)系是相同的，位關(guān)系是相同的，所以后邊只畫(huà)出所以后邊只畫(huà)出一相。一相。定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通的時(shí)間相量圖定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁通的時(shí)間相量圖在時(shí)在時(shí) - 空統(tǒng)一矢量空統(tǒng)一矢量圖中，電樞磁動(dòng)圖中，電樞磁動(dòng)勢(shì)勢(shì)Fa（空間矢量）（空間矢量）與電樞電流與電樞電流 （時(shí)（時(shí)間相量）同相位；間相量）同相位；空載磁通空載磁通 與勵(lì)與勵(lì)磁磁

20、動(dòng)勢(shì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff同相位。同相位。時(shí)時(shí)- -空統(tǒng)一矢量圖空統(tǒng)一矢量圖軸軸dfF)(aqaFF)(00B I0 EsI0時(shí)時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖空統(tǒng)一矢量圖氣隙合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的相對(duì)位置氣隙合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的相對(duì)位置aFeTAXZYBCNS0BBsn相對(duì)于主磁場(chǎng)，氣隙合相對(duì)于主磁場(chǎng)，氣隙合成磁場(chǎng)的軸線(xiàn)偏移了一成磁場(chǎng)的軸線(xiàn)偏移了一個(gè)角度，且幅值有所增個(gè)角度，且幅值有所增加。這是由于電樞磁動(dòng)加。這是由于電樞磁動(dòng)勢(shì)（勢(shì)（Fa=Faq）的作用造成）的作用造成的，稱(chēng)之為的，稱(chēng)之為交磁作用交磁作用。氣隙合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的相對(duì)位置圖氣隙合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的相對(duì)位置圖2）0 0 時(shí)時(shí) cos aaq交磁FF電流滯后電動(dòng)勢(shì)

21、電流滯后電動(dòng)勢(shì)snadF相軸線(xiàn)AAXZBCsnaFaqFNSfFY弱作用稱(chēng)之為去磁。軸磁場(chǎng)有削向，對(duì)反與dsinfaadFFF電流滯后電動(dòng)勢(shì)的向量圖電流滯后電動(dòng)勢(shì)的向量圖 cos aaq交磁FF電流超前電動(dòng)勢(shì)電流超前電動(dòng)勢(shì)相軸線(xiàn)AsnadFAXZBCsnaFaqFNSfFY強(qiáng)作用稱(chēng)之為助磁。軸磁場(chǎng)有加向，對(duì)同與dsinfaadFFF電流超前電動(dòng)勢(shì)的向量圖電流超前電動(dòng)勢(shì)的向量圖 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，直軸電樞反應(yīng)影響電機(jī)輸出的無(wú)功功率。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，直軸電樞反應(yīng)影響電機(jī)輸出的無(wú)功功率。直軸電樞反應(yīng)的影響直軸電樞反應(yīng)的影響 電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，直軸電樞反應(yīng)將直接影響端電壓的大電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，直軸電樞反應(yīng)將直接影響

22、端電壓的大小。小。去磁去磁時(shí)，端電壓降低；時(shí)，端電壓降低；助磁助磁時(shí)端電壓升高。時(shí)端電壓升高。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)位置位置電樞反應(yīng)性質(zhì)電樞反應(yīng)性質(zhì)負(fù)載性質(zhì)負(fù)載性質(zhì)=0=00 0q q軸軸交軸交軸R R=90=900 0d d軸軸直、去直、去L L=-90=-900 0d d軸軸直、增直、增C C0 00 090900 0d d、q q軸軸交、直去交、直去R R、L L-90-900 00 交軸磁導(dǎo)交軸磁導(dǎo)aq，所以，所以XadXaq，因此在凸極同步電機(jī)中，因此在凸極同步電機(jī)中，XdXq。 對(duì)于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故對(duì)于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故XdXqXs。

23、 Xad為為直軸電樞反應(yīng)電抗，直軸電樞反應(yīng)電抗，反映三相對(duì)稱(chēng)電樞電流產(chǎn)生的反映三相對(duì)稱(chēng)電樞電流產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁通在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。直軸電樞反應(yīng)磁通在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。 Xaq為為交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗，反映三相對(duì)稱(chēng)電樞電流產(chǎn)生的，反映三相對(duì)稱(chēng)電樞電流產(chǎn)生的交軸電樞反應(yīng)磁通在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。交軸電樞反應(yīng)磁通在一相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。 Xd為為直軸同步電抗，直軸同步電抗，反映直軸電樞總磁通（包括電樞反應(yīng)反映直軸電樞總磁通（包括電樞反應(yīng)磁通和漏磁通）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。磁通和漏磁通）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。 Xq為為交軸同步電抗交軸同步電抗，反映交軸電樞總

