電機學(xué)課件-同步電機的基本理論

*5.8微型同步電動機*5.8微型同步電動機5.12三相同步發(fā)電機的運行特性5.12三相同步發(fā)電機的運行特性第5章同步電機的基本理論5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)5.3三相隱極同步電動機的運行分析5.4三相凸極同步電動機的運行分析5.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩5.6三相同步電動機的的運行特性5.7三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析5.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.11三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩5.13同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行5.1三相同步電機的工作原理第5章同步電機的基本理論5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)5.3三相隱極同步電動機的運行分析5.4三相凸極同步電動機的運行分析5.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩5.6三相同步電動機的的運行特性5.7三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析5.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.11三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩5.13同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行5.1三相同步電機的工作原理返回主頁電機與拖動大連理工大學(xué)電氣工程系V1V2W2W1U1U2NS5.1三相同步電機的工作原理定子+Uf－If轉(zhuǎn)子勵磁繞組1.三相同步電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子直流磁極。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步第5章同步電機的基本理論60f1pn=n0=大連理工大學(xué)電氣工程系V1V2W2W1U1U2NS

同步電動機中的磁通勢定子——電樞。電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢Fa轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢F0氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢FNSSNn0n0θ

電樞反應(yīng)——Fa對F的影響。NSSN電動機狀態(tài)n0n0理想空載狀態(tài)F0FaFθ功角5.1三相同步電機的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系同步電動機中的感應(yīng)電動勢V1V2W2W1U1U2NSF0FaFθF0電樞三相繞組中感應(yīng)E0F電樞三相繞組中感應(yīng)E1

E0在時間上滯后于E1θ角

F0在空間上滯后于Fθ角－E0在時間上滯后于－

E1θ角5.1三相同步電機的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系2.三相同步發(fā)電機勵磁機→F0旋轉(zhuǎn)的F0和Φ0E0原動機電樞三相繞組中感應(yīng)SNn0NSn0θ發(fā)電機運行NSSNn0n0理想空載狀態(tài)V1V2W2W1U1U2NSF0FaFθ5.1三相同步電機的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步發(fā)電機空載運行時電樞（定子）：I1(Fa

)=0轉(zhuǎn)子每極磁通：Φ0

空載電動勢：

E0

=4.44f1

kw1

N1Φ0

或電樞相電壓：

U0P

=E0電樞線電壓（Y形聯(lián)結(jié)）：E0

=－j4.44f1kw1

N1Φ0U0L

=√3E0E0

的頻率：f1

=pn60如果：f1

=50Hz，則：pn=30005.1三相同步電機的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步發(fā)電機負載運行時電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢Fa轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢F0氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢F同步電動機中的感應(yīng)電動勢V1V2W2W1U1U2NSF0FaFθF0電樞三相繞組中感應(yīng)E0F電樞三相繞組中感應(yīng)E1E0在時間上超前于E1θ角F0在空間上超前于Fθ角5.1三相同步電機的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系3.三相同步電機的可逆運行NSSNn0n0θ電動機狀態(tài)NSSNn0n0理想空載狀態(tài)SNn0NSn0θ發(fā)電機運行5.1三相同步電機的工作原理大連理工大學(xué)電氣工程系5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)1.主要部件(1)定子（電樞）(2)轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。對稱三相繞組。①定子鐵心：②定子繞組：③機座和端蓋等。①轉(zhuǎn)子鐵心：由整塊鑄（鍛）鋼制成。②勵磁繞組：工作時施加直流勵磁。③阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系2.勵磁方式(1)直流勵磁機勵磁勵磁繞組由小型直流發(fā)電機供電。(2)靜止整流器勵磁交流勵磁機→整流→直流電(3)旋轉(zhuǎn)整流器勵磁交流勵磁機→整流→直流電→勵磁繞組。電刷集電環(huán)勵磁繞組。5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系(1)按能量轉(zhuǎn)換的方式不同：同步發(fā)動機、同步電動機。(2)按相數(shù)的不同:三相、單相。(3)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。3.主要種類NS+－3~×3~·····×××××+－NS5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系勵磁機發(fā)電機水輪機臥式、立式。(5)按原動機的不同：汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機。(4)按安裝方式的不同：5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系小浪底電站水輪機組安裝5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系三峽電站首臺機組安裝5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系水力發(fā)電5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系火力發(fā)電廠勵磁機發(fā)電機汽輪機5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系燃燒室燃料鍋爐的爐膛循環(huán)水汽輪機發(fā)電機3600r/min升壓變壓器超熱高壓蒸汽電能輸出電能的產(chǎn)生5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系

