同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析

1、第六章第六章 同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析主要內(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(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)及同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)及同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)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?，是主要用途。按運(yùn)行方式分按運(yùn)行方式分 電動(dòng)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(dòng)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

2、機(jī)：高速同步發(fā)電機(jī)，隱極式。 ( 火電）火電）按原動(dòng)機(jī)類別分按原動(dòng)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)為雙邊激磁的電機(jī)。定子邊用交流勵(lì)磁，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；同步電機(jī)為雙邊激磁的電機(jī)。定子邊用

3、交流勵(lì)磁，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；轉(zhuǎn)子用直流勵(lì)磁，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。定，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以磁拉力同步旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子用直流勵(lì)磁，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。定，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以磁拉力同步旋轉(zhuǎn)。 對(duì)旋轉(zhuǎn)磁極式按轉(zhuǎn)子主極的形狀同步電機(jī)又可分為隱極式對(duì)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和凸極式兩種基本型式一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu) 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： 從轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和妥善地固定勵(lì)

4、磁繞組考慮，對(duì)高速電從轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和妥善地固定勵(lì)磁繞組考慮，對(duì)高速電機(jī)采用隱極式，對(duì)低速電機(jī)采用制造簡(jiǎn)單的凸極式。機(jī)采用隱極式，對(duì)低速電機(jī)采用制造簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。由于大型發(fā)電機(jī)通常用汽輪機(jī)和水輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。由于汽輪機(jī)是一種高速原動(dòng)機(jī)，一般采用隱極式而水輪機(jī)是一種汽輪機(jī)是一種高速原動(dòng)機(jī)，一般采用隱極式而水輪機(jī)是一種低速原動(dòng)機(jī)，一般采用凸極式。低速原動(dòng)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)1、隱極式同步電機(jī)、隱極式同步電機(jī)同步速為同步速為 3000r/min 提高運(yùn)行速度可提高運(yùn)行速度可提高汽輪機(jī)的

5、運(yùn)行效提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，減小機(jī)組尺寸和率，減小機(jī)組尺寸和造價(jià)。由于轉(zhuǎn)速高，造價(jià)。由于轉(zhuǎn)速高，所以直徑較小，轉(zhuǎn)子所以直徑較小，轉(zhuǎn)子本體長(zhǎng)度本體長(zhǎng)度L和直徑和直徑D的的比比L/D=26 。容量越。容量越大，比值越大，汽輪大，比值越大，汽輪發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)。 0.35mm 0.5 三相對(duì)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(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，整個(gè)

6、鐵芯的通風(fēng)槽，整個(gè)鐵芯由非磁性壓板壓緊，固定在定子機(jī)座上。由非磁性壓板壓緊，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部分銑

7、有部分銑有凹槽。用以嵌放勵(lì)磁繞組，不開槽部分形成一大齒凹槽。用以嵌放勵(lì)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(huì)因離心力甩動(dòng)而損壞。不會(huì)因離心力甩動(dòng)而損壞。2、凸極同步電機(jī)、凸極同步電機(jī) 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)構(gòu)，它由磁極鐵芯

8、、勵(lì)磁繞組、阻尼繞組等勵(lì)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(diǎn)是短粗，特點(diǎn)是短粗，D/L=57 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(gè)轉(zhuǎn)子是處于一種懸吊著的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。傘式是把的機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子是處于一種懸吊著的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。傘式是把推力軸承放在下邊的機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子是處于一種被支托著的推力軸承放在下邊的機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子是處于一種被支托著的狀態(tài)中轉(zhuǎn)動(dòng)。狀態(tài)中轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)，機(jī)械穩(wěn)定性好，但

9、機(jī)組的軸向高度高。懸式水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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。水輪發(fā)電機(jī)因直徑大，軸向長(zhǎng)度短，其冷卻問題相對(duì)來說比較容易解決水輪發(fā)電機(jī)因直徑大，軸向長(zhǎng)度短，其冷卻問題相對(duì)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)電機(jī)，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)電機(jī)，不用空氣冷卻而改用水和氫氣冷卻。氫導(dǎo)熱率較空氣大不用空氣冷卻而改用水和氫

10、氣冷卻。氫導(dǎo)熱率較空氣大7.4倍冷卻效果好。倍冷卻效果好。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。導(dǎo)線做成空心大型汽輪發(fā)電機(jī)用水來直接冷卻導(dǎo)線內(nèi)部，稱為水內(nèi)冷。導(dǎo)線做成空心的，用潔凈的冷水通入導(dǎo)線的內(nèi)孔來冷卻，因此是較為理想的冷卻介質(zhì)。的，用潔凈的冷水通入導(dǎo)線的內(nèi)孔來冷卻，因此是較為理想的冷卻介質(zhì)。1956年英國(guó)試制成第一臺(tái)定子線圈水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機(jī)。年英國(guó)試制成第一臺(tái)定子線圈水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機(jī)。1958年我國(guó)研制成第一臺(tái)定年我國(guó)研制成第一臺(tái)定.轉(zhuǎn)子線圈都采用水內(nèi)冷的轉(zhuǎn)子線圈都采用水內(nèi)冷的12000千瓦雙水內(nèi)千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)冷汽輪發(fā)電機(jī)。目前世界各主要工業(yè)國(guó)也相繼將超導(dǎo)技術(shù)用于