24、磁通（包括電樞反應(yīng)，反映交軸電樞總磁通（包括電樞反應(yīng)磁通和漏磁通）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。磁通和漏磁通）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電抗。Xd X Xad ， Xq X XaqeFePppP12PpPCuae6.5 6.5 同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程1 1、功率方程和電磁功率、功率方程和電磁功率 功率方程：功率方程： 若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗由另外的直流電源供給，則發(fā)電機(jī)軸若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗由另外的直流電源供給，則發(fā)電機(jī)軸上輸入的機(jī)械功率上輸入的機(jī)械功率Pl扣除機(jī)械損耗扣除機(jī)械損耗P和和定子鐵耗定子鐵耗PFe后，后，余下的功率將通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)換成定余下的功率將通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電磁

25、感應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)換成定子的電功率，所以轉(zhuǎn)換功率就是電磁功率子的電功率，所以轉(zhuǎn)換功率就是電磁功率Pe，即：，即： 再?gòu)碾姶殴β试購(gòu)碾姶殴β蔖e中減去電樞銅耗中減去電樞銅耗PCua可得電樞端點(diǎn)輸可得電樞端點(diǎn)輸出的電功率出的電功率P2；即：；即：)cos(cos2aaeIRUmIRmImUIP電磁功率：電磁功率： aRI 0 U E QE 0EI XI j從向量圖導(dǎo)出從向量圖導(dǎo)出2PpPCuae0coscoscosQaEEIRU0coscoscosQaEEIRU0coscosImEmEIPQe00cosImEPe可見(jiàn)：可見(jiàn)：故同步電機(jī)的電磁功率亦可寫(xiě)成：故同步電機(jī)的電磁功率亦可寫(xiě)成： 上式的第一部分與

26、感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，上式的第一部分與感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，第二部分則是同步電機(jī)常用的。對(duì)于隱極同步電機(jī)，由于第二部分則是同步電機(jī)常用的。對(duì)于隱極同步電機(jī)，由于EQ= =E0，故有：，故有： (cos)eaPmI UIReTTT01sPT11seePT sFeppT02 2、轉(zhuǎn)矩方程、轉(zhuǎn)矩方程把功率方程除以同步角速度，可得轉(zhuǎn)矩方程：把功率方程除以同步角速度，可得轉(zhuǎn)矩方程：式中，式中，T1為原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩, ,Te為電磁轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩, ,T0為空載轉(zhuǎn)為空載轉(zhuǎn)矩，分別為：矩，分別為：6.7 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)的穩(wěn)態(tài)同步

27、發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括外特性、運(yùn)行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。調(diào)整特性和效率特性。 外特性：外特性： 外特性表示發(fā)電機(jī)外特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即關(guān)系：即nns，If= =常值，常值，cos= =常值時(shí)，常值時(shí)， U=f (I)。IUNIONUcos=0.8（滯后）滯后）cos=1cos=0.8（超前）超前）調(diào)整特性：調(diào)整特性： 調(diào)整特性表示發(fā)調(diào)整特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電速、端電壓為額定電壓

28、、負(fù)載的功率因數(shù)壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí)，勵(lì)磁電流與不變時(shí)，勵(lì)磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；電樞電流之間的關(guān)系；即即nnS，U =UN，cos= =常值時(shí)，常值時(shí)，If=f (I)。IfIcos=0.8滯后滯后cos=1cos=0.8超前超前O6.9 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1. 投入并聯(lián)的條件和方法投入并聯(lián)的條件和方法2. 與電網(wǎng)并聯(lián)的功角特性與電網(wǎng)并聯(lián)的功角特性3. 有功功率的調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定有功功率的調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定4. 無(wú)功功率的調(diào)節(jié)無(wú)功功率的調(diào)節(jié) l一臺(tái)發(fā)電機(jī)獨(dú)立向負(fù)載供電的缺點(diǎn)一臺(tái)發(fā)電機(jī)獨(dú)立向負(fù)載供電的缺點(diǎn)w 每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量有限制。每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量有限制