熱電廠1煤傳送帶2加煤機3粉碎機4鍋爐5煤渣6空氣預(yù)熱器7靜電除塵8煙囪9汽輪機10冷凝器11變壓器12冷卻塔13發(fā)電機14輸電線5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步電機5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)更多的圖片

大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步電機5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)更多的圖片

大連理工大學(xué)電氣工程系同步發(fā)電機5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)更多的圖片

大連理工大學(xué)電氣工程系小型同步電機5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)更多的圖片

大連理工大學(xué)電氣工程系4.額定值(1)額定電壓UN：線電壓的額定值。(2)額定電流IN：線電流的額定值。(3)額定功率PN：輸出功率的額定值。三相同步電動機：PN

=√3UNINNN三相同步發(fā)電機：PN

=√3UNINN(4)額定轉(zhuǎn)速

nN：額定運行時的轉(zhuǎn)速。(5)額定頻率fN

：50Hz。5.2三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系5.3三相隱極同步電動機的運行分析第5章同步電機的基本理論1.基本方程式取對稱三相電路的一相分析。＋U1－I1Uf→If→F0FU1→I1→FaE1電樞感應(yīng)→Φ合成磁通勢漏磁通ER1I1E1EU1=R1I1－E－E1=(R1+j

X)

I1－E1E

=－j

X

I1※漏磁感應(yīng)電動勢：※R1、X——定子每相繞組的電阻、漏電抗。大連理工大學(xué)電氣工程系(勵磁電動勢不變)(電樞反應(yīng)電動勢隨負載變化)如果不計磁路飽和，則Uf→If→F0→Φ0U1→I1→Fa→E0→Φa→Ea

→ER1I1E1=E0

+EaU1=－E0－Ea－E＋R1I1因為

Ea∝Φa∝Fa∝I1，不計磁飽和Ea滯后于Φa90o

，不計電樞鐵耗，Φa與I1同相位。所以Ea

=－j

Xa

I1※Xa

——電樞反應(yīng)電抗。5.3三相隱極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1=－E0＋(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1

U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1※

Xs=X＋Xa——同步電抗。一般：R1＜＜

Xs，忽略R1，則

U1=－E0＋j

XsI12.等效電路R1jXs+U1－I1－

+R1jX+U1－E1I1E05.3三相隱極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系3.相量圖U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1U1(a)電感性I1R1I1jXsI1－E0Ψ

——功率因數(shù)角。Ψ——內(nèi)功率因數(shù)角。已知：－E0滯后于－E1θ角，U1=－E1＋(R1＋j

X)

I1θ因此－E0滯后于

U1θ?！郑璄1（忽略R1和X）(b)電阻性U1I1－E0jXsI1R1I1θ(c)電容性U1I1R1I1jXsI1－E0θΨ

=±5.3三相隱極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1=－E0＋jXsI1(a)電感性U1I1jXsI1－E0如果忽略R1，則有同樣有關(guān)系

Ψ=±(b)電阻性U1I1－E0jXsI1θ(c)電容性U1I1jXsI1－E05.3三相隱極同步電動機的運行分析θΨ大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.3.1】某三相隱極同步電動機，PN=50kW，UN=380V，Y形聯(lián)結(jié)，

IN=90A，N=0.8（電感性），R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求在上述條件下運行時的E0、、

和。解：電樞相電壓和相電流為U1=UN3

I1=IN=90A

=arccos0.8=36.87o取參考相量：

U1=220

0oV則I1=90

－36.87oA=V=220V38035.3三相隱極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系由此求得