11、同步電機(jī)。目前世界各主要工業(yè)國(guó)也相繼將超導(dǎo)技術(shù)用于同步電機(jī)。我國(guó)于我國(guó)于1976年年研制成功一臺(tái)研制成功一臺(tái)400千瓦超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)。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)由于超導(dǎo)電機(jī)的繞組在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)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。時(shí)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)上電廠產(chǎn)660WM汽輪發(fā)電機(jī)采用汽輪發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水水氫氫冷卻方式，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)座采用優(yōu)質(zhì)，定子機(jī)座采用優(yōu)質(zhì)鋼板裝焊而成，所以有焊縫

12、均為氣密焊縫，氫冷卻器設(shè)置在汽機(jī)上端。鋼板裝焊而成，所以有焊縫均為氣密焊縫，氫冷卻器設(shè)置在汽機(jī)上端。 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(lì)副自并勵(lì)副勵(lì)磁機(jī)；勵(lì)磁機(jī)；5主勵(lì)磁機(jī)；主勵(lì)磁機(jī)；6勵(lì)磁機(jī)軸承；勵(lì)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(cè)溫引線盒測(cè)溫引線盒二、同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)二、同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 0 0 0 補(bǔ)償機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與合成磁場(chǎng)的相對(duì)位置決定同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與合成磁場(chǎng)的

13、相對(duì)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(dòng)機(jī)，補(bǔ)償機(jī)。發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)償機(jī)。分析表明，同步電機(jī)運(yùn)行于哪一種狀態(tài)取決于定，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相對(duì)分析表明，同步電機(jī)運(yùn)行于哪一種狀態(tài)取決于定，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相對(duì)位置，即定子合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)之間的夾角位置，即定子合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)之間的夾角（功率角）（功率角）。 1、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)若轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于定子合成磁場(chǎng)若轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于定子合成磁場(chǎng)0，則此時(shí)轉(zhuǎn)子將受到一個(gè)與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)則此時(shí)轉(zhuǎn)子將受到一個(gè)與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。為使轉(zhuǎn)子能以同步速旋轉(zhuǎn)，必須從軸上輸入機(jī)械功率電機(jī)矩。為使轉(zhuǎn)子能以同步速

14、旋轉(zhuǎn)，必須從軸上輸入機(jī)械功率電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。主極SNoTens NSo主極2、補(bǔ)償機(jī)、補(bǔ)償機(jī)當(dāng)當(dāng)=0，Te=0此時(shí)電機(jī)內(nèi)沒有有功功率的轉(zhuǎn)換電機(jī)處于補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)，或空載狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)內(nèi)沒有有功功率的轉(zhuǎn)換電機(jī)處于補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)，或空載狀態(tài)。NoSnsTe=0NSo3、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)NSoSNonsTe當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)滯后定子磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)滯后定子磁場(chǎng)， 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 co

15、s = 0.8求： E0*（1） E0* = U*cos +Id *xd* = 1cos19.44+0.83211.0 = 1.7550031.568 .016 .016 .01arctancossinarctanaqRIUxIU 8321. 031.56sin1sinII0d 5547. 031.56cos1cosII0q44.1987.3631.56044.19775. 160. 044.195547. 00 . 1)44.1990(8321. 00 . 12000*0jjxI jxI jRIUEqqdda）（解：(3)44.19442. 136.87-0.6 j1xI j 0qUEQ00

16、0031.5644.1987.368321. 031.56sin1sinII0d5547. 031.56cos1cosII0q775. 1)6 . 01 (8321. 0442. 1)(*0qddQxxIEE442. 1)6 . 06 . 0(8 . 0)sin()cos(31.568 . 016 . 016 . 01arctancossinarctan222200qQaqXIUERIUxIU(4)EQE0UIqxI j)(qddxxjI6.5 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 ns p P 1機(jī)械損耗輸入機(jī)械功率 I f B0 pFe 鐵心損耗 （轉(zhuǎn)子鐵心中磁場(chǎng)恒

17、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 cos I Um P ( RI m p P 2a2cuae輸出功率電樞銅耗）定子銅耗電磁功率eFePPPP12PPPcuae二二. 轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程 P1(p +pFe) = Pe T1T0 = Te 電磁轉(zhuǎn)矩空載阻轉(zhuǎn)矩原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 PT pP T TseesFe01三三. 電磁功率及能量轉(zhuǎn)換電磁功率及能量轉(zhuǎn)換Pe = P2+Pcua = m U I cos +mI2Ra = mI (U cos +I Ra) = m I E