29、。w 若負(fù)載經(jīng)常變化，輕載時(shí)運(yùn)行效率低。若負(fù)載經(jīng)常變化，輕載時(shí)運(yùn)行效率低。w 發(fā)電機(jī)檢修則需要停電；否則要備用一臺(tái)同發(fā)電機(jī)檢修則需要停電；否則要備用一臺(tái)同容量的機(jī)組，平時(shí)卻不用，不經(jīng)濟(jì)。容量的機(jī)組，平時(shí)卻不用，不經(jīng)濟(jì)。w 一臺(tái)發(fā)電機(jī)供電，供電的品質(zhì)會(huì)受影響一臺(tái)發(fā)電機(jī)供電，供電的品質(zhì)會(huì)受影響頻率和電壓會(huì)變化（負(fù)載突變時(shí)）。頻率和電壓會(huì)變化（負(fù)載突變時(shí)）。一般在較偏遠(yuǎn)或無(wú)法與電網(wǎng)相聯(lián)的場(chǎng)合下使用。一般在較偏遠(yuǎn)或無(wú)法與電網(wǎng)相聯(lián)的場(chǎng)合下使用。1. 并聯(lián)投入的條件和方法并聯(lián)投入的條件和方法 無(wú)限大電網(wǎng)的概念：無(wú)限大電網(wǎng)的概念：現(xiàn)代電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）通常總是由現(xiàn)代電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）通?？偸怯稍S多發(fā)電廠(chǎng)并聯(lián)組成

30、，每個(gè)電廠(chǎng)內(nèi)又有多臺(tái)發(fā)電機(jī)在一起許多發(fā)電廠(chǎng)并聯(lián)組成，每個(gè)電廠(chǎng)內(nèi)又有多臺(tái)發(fā)電機(jī)在一起并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行：并聯(lián)運(yùn)行：把發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)上運(yùn)行的運(yùn)行方式稱(chēng)為并把發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)上運(yùn)行的運(yùn)行方式稱(chēng)為并聯(lián)運(yùn)行。聯(lián)運(yùn)行。 提高供電的質(zhì)量；提高供電的質(zhì)量； 并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)： 提高供電的可靠性；提高供電的可靠性； 提高供電的經(jīng)濟(jì)性。提高供電的經(jīng)濟(jì)性。 研究同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行問(wèn)題，不僅具有理論研究同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行問(wèn)題，不僅具有理論意義，而且還有很大的實(shí)際意義。意義，而且還有很大的實(shí)際意義。l無(wú)限大電網(wǎng)無(wú)限大電網(wǎng) 一臺(tái)發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電時(shí)，電壓的頻率由原動(dòng)機(jī)決定，調(diào)一臺(tái)發(fā)電機(jī)單

31、獨(dú)供電時(shí)，電壓的頻率由原動(dòng)機(jī)決定，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)電壓的大小。節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)電壓的大小。 一臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無(wú)限大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)一臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無(wú)限大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不會(huì)改變其電壓的頻率；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流也不能改變其速不會(huì)改變其電壓的頻率；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流也不能改變其電壓的大小。電壓的大小。 當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量遠(yuǎn)小于它所并聯(lián)的電網(wǎng)的容量時(shí)，當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量遠(yuǎn)小于它所并聯(lián)的電網(wǎng)的容量時(shí)，電網(wǎng)可看成是無(wú)限大電網(wǎng)。電網(wǎng)可看成是無(wú)限大電網(wǎng)。 無(wú)限大電網(wǎng)的容量可近似認(rèn)為是無(wú)窮大，電網(wǎng)的電壓和無(wú)限大電網(wǎng)的容量可近似認(rèn)為是無(wú)窮大，電網(wǎng)的電壓和頻率不變。頻率不變。 同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)

32、，為了同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)，為了避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流沖擊電流，以及由此在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)距，待投，以及由此在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)距，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足：入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足：投入并聯(lián)的條件投入并聯(lián)的條件（1） 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的相序相序應(yīng)與電網(wǎng)一致；應(yīng)與電網(wǎng)一致；（2）發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的頻率頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同；應(yīng)與電網(wǎng)相同；（3） 發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢(shì)應(yīng)與電網(wǎng)電壓發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢(shì)應(yīng)與電網(wǎng)電壓大小相同，相位大小相同，相位 相同相同，UE0即：分析：分析：1）相序不同；）相序不同；2）頻率不同；）頻率不同；3）電壓不同。）電壓不同。第一個(gè)條件必須滿(mǎn)足，其余兩