E0=

159.72V

θ=

28.34oΨ=

－θ

=8.53o－E0=U1－(R1＋jXs)I1

=［220

0o－(0.2＋j1.2

)×90－36.87o］V=159.72－28.34oV

5.3三相隱極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系F05.4三相凸極同步電動機的運行分析

特點：氣隙不均勻。同樣的Fa→產(chǎn)生不同的Φa→對應(yīng)不同的Xa。V1V2W2W1U1U2NSFaFa

如果磁路不飽和：將I1分解為兩個分量。直軸交軸－E0I1IqΨId直軸分量：Id

=I1sinΨ交軸分量：Iq

=I1cosΨI1=

Id＋Iq——雙反應(yīng)理論。第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0→Φ0→E0U1→I1→Id→Iq→Fad→Faq→Φad→Φaq→Ead→EaqΦ

→E

R1I1E0EEadEaqU1=－E0－Ead－Eaq－E＋R1I1Ead

=－jXad

Id※Xad

——

直軸電樞反應(yīng)電抗。

Xaq

——

交軸電樞反應(yīng)電抗。Eaq

=－jXaq

Iq5.4三相凸極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系E=－jXσI1I1=Id＋IqU1=－E0＋j

Xad

Id＋j

Xaq

Iq＋j

XσI1＋R1I1=－E0＋j

(Xad＋X)

Id＋j

(Xaq＋X)

Iq＋R1I1

U1=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq＋R1I1※Xd

=

Xad＋X——

直軸同步電抗。

Xq

=

Xaq＋X——

交軸同步電抗。

如果忽略R1，則U1

=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq

5.4三相凸極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系Ψ－E0I1IqId－E0I1IqΨId－j(Xd－Xq)IdEQ設(shè)虛擬電動勢EQ

=E0－j(Xd－Xq

)Id2.等效電路(a)I1滯后于－E0時jIdEQ(b)I1超前于－E0時jId結(jié)論：EQ

與E0同相位。U1

=－E0＋R1I1＋jXd

Id＋jXq

Iq－jXq

Id＋jXq

Id

U1=－EQ＋R1I1＋jXq

I15.4三相凸極同步電動機的運行分析－j(Xd－Xq)Id大連理工大學(xué)電氣工程系※

隱極電動機可視為凸極電動機的特例：

Xd=Xq=Xs

依據(jù)：EQ=E0

U1=－EQ＋R1I1＋jXq

I1R1jXq+U1－I1－

+EQ5.4三相凸極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系3.相量圖

設(shè)已知

U1、I1、、Xd、Xq

。

取U1=U10oU1(1)設(shè)＜0，畫I1。I1U1=－EQ

+R1I1+jXq

I1U1=－E0+jXdId

+jXq

Iq

+R1I1(2)畫R1I1

和jXq

I1。R1I1jXqI1(3)畫(－EQ)

，確定(－E0)的方位。－EQ(4)由I1分解出Id

和Iq

。IqId(5)畫jXd

Id

和jXq

Iq。jXd

IdjXq

Iq(6)畫(－E0)。(a)電容性5.4三相凸極同步電動機的運行分析－E0大連理工大學(xué)電氣工程系同理可以畫出同步電動機呈電感性和電阻性時的相量圖。依據(jù)：U1=－EQ

+R1I1+jXq

I1U1=－E0+jXdId

+jXq

Iq

+R1I1(b)電感性(c)電阻性5.4三相凸極同步電動機的運行分析IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0R1I1IdU1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0大連理工大學(xué)電氣工程系Ψθ

電動機呈電感性時

Ψ=－θtanΨ=U1sin－XqI1U1cos－R1I1Ψθ

電動機呈電容性時

Ψ=＋θtanΨ=U1sin＋XqI1U1cos－R1I15.4三相凸極同步電動機的運行分析IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1I1R1I1jXqI1－EQIqIdjXd

IdjXq

Iq－E0大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1jXqI1－EQIdIqjXd

IdjXq

Iq－E0

忽略R1時的相量圖(a)電感性jXq

IqU1I1jXqI1－EQIqIdjXd

Id－E0(b)電阻性U1=－EQ

＋jXq

I1U1=－E0＋jXdId＋jXq

Iq

－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ(c)電容性5.4三相凸極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系由相量圖求得

Ψ=±θ

且有關(guān)系tanΨ=U1sin±XqI1U1cos※電感性時取“－”，電容性時取“＋”。5.4三相凸極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1=UN3=V=3468.21V60001.732

【例5.4.1】

一臺三相凸極同步電動機，UN=6000V，IN=57.8A，Y形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電壓和電流為額定值、功率因數(shù)