18、cos = m I EQ cos0 = m EQ Iq 隱極同步發(fā)電機(jī)中 ，EQ = E0 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(shí)當(dāng)因?yàn)?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)產(chǎn)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)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)與主極磁場(chǎng)之間的相角差，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩生氣隙磁場(chǎng)與主極磁場(chǎng)之間的相角差，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩在發(fā)電機(jī)中，氣隙磁場(chǎng)超前于氣隙合成磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)過程在發(fā)電機(jī)中，氣隙磁場(chǎng)超前于氣隙合成磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)過程中原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，并通過電樞繞

19、中原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，并通過電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電勢(shì)向電網(wǎng)送出有功電流，使機(jī)械能變電能組內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)電勢(shì)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之間的夾角）隨之間的夾角）隨Iq的增加而增大，后將的增加而增大，后將證明證明越大，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩越大。所以交軸電樞反越大，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩越大。所以交軸電樞反應(yīng)對(duì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換具有重要的意義。應(yīng)對(duì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換具有重要的意義。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空載特性空載特性空載特性由空載實(shí)驗(yàn)測(cè)出，試驗(yàn)時(shí)，電樞開路，用原動(dòng)機(jī)把被試同步電機(jī)拖動(dòng)到同步速，改變If，測(cè)取電樞

20、端電壓Uo,直到Uo=1.25UN ，得到特性曲線。 )(I fE U 97 1.25U0U I 0I nf00N0fs點(diǎn)測(cè)，使調(diào)定子三相繞組開路6.6同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定 為了定量進(jìn)行計(jì)算，除了需要知道電機(jī)的工況外（端電壓，電流功率因數(shù)），還應(yīng)知道同步電動(dòng)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(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)確定法。2短路特性短路特性)0)(UnnIfIsf )(I f I 74 1.2I0I I 0UnfNfs點(diǎn)測(cè)，使調(diào)定子三相繞組短路因空載時(shí)U0=E0 為每相值。即為空載特性曲線00)(EIfEf短路特性是一條直線短路特性是一條直線短路時(shí)，端電壓U=0，短路電流

21、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 jRIUEI* = 1 時(shí)，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E0 IfffdIIIExEI003. Xd 的不飽和值的不飽和值IExd0 I E 0從短路特性上取值從氣隙線上取值fI不飽和）飽和）飽和度(ddmmXXXR4. 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(shí) UE UUNN IUxNd（飽和值） I U0從短路特性上取

22、值從空載特性上取值Xd不飽和值確定二二. 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 fff0ad0N11用銅量用鐵量（NkwUNIf0I IUxNd（飽和值）對(duì)于隱機(jī)同步電機(jī)sdxx Xd飽和值確定飽和值確定例例6-2 有一臺(tái)有一臺(tái)25000KW、10.5KV（星形聯(lián)結(jié)）、（星形聯(lián)結(jié)）、cos=0.85（滯后）（滯后）的汽輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路實(shí)驗(yàn)中得到下列數(shù)據(jù)：的汽輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路實(shí)驗(yàn)中得到下列數(shù)

23、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(shí)，時(shí)，If0=155A 從短路特性上查得：從短路特性上查得：I=IN=1718A時(shí)，時(shí)，Ifk=280A； 從氣隙線上查得：從氣隙線上查得：If=280A時(shí)，時(shí)，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. 7528. 7171812930)(*0NNddsdIUXXIEXX即解：從氣隙線上查出If=280A時(shí)，VE12930732.1224000, 1*,133. 25 .104 .220*0IUEEN133. 21133. 2*0IEXd5536

24、. 02801550fkfIIKc806. 15536. 011(*KcXd飽和） IIUfoN1552 求出空載特性上對(duì)應(yīng)03.9511552801718 I806. 1/,375. 603.9513/10500*NNdddIUXXX（飽和）則用標(biāo)幺值計(jì)算用標(biāo)幺值計(jì)算三、用零功率因數(shù)負(fù)載實(shí)驗(yàn)確定定子漏抗和電樞等效磁動(dòng)勢(shì)三、用零功率因數(shù)負(fù)載實(shí)驗(yàn)確定定子漏抗和電樞等效磁動(dòng)勢(shì)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(cè)調(diào)純電感負(fù)載反相位。與同相位，與，零功率因數(shù)時(shí)，faFFUE0090 F k-FF xI jUE aadf F kFF xIUE

25、 aadf2.零功率因數(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(gè)特例（即 ）。故兩個(gè)特性具有相同的形狀。0IBC表示空載時(shí)產(chǎn)生的額定電壓所需要的勵(lì)磁電流表示空載時(shí)產(chǎn)生的額定電壓所需要的勵(lì)磁電流AF用以抵消電樞等效磁動(dòng)勢(shì)用以抵消電樞等效磁動(dòng)勢(shì)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 EAF F F k F E faad特性三角形xIUNN不變不變不變不變改變時(shí)， 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(diǎn)的軌跡即為零功率