33、個(gè)條件允許有些差別。第一個(gè)條件必須滿(mǎn)足，其余兩個(gè)條件允許有些差別。并連接線(xiàn)圖和向量圖如何才能達(dá)到這些條件？如何才能達(dá)到這些條件？關(guān)于相序問(wèn)題：關(guān)于相序問(wèn)題：一般大型同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和相序在出一般大型同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和相序在出廠(chǎng)以前都已經(jīng)標(biāo)定。對(duì)于沒(méi)有表明相序的電機(jī)，可以利廠(chǎng)以前都已經(jīng)標(biāo)定。對(duì)于沒(méi)有表明相序的電機(jī)，可以利用用相序指示器相序指示器來(lái)確定。來(lái)確定。要使發(fā)電機(jī)的頻率、電壓與電網(wǎng)相同，分別調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的要使發(fā)電機(jī)的頻率、電壓與電網(wǎng)相同，分別調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流就可以達(dá)到。轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流就可以達(dá)到。關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的頻率和大?。宏P(guān)于電動(dòng)勢(shì)的頻率和大?。喊l(fā)電機(jī)的頻率和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)

34、為：發(fā)電機(jī)的頻率和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為：fpns/60和和E04.44fN1kw1 0電動(dòng)勢(shì)的相位：電動(dòng)勢(shì)的相位：可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)速度來(lái)調(diào)整。可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)速度來(lái)調(diào)整。投入并聯(lián)的方法投入并聯(lián)的方法投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程稱(chēng)為整步。投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程稱(chēng)為整步。實(shí)用的整步方法有兩種：實(shí)用的整步方法有兩種： 準(zhǔn)確整步法準(zhǔn)確整步法和和自整步法自整步法準(zhǔn)確整步法：準(zhǔn)確整步法：把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)。把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)。判斷是否滿(mǎn)足投入并聯(lián)的條件方法判斷是否滿(mǎn)足投入并聯(lián)的條件方法采用同步指示器采用同步指示器最簡(jiǎn)單的同步指示器由

35、三個(gè)指示燈組成，可以有兩種接法：最簡(jiǎn)單的同步指示器由三個(gè)指示燈組成，可以有兩種接法：直接接法直接接法和和交叉接法。交叉接法。 直接法直接法是把三個(gè)同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的是把三個(gè)同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的對(duì)應(yīng)相之間，即接在對(duì)應(yīng)相之間，即接在 之間。（1）直接接法（又稱(chēng)燈光熄滅法或暗燈法）直接接法（又稱(chēng)燈光熄滅法或暗燈法）CCBBAA、，、，、燈光明滅的直接連接法分析時(shí)將無(wú)限大電網(wǎng)視為一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，其電壓分析時(shí)將無(wú)限大電網(wǎng)視為一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，其電壓的大小和頻率不變。的大小和頻率不變。起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速接近同步速；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速接近同步速；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流

36、，使發(fā)電機(jī)的電壓接近電網(wǎng)電壓。電機(jī)的電壓接近電網(wǎng)電壓。頻率：頻率：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到三個(gè)燈的亮度不再閃爍或閃調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到三個(gè)燈的亮度不再閃爍或閃爍頻率很低時(shí)，就表示爍頻率很低時(shí)，就表示f f。電壓的大?。弘妷旱拇笮。赫{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓與調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相等。電網(wǎng)電壓相等。電壓的相位：電壓的相位：燈滅且燈滅且UAA=0時(shí)即可合閘投入并聯(lián)。時(shí)即可合閘投入并聯(lián)。條件檢查條件檢查相序：相序： 燈光同時(shí)明暗，說(shuō)明相序正確，若輪流亮暗，燈光同時(shí)明暗，說(shuō)明相序正確，若輪流亮暗，則相序不同。則相序不同。(2) 交叉接法（又稱(chēng)亮燈法）交叉接法（又稱(chēng)亮燈法）交