=0.8（電容性）時，相電動勢E0=6300V，Ψ=58o，R1忽略不計。求該電動機的Xd

和Xq。

解：電樞相電壓和相電流為

I1=IN=57.8A由此求得

Id=I1sinΨ=57.8×sin58oA=49.02A

Iq=I1cosΨ=57.8×cos58oA=30.63A

=Ψ－=58o－36.87o=21.13o5.4三相凸極同步電動機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系由相量圖可得Xd=

E0－U1cosθId=Ω=62.52Ω6300－3468.21×cos21.13o49.02Xq=U1sinθIq=Ω=40.82Ω3468.21×sin21.13o30.635.4三相凸極同步電動機的運行分析－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ大連理工大學(xué)電氣工程系5.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩1.功率(1)輸入功率（不計勵磁功率）

P1=3U1I1cos(2)電樞銅損耗

PCu=3R1I12(3)電磁功率

Pe

=P1－PCu

=3U1I1cos－3R1I12=3(U1cos－R1I1)I1第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系Pe

=3(U1cos－R1I1)I1U1I1R1I1jXsI1－E0ΨU1R1I1jXsI1－E0ΨI1

在隱極同步電動機中

Pe=3E0I1cosΨ=3E0Iq

在凸極同步電動機中比較：U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1U1=－EQ＋(R1＋jXq

)

I1可以得到：

Pe=3EQI1cosΨ

=3EQIq5.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系鐵損耗機械損耗附加損耗(4)空載損耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad(5)輸出功率

P2=Pe－P0(6)功率關(guān)系

P1

=

PCu＋Pe

=

PCu＋PFe＋Pme＋Pad＋P2(7)效率

P1PCuPeP0P2

=×100%

P2P15.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系2.轉(zhuǎn)矩(1)轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系

T2=T－T0(2)電磁轉(zhuǎn)矩T

=PeΩ0=9.55Pen0(3)空載轉(zhuǎn)矩T0

=P0Ω0=9.55P0n0T2

=P2Ω0(4)輸出轉(zhuǎn)矩=9.55P2n0TN=9.55PeNn0T2N=9.55PNn0忽略P0(T0)，則有

T2=T

T2N=

TN

5.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.5.1】

已知某三相同步電動機，n=1500r/min，Xd

=6Ω，Xq

=4Ω，Y形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓UN=380V，轉(zhuǎn)子加負載轉(zhuǎn)矩TL=30N·m時，電樞電流

I1=10A，功率因數(shù)

=0.8（電容性），Ψ=40o，E0=228V。求P1、Pe、P2、PCu、P0和T2、T、T0。

解：P1=3U1I1cos=3×

I1cosUN3=3×

×10×0.8W=5295.2W3801.732Id=I1sinΨ=10sin40oA=6.43AEQ=E0－(Xd－Xq)Id

=［228－

(6－4)×6.43］V=215.14V5.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系Pe=

3EQI1cosΨ=3×215.14×10×cos40oW=4944.2WPCu=P1－Pe=(5259.2－4944.2)W=315WP0=Pe－P2=(4944.2－4710)W=234.2WT2=TL=30N·mT0=T－T2=(31.49－30)N·m=1.49N·m

P2=

T2n260=

TLn260=×30×1500W=4710W2×3.1460T

=60Pe2n=N·m=31.49N·m604944.26.28

15005.5三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系5.6三相同步電動機的運行特性運行特性當(dāng)U1=UN，f1=fN，

If=常數(shù)時，I1、T、、

=f(P2)的關(guān)系。當(dāng)U1與E0（即n

和If）為常數(shù)時：

Pe

=f(θ)

T

=f(θ)——功角特性——矩角特性1.隱極同步電動機的功角特性和矩角特性如果忽略R1，則有

Pe

=P1=3U1I1cos=3

E0I1cosΨ

第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1jXs

I1－E0θΨ因為

U1sinθ=Xs

I1cosΨΨPe

=3sinθ

U1E0Xs所以T

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※當(dāng)θ=90o時:

Pe

=PeM，T

=TM5.6三相同步電動機的運行特性大連理工大學(xué)電氣工程系如果忽略R1，則有

Pe

=P1=3U1I1cos=3U1I1cos(Ψ－

)=3U1I1cosΨcos