26、因數(shù)負(fù)載特性曲線。K點(diǎn)即為短路點(diǎn)。3.作圖法求定子漏抗和電樞等效磁動(dòng)勢(shì)作圖法求定子漏抗和電樞等效磁動(dòng)勢(shì)電機(jī)學(xué)圖56-1.gif不變不變不變不變改變時(shí)， EAF F k xI IaadNNU F k xIaadN不變不變空載特性若已知零功率因數(shù)負(fù)載特性空載特性已知 EAF 特性三角形 F k xIaadN不變不變 AF 反應(yīng)磁勢(shì)額定電流時(shí)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 點(diǎn)作O F的垂線交O F 與A點(diǎn) aadNNFKAFIAExxIAE)4( 。即可求得X )UF(U 0)(Uk

27、N空載特性個(gè)點(diǎn)零功率因數(shù)特性上的兩已知 I I I ff0ff0飽和度轉(zhuǎn)子漏磁零功空載注：注： 這樣求得的這樣求得的X比實(shí)際值略大，比實(shí)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(shí)為了補(bǔ)償電樞直軸去磁磁動(dòng)勢(shì)而增零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)為了補(bǔ)償電樞直軸去磁磁動(dòng)勢(shì)而增加主極磁動(dòng)勢(shì)，而主極磁動(dòng)勢(shì)的增加使轉(zhuǎn)子漏磁將隨之增加主極磁動(dòng)勢(shì)，而主極磁動(dòng)勢(shì)的增加使轉(zhuǎn)子漏磁將隨之增加，使得轉(zhuǎn)子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(dòng)勢(shì)額外再增加一些主極磁動(dòng)勢(shì) xxp 轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)不同步，定子磁場(chǎng)軸線交替與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)不

28、同步，定子磁場(chǎng)軸線交替與轉(zhuǎn)子的d、q軸重合。軸重合。與d軸重合時(shí)， xd Imin Umax IUxminmaxd不飽和值與q軸重合時(shí)， 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dqdXIII, 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(cè)定用轉(zhuǎn)差法測(cè)定Xd、Xq轉(zhuǎn)向一致與且勵(lì)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(dòng)

29、機(jī) 1.8 1.15 d軸q軸d軸max2Umin2Umin2Imax2I轉(zhuǎn)差試驗(yàn)時(shí)的端電壓和定子電流波形均為不飽和值，和所以，由于試驗(yàn)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 、運(yùn)行特性、運(yùn)行特性基本數(shù)據(jù)。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(lì)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)行特性調(diào)整特性 ns U = UN co s = c If = f (I)效率特性 n = ns U = UN Ncos = c = f (P2)。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(shí)

30、，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(shí)，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,外特性 ns If = c co s = c U = f (I)1 、外特性、外特性電壓調(diào)整率。，速不變，卸去負(fù)載，即然后保持勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)、使當(dāng)調(diào)節(jié)電壓調(diào)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(duì)隱極同步電機(jī)，以內(nèi)。在對(duì)凸極電機(jī)，應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。，為防止卸載時(shí)電壓上升可以不加限制了。但并不是說對(duì)，多數(shù)裝有自動(dòng)

31、調(diào)壓裝置。現(xiàn)代的同步發(fā)電機(jī)大班人員手動(dòng)操作來調(diào)整去發(fā)電機(jī)端電壓靠值對(duì)端電壓進(jìn)行調(diào)整。過不致有太大的波動(dòng)，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(duì)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)和的增加，為了補(bǔ)償去磁負(fù)載，隨對(duì)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(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁為保持端電壓不變，必當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，2、調(diào)整特性、調(diào)整特性.,coscos,fNfNNNIIIIUU時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流從調(diào)整特性可確定同步調(diào)整特性 ns U = UN

32、co s = c If = f (I)同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 ?；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(shí)，)(coscos,2PfUUnnNNs估算。定輸出的負(fù)載時(shí)的雜散損耗按額對(duì)雜散損耗估算，額定。：電機(jī)中總損耗%5%1%100)1 (%100)(%10021112PPPPPPPPP3、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(lì)磁滯和渦流換耗。子鐵心中變化引起的磁基本鐵耗：主磁通在定FePcufcuappp 直接負(fù)載法直接負(fù)載法 加負(fù)

33、載測(cè)加負(fù)載測(cè) 21PP 損耗分析法：損耗分析法： 計(jì)算總損耗計(jì)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、作電動(dòng)勢(shì)二、作電動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)圖求磁動(dòng)勢(shì)圖求 IfN 和和uu UIIUFKXRUIfNNNNaaPafN和，、電樞等效磁勢(shì)、電樞漏抗電樞電阻發(fā)電機(jī)的空載特性曲線已知磁動(dòng)勢(shì)圖法求出。勢(shì)也可用考慮飽和的電動(dòng)。和電壓調(diào)整率額定勵(lì)磁電流上述用直接負(fù)載法測(cè)定cos%100:,.),(90000NNffffNfNfNaafPaaUUEuEFNNFIFFK