37、叉接法交叉接法是把三個(gè)同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的是把三個(gè)同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的 之間。BCCBAA、，、，、燈光旋轉(zhuǎn)的交叉連接法起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速接近同步速；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速接近同步速；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)的電壓接近電網(wǎng)電壓。電機(jī)的電壓接近電網(wǎng)電壓。頻率：頻率：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到燈光旋轉(zhuǎn)速度很低時(shí)，就表調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到燈光旋轉(zhuǎn)速度很低時(shí)，就表示示f f。電壓的大?。弘妷旱拇笮。赫{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓與調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相等。電網(wǎng)電壓相等。電壓的相位：電壓的相位：A相相燈滅燈滅（UAA=0）時(shí)，）時(shí)，且且B

38、C相燈亮度相同相燈亮度相同時(shí)，即可合閘投入并聯(lián)。時(shí)，即可合閘投入并聯(lián)。條件檢查條件檢查相序：相序： 燈光旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明相序正確。燈光旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明相序正確。準(zhǔn)確整步法準(zhǔn)確整步法的優(yōu)點(diǎn)是的優(yōu)點(diǎn)是可以比較準(zhǔn)確地確定合閘時(shí)刻，可以比較準(zhǔn)確地確定合閘時(shí)刻，投入投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒(méi)有瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒(méi)有 （或很少）沖擊；缺點(diǎn)是整步手續(xù)比（或很少）沖擊；缺點(diǎn)是整步手續(xù)比較復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足快速并網(wǎng)要求。較復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足快速并網(wǎng)要求。 實(shí)際中，在需要將發(fā)電機(jī)很快投入并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可采用實(shí)際中，在需要將發(fā)電機(jī)很快投入并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可采用自整步法。自整步法。自整步法自整步法自整步法自整步法 校驗(yàn)發(fā)電機(jī)的相序；校驗(yàn)

39、發(fā)電機(jī)的相序； 勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路；勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路； 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步速；發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步速； 并網(wǎng)；并網(wǎng)； 加勵(lì)磁電流。加勵(lì)磁電流。操作簡(jiǎn)單，裝置簡(jiǎn)單，但是合閘有較大的操作簡(jiǎn)單，裝置簡(jiǎn)單，但是合閘有較大的電流沖擊（達(dá)額定電流的電流沖擊（達(dá)額定電流的38倍）。倍）。2. 與電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)同步發(fā)電機(jī)的功角特性與電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)同步發(fā)電機(jī)的功角特性當(dāng)當(dāng)E0和和U保持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功率角之保持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功率角之間的關(guān)系間的關(guān)系Pef( )稱(chēng)為功角特性。稱(chēng)為功角特性。22cosecuaPpPPmUI0cos()mUI00(coscossinsin )mUI

40、)sincos(dqIImU設(shè)法消去設(shè)法消去Id和和Iqcos sin0UEXIUXIddqqqqXUIsinddXUEIcos02011sin()sin22edqdE UUPmmXXX凸極機(jī)功角特性曲線(xiàn)凸極機(jī)功角特性曲線(xiàn)01sinedE UPmX為基本電磁功率為基本電磁功率基本電磁功率與激磁電動(dòng)勢(shì)成正比，與端電壓成正比，基本電磁功率與激磁電動(dòng)勢(shì)成正比，與端電壓成正比，與功角的正弦成正比，與直軸同步電抗成反比。與功角的正弦成正比，與直軸同步電抗成反比。當(dāng)當(dāng) 時(shí)，達(dá)到最大值。時(shí)，達(dá)到最大值。cos sin0UEXIUXIddqq凸極機(jī)功角特性曲線(xiàn)凸極機(jī)功角特性曲線(xiàn)附加電磁功率與激磁電動(dòng)勢(shì)（電流）

41、的大小無(wú)關(guān)，且僅當(dāng)附加電磁功率與激磁電動(dòng)勢(shì)（電流）的大小無(wú)關(guān)，且僅當(dāng) 時(shí)時(shí) 才存在，它是由凸極效應(yīng)（即交、直軸磁阻不相才存在，它是由凸極效應(yīng)（即交、直軸磁阻不相等）所引起，故亦稱(chēng)為等）所引起，故亦稱(chēng)為磁阻功率磁阻功率。在隱極同步電機(jī)中附加電。在隱極同步電機(jī)中附加電磁功率等于零。磁功率等于零。qdXX 當(dāng)當(dāng) 時(shí)達(dá)到最大值。時(shí)達(dá)到最大值。2211()sin22eqdUPmXX稱(chēng)為附加電磁功率稱(chēng)為附加電磁功率總的電磁功率，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在總的電磁功率，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在 為為4590之間達(dá)到之間達(dá)到最大值最大值Pe(max),其具體位置和數(shù)值視其具體位置和數(shù)值視Pe1(max) 和和 Pe2(max)