34、FFEFFEXI jRIUXjRIUE的在空載特性上得對(duì)應(yīng)勵(lì)磁繞組匝數(shù)。求得額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。超前，且對(duì)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(dòng)勢(shì)-磁動(dòng)勢(shì)圖(波梯圖)確定同步發(fā)電機(jī)的IfN和u F k-FF x I jUE aadfNcos例6-5 有臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)，額定容量SN16667kVA，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(jì)。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(shí)，勵(lì)磁電流Ifkl 78A，空載特性的數(shù)據(jù)為 0.25 0.45 0.79

35、 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(lì)磁電流和電壓調(diào)整率。0EA/fI)274. 1%(4 .27,384)16. 1E27513543178,4324. 0k37*0*EuAIFKFFFAOTOKTKFKOKAOTXIXIRTfaadfaadP（對(duì)應(yīng)去磁磁動(dòng)勢(shì)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(shí)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，表示對(duì)應(yīng)的磁勢(shì)用勵(lì)磁電流點(diǎn)先畫出空載特性及例已知：參數(shù)，已知：參數(shù)，E0 = f (If) ，額定值，額定值 aadNFKUfK*paNNNI X R S I ， 用計(jì)算

36、機(jī)求用計(jì)算機(jī)求FfN 和和 u) F ) xI sin ()R I cos (2*p*2a*用勵(lì)磁電流表示（也UUEkaFa F k OT- I OT xaafK*P（用勵(lì)磁電流表示）*0cossinarctanaNpNRIUxIUf*00022F E )90cos(2)(及輸出 UFFkFkFFaadaadfN隱極同步發(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)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)很小。電網(wǎng)的電壓、頻率影響個(gè)別負(fù)載的變動(dòng)對(duì)整個(gè)，由于電網(wǎng)容量很大，站?？菟谥饕抢没痣娪盟娬?，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(dòng)力

37、資源，提高機(jī)組運(yùn)行效率。入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺(tái)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(diǎn)：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(gè)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，無功功率的調(diào)節(jié)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，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、投入并聯(lián)運(yùn)行的條件和方法一、投入并聯(lián)運(yùn)行的條件和方法 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(shí)，為了避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生同步發(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)生沖擊電流及由此產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩，待投

38、入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)必沖擊電流及由此產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)必須滿足以下條件：須滿足以下條件：（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。（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。以上三個(gè)條件中，第一條必須滿足以上三個(gè)條件中，第一條必須滿足相序不同時(shí)頻率不同時(shí)則相當(dāng)于發(fā)電機(jī)端點(diǎn)加上一組負(fù)序電壓，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。E0與U的大小不等或相位不同時(shí)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

39、相等但轉(zhuǎn)速不同的旋轉(zhuǎn)相量。E0與U之間便有相對(duì)運(yùn)行，將產(chǎn)生一大小和相位隨時(shí)變化的環(huán)流，從而引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩，一會(huì)發(fā)出有功功率，一會(huì)吸收有功功率若E0與U的大小不等或者相位不同時(shí)，當(dāng)將發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)，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 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(duì)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(duì)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(dòng)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(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的大

40、小可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(shí)速度來調(diào)整的相位可通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)瞬時(shí)速度來調(diào)整 2.投入并聯(lián)的方法投入并聯(lián)的方法為了投入并聯(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，整步方法有兩種：準(zhǔn)整步法，自整步法準(zhǔn)整步法，自整步法 全部滿足投入并聯(lián)的條件，準(zhǔn)整步法；全部滿足投入并聯(lián)的條件，準(zhǔn)整步法； 部分滿足投入并聯(lián)的條件，自整步法。部分滿足投入并聯(lián)的條件，自整步法。 1、準(zhǔn)整步法、準(zhǔn)整步法 0U 360- U2U 270- U2U 180- U2U 90- 0U 0- ff U

41、 U 0uEA0uEA0uEA0uE0uEAA時(shí)但相序一致燈光閃爍三個(gè)燈將同時(shí)出現(xiàn)時(shí)暗時(shí)亮的現(xiàn)象燈光閃爍三個(gè)燈將同時(shí)出現(xiàn)時(shí)暗時(shí)亮的現(xiàn)象 直接接法同步指示器：最簡(jiǎn)單的同步指示器為三個(gè)指示燈。同步指示器：最簡(jiǎn)單的同步指示器為三個(gè)指示燈。 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 0U 360- U2U 270- U2U 180- U2U 90- 0U 0- ff U U 0uEA0uEA0uEA0uE0uEAA時(shí)但相序一致燈光閃爍三個(gè)燈將同時(shí)出現(xiàn)時(shí)暗時(shí)亮的現(xiàn)象燈光閃爍三個(gè)燈將同時(shí)出現(xiàn)時(shí)暗時(shí)亮的現(xiàn)象 uau

42、bucEAEbEcEAEbEcuaubucEAEbEcuaubuc在燈光全部熄滅時(shí)，合閘投入并聯(lián)，稱為燈光熄滅法（直接接法）在燈光全部熄滅時(shí)，合閘投入并聯(lián)，稱為燈光熄滅法（直接接法） 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1燈滅，2、3燈亮。若 UA = UA 但 ffff，設(shè)：指示燈交替明暗，形成旋轉(zhuǎn) ff ff燈光順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)燈光逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)A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

43、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(diǎn)是能判斷發(fā)電機(jī)頻率比電網(wǎng)高還是低 。燈光順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)頻率：燈光逆時(shí)針方向ffff 燈亮度相同、燈滅，燈光不旋轉(zhuǎn)321 ff 并網(wǎng)：燈光旋轉(zhuǎn)很慢 B C C B A A 亮度相同時(shí)合閘滅交叉法稱為燈光旋轉(zhuǎn)法（亮燈法）交叉法稱為燈光旋轉(zhuǎn)法（亮燈法） 采用直接接法時(shí)，若出現(xiàn)燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明相序不同；同理采用交叉接法時(shí)，采用直接接法時(shí)，若出現(xiàn)燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明相序不同；同理采用交叉接法時(shí)，若出現(xiàn)燈光明暗現(xiàn)象也是相序錯(cuò)誤。若出現(xiàn)燈光明暗現(xiàn)象也是相序錯(cuò)誤。 相序：燈光旋轉(zhuǎn)，則相序正確。準(zhǔn)整步的優(yōu)點(diǎn)是：投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊；準(zhǔn)整步的優(yōu)點(diǎn)是

44、：投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊；缺點(diǎn)是：缺點(diǎn)是： 整步手續(xù)比較復(fù)雜。整步手續(xù)比較復(fù)雜。相序相同，相序相同， 沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向n ns ， 勵(lì)磁繞組通過電阻短路勵(lì)磁繞組通過電阻短路2、自整步法、自整步法為了將發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)，可采用自整步法。為了將發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)，可采用自整步法。優(yōu)點(diǎn)：投入迅速，裝置簡(jiǎn)單。優(yōu)點(diǎn)：投入迅速，裝置簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：投入時(shí)定子電流沖擊大缺點(diǎn)：投入時(shí)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(shí)相當(dāng)于一臺(tái)異步電機(jī)）（此時(shí)相當(dāng)于一臺(tái)異步電機(jī)）（3）并立即加勵(lì)磁電流（有沖擊電流）牽入同步。）并立即加勵(lì)磁電流（有沖擊電流）牽入同步。二、與電網(wǎng)聯(lián)時(shí)發(fā)

45、電機(jī)的功角特性二、與電網(wǎng)聯(lián)時(shí)發(fā)電機(jī)的功角特性)(fPe當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)0E和端電壓和端電壓U保持不變時(shí)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的保持不變時(shí)，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cosemUIP )sincos()sinsincos(cos)cos(000edqIImUmUImUIPcossin0UEXIUXIddqqddqqXUEIXUIcos sin0，轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁，僅靠轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁，僅靠Pe2工作時(shí)，稱為磁阻電機(jī)工作時(shí)，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(lì)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

46、并整理得將以上兩式代入2202221020000, 0, 02sin)11(2sin2sin)11(2sin)sincos(cos,sin.cossineedqfeedqeddqdedqeddqqddqqPPUXXEIPPXXUmPXUEmXXUmXUEmPIImUPXUEIXUIUEXIUXI由功角特性可見由功角特性可見qdXXEU, 0不變時(shí)，電磁功率的大小取決于不變時(shí)，電磁功率的大小取決于。18090045-180電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)PePe1Pe2Pe同步電機(jī)的功角特性 018 90 900 P 0 180- 1800 P 00 00e20000e121電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)eePPsin9

47、045)11(2,459001002max2200max110deeqdedqeedeeXUEmPPXXPXXUmPPXUEmPP極電機(jī)大小而定。對(duì)于隱位置視兩項(xiàng)振幅的相對(duì)之間達(dá)到最大值，具體為在達(dá)到最大值達(dá)到最大值，當(dāng)?shù)脤⒐翘匦詢啥送詍ax1eP。，明顯，由圖可見，凸極效應(yīng)越兩條曲線。和下圖繪制出了maxmax1maxmax1max2maxmax1max2max1maxmax1max2max1)()(2sinsineeeeeeeeeeeePPPPfPPfPPPPPPmax：總電磁功率達(dá)到最大值時(shí)的功率角的夾角。和）表示（具有雙重物理意義。機(jī)來處理。功率角電機(jī)都近似作為隱極電外，一般凸極

48、者要求精確計(jì)算的場(chǎng)合問題時(shí)，除勵(lì)磁很弱或應(yīng)用功角特性解決實(shí)際幾，因此在很小，一般僅為百分之總電磁功率中所占比例因附加電磁功率在整個(gè)。，對(duì)凸極電機(jī)，大于隱極電機(jī)為電磁功率最大值，對(duì)注：000maxmax1EUXUEmXUEmPPdde之間的夾角。（與電樞合成磁場(chǎng)）表示主磁場(chǎng)（)(20ufBFBF B B U E u 00的角度，空間相位角超前時(shí)間相位角，的角度超前功率角qaqqqaqqqddQqQqqQeeaSaSaSsseZRXRZZXXjIEEEUZEmPPUERZRXRZZEUZEmParcsin:)(sin)sin(000arcsin:sin)sin(220002200。交軸同步電抗的阻