42、的相對(duì)的相對(duì)大小而定。大小而定。對(duì)于隱極電機(jī)，由于對(duì)于隱極電機(jī)，由于XdXqXs，附加電磁功率為零，故，附加電磁功率為零，故Pe就等于基本電磁功率就等于基本電磁功率0sinedE UPmX對(duì)于凸極電機(jī)，電磁功率對(duì)于凸極電機(jī)，電磁功率Pe亦可以寫(xiě)成亦可以寫(xiě)成0coscossineQQQqqPmUImE IE UmE ImX要注意，式中的要注意，式中的EQ為虛擬電動(dòng)勢(shì)，為虛擬電動(dòng)勢(shì)，EQ本身也是功角本身也是功角 的的函數(shù)，隨著負(fù)載的變化而變化。函數(shù)，隨著負(fù)載的變化而變化。)(0qddQXXI jEE功率角的空間含意功率角的空間含意功率角功率角 亦可看作是合成磁場(chǎng)滯后空載磁場(chǎng)的角度。亦可看作是合成磁

43、場(chǎng)滯后空載磁場(chǎng)的角度。()aEUI RjXU3. 有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率的調(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)以以隱極電機(jī)隱極電機(jī)為例，說(shuō)明同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)有功為例，說(shuō)明同步發(fā)電機(jī)與無(wú)窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)有功功率的調(diào)節(jié)。為簡(jiǎn)化分析，略去功率的調(diào)節(jié)。為簡(jiǎn)化分析，略去電樞電阻和磁飽和的影響電樞電阻和磁飽和的影響。準(zhǔn)確整步法并網(wǎng)時(shí)準(zhǔn)確整步法并網(wǎng)時(shí)，UE0，功率角002sin0esE UPPmX有功功率的調(diào)節(jié)有功功率的調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)距電磁轉(zhuǎn)距Te 0，發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)上，發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)上處于空載狀態(tài)；原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)處于空載狀態(tài)；原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅用于克服發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。矩僅用于克

44、服發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩。欲使發(fā)電機(jī)輸出有功功率，根據(jù)能量守恒原理，應(yīng)當(dāng)增加發(fā)欲使發(fā)電機(jī)輸出有功功率，根據(jù)能量守恒原理，應(yīng)當(dāng)增加發(fā)電機(jī)的輸入功率，即調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)，這可以由開(kāi)大汽輪機(jī)的汽電機(jī)的輸入功率，即調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)，這可以由開(kāi)大汽輪機(jī)的汽門(mén)（或水輪機(jī)的水門(mén)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。門(mén)（或水輪機(jī)的水門(mén)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。原動(dòng)機(jī)的功率增加時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩原動(dòng)機(jī)的功率增加時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1也增大，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子加也增大，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子加速，于是與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)速，于是與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)E0將超前于電網(wǎng)電壓將超前于電網(wǎng)電壓U以以 角。角。根據(jù)功角特性，此時(shí)發(fā)電機(jī)將向電網(wǎng)輸出一定的有功功率根據(jù)功角特性，此時(shí)發(fā)電機(jī)將向電網(wǎng)輸出一定的

45、有功功率P2。02sinesE UPPmX同時(shí)轉(zhuǎn)子上將受到一個(gè)制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)轉(zhuǎn)子上將受到一個(gè)制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩Te，使驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制，使驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩重新取得平衡；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仍然保持為同步轉(zhuǎn)速。動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩重新取得平衡；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仍然保持為同步轉(zhuǎn)速。此時(shí)發(fā)電機(jī)已處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，如圖中的此時(shí)發(fā)電機(jī)已處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，如圖中的A點(diǎn)所示。點(diǎn)所示。隱極機(jī)功角特性曲線(xiàn)隱極機(jī)功角特性曲線(xiàn)由此可見(jiàn)，要增加發(fā)電機(jī)的輸出有功功率，必須增加原動(dòng)機(jī)由此可見(jiàn)，要增加發(fā)電機(jī)的輸出有功功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸出功率，使功率角的輸出功率，使功率角 增大，電磁功率和輸出功率便會(huì)相增大，電磁功率和輸出功率便會(huì)相應(yīng)的增加；直到應(yīng)的增