49、抗角交軸同步電抗對(duì)于凸極同步發(fā)電機(jī)：功率。，有微小正值電磁時(shí)，當(dāng)），若時(shí)（當(dāng)計(jì)及：同步阻抗的阻抗角隱極電機(jī)同步阻抗對(duì)隱極電機(jī)功角特性?？紤]電樞電阻影響時(shí)的)(125500108 .12103. 103. 103. 14571241. 08 .12111.15)(1011.15)72. 219 . 11(279683)11(2)(108 .12172. 279681385531385572. 2)25.55sin2929(46.23cos7968cos25.5585. 079689 . 129295268. 079685268. 0sin79.3185. 0cos(2929108 .133107

50、0000,7968313800cossin3max1maxmax1maxmax1max2322max230max10000010013310KWPPPPPPKWXXUmPKWXUEmPEVXIUEtgSAIVUIRUIXUtgeeeeeedqededdNaq得查表不變則：保持）給出解：例例6-4max00ePE 、求：三、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定三、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)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(dòng)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(dòng)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

51、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(shí)，可向電網(wǎng)輸出功率。于無窮大電網(wǎng)時(shí)，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(shí)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(shí)有功功率的調(diào)節(jié)，為簡(jiǎn)化分析略去簡(jiǎn)化分析略去R Ra a不計(jì)，設(shè)發(fā)電機(jī)已接到一個(gè)無窮大電網(wǎng)。不計(jì)，設(shè)發(fā)電機(jī)已接到一個(gè)無窮大電網(wǎng)。向電網(wǎng)輸出有功功率增大氣門或水門增加發(fā)電機(jī)輸入功率增加發(fā)電機(jī)輸出功率點(diǎn)。，在功角特性上對(duì)應(yīng)于載時(shí)，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(shí)，當(dāng)ese

52、esePmXUEPPPXUEmPPUEsin0000sin002020 從物理模型看，分解出切向力，使轉(zhuǎn)子上受到一制動(dòng)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(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡時(shí)。功率就不再增大，這時(shí)轉(zhuǎn)子主極當(dāng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡時(shí)。功率就不再增大，這時(shí)轉(zhuǎn)子主極磁場(chǎng)拉著氣隙磁場(chǎng)以同步速旋轉(zhuǎn)，將輸入的機(jī)械功率變?yōu)殡姽β瘦敵觯诖艌?chǎng)拉著氣隙磁場(chǎng)以同步速旋轉(zhuǎn)，將輸入的機(jī)械功率變?yōu)殡姽β瘦敵?，在功角特性上?duì)應(yīng)于功角特性上對(duì)應(yīng)于A點(diǎn)。點(diǎn)。 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(dòng)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)

53、節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，使率，使增大，電磁功率和輸出功率便會(huì)相應(yīng)增加。增大，電磁功率和輸出功率便會(huì)相應(yīng)增加。原動(dòng)機(jī)輸入功率的增加不是無限制的，對(duì)于隱極電機(jī)，當(dāng)原動(dòng)機(jī)輸入功率的增加不是無限制的，對(duì)于隱極電機(jī)，當(dāng)達(dá)到達(dá)到90時(shí)，電時(shí)，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)，在受到電網(wǎng)或原動(dòng)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(dòng)機(jī)方面的微小擾動(dòng)后，能夠自動(dòng)的恢復(fù)到原先的平衡狀態(tài)的能力。擾動(dòng)后，能夠自動(dòng)的恢復(fù)到原先的平衡狀態(tài)的

54、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(diǎn)。運(yùn)行于微小增量輸入功率有一由于某種原因，點(diǎn)，設(shè)原運(yùn)行與發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定問題現(xiàn)以功角特性曲線說明APPPPPPAeeeAeeeA11,點(diǎn)是穩(wěn)定的。所以點(diǎn)運(yùn)行，又回到減速，使矩使轉(zhuǎn)子大于輸入功率，制動(dòng)轉(zhuǎn)磁功率將當(dāng)擾動(dòng)消失，發(fā)電機(jī)電AAA有相同的符號(hào)和定的，因部分，運(yùn)行是穩(wěn)和功率角是同增或減的曲線上，凡是電磁功率綜上所述，在功角特性點(diǎn)是不穩(wěn)定的。以，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(diǎn)，即使擾動(dòng)消失，發(fā)運(yùn)行與，當(dāng)輸入功率增加，點(diǎn)，電機(jī)工作在eeee

55、BeeBPBBPPPPPPB,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(duì)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?？芍蒬dPPfddPfPXUEmddPXUEmPeeeeseSe)()(cossin00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(gè)倍數(shù)稱為極限比額定功率大一定的倍數(shù)，這個(gè)倍數(shù)稱為過載能

56、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(jià)電機(jī)尺寸勵(lì)磁安匝數(shù)勵(lì)磁繞組過熱，反比于均正比于和。約為，相應(yīng)的SSeeNPNNssNePXEXEddPPKXUEmXUEmPPK00max0000max40300 . 26 . 1sin1sin四、無功功率的調(diào)節(jié)四、無功功率的調(diào)節(jié) 接到電網(wǎng)上的負(fù)載多數(shù)都是電感性的，所以與電網(wǎng)并聯(lián)的發(fā)電機(jī)不僅接到電網(wǎng)上的負(fù)載多數(shù)都是電感性的，所以與電網(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。要向電網(wǎng)輸出有功功率，而且還要輸出無功功率。 下面以隱極同步發(fā)電機(jī)為例來說明同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)無下面以隱極同步發(fā)電機(jī)為例來說明同步發(fā)電機(jī)與無窮

57、大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)無功功率的調(diào)節(jié)問題。功功率的調(diào)節(jié)問題。 為簡(jiǎn)單計(jì)，忽略電樞電阻和磁飽和影響，并假定調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)，原動(dòng)機(jī)為簡(jiǎn)單計(jì)，忽略電樞電阻和磁飽和影響，并假定調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)，原動(dòng)機(jī)的輸入有功功率保持不變。的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(lì)磁” I E I 1.0 cos fN0“欠勵(lì)”超前 I I E I cos ffN0 “過勵(lì)”滯后 I I E I cos ffN0”發(fā)電機(jī)處與“欠勵(lì)狀態(tài)、若減少勵(lì)磁電流。使輸出滯后

58、的無功功率。輸出有功功率外，還將角。此時(shí)發(fā)電機(jī)除繼續(xù)于電網(wǎng)電壓，此時(shí)電樞電流將滯后過勵(lì)狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在、若增加勵(lì)磁電流，使。磁狀態(tài)為“正常勵(lì)磁”為有功功率。這時(shí)的勵(lì)率全部純?yōu)橛泄﹄娏?，輸出功定子電流時(shí)，、，,3,20,101001001300220002111001EEEEEIIIEEIIEEEIIIIIIEEIIffffffff值所以勵(lì)磁電流有一最低存在一不穩(wěn)定區(qū)，穩(wěn)定性欠勵(lì)。過勵(lì)，0EIIff)(ffNNIfIIIffUU即的變化，所引起的調(diào)節(jié)況下輸出有功功率不變的情，將為“V形曲線”,曲線最低點(diǎn)為正常勵(lì)磁點(diǎn)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)無功功率這一現(xiàn)象，還可以用磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系解釋調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)

59、節(jié)無功功率這一現(xiàn)象，還可以用磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系解釋 對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，可改變無功電流，即改變無功功率和功率因數(shù)對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，可改變無功電流，即改變無功功率和功率因數(shù)補(bǔ)償主磁通的不足電樞反應(yīng)為增磁欠勵(lì)時(shí)補(bǔ)償過多的主磁通電樞反應(yīng)為去磁過勵(lì)時(shí)CCU Ra jX o a o90 a j Xa過勵(lì)，直軸電樞反應(yīng)為去磁過勵(lì)，直軸電樞反應(yīng)為去磁五、功率因數(shù)變化時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出能力五、功率因數(shù)變化時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出能力 輸出能力曲線：)(PfQUUNN點(diǎn)為額定點(diǎn)：NNfNnNPSIIcos對(duì)應(yīng)NA段：電樞電流保持為額定，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)逐漸上升到1。 此時(shí)若加大發(fā)電機(jī)的有功功率到A點(diǎn)，輸出的無

60、功功 率要相應(yīng)減少否則電機(jī)將過載運(yùn)行。到A點(diǎn)無功功率為 零，發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率達(dá)到最大值。從N點(diǎn)到A點(diǎn)，功率因數(shù)逐漸上升，電樞反應(yīng)的去磁作用逐漸減少，所需的勵(lì)磁電流逐漸漸少，發(fā)電機(jī)的輸出能力主要受電樞電流的限制。對(duì)應(yīng)NB段：勵(lì)磁電流保持為額定，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)逐漸下降到零。 此時(shí)發(fā)電機(jī)的有功因數(shù)降低，電樞反應(yīng)去磁作用加大， 為使勵(lì)磁電流不超過額定值，必須減少電樞電流否則 勵(lì)磁繞組溫升過高。到B點(diǎn)有功功率為零，發(fā)電機(jī)無 功功率達(dá)到最大值。從N點(diǎn)到B點(diǎn)，功率因數(shù)逐漸下降，電樞反應(yīng)的去磁作用逐漸增加，電樞電流逐漸漸少，發(fā)電機(jī)的輸出能力主要受勵(lì)磁電流的限制。6.9 同步電動(dòng)機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)同步電動(dòng)機(jī)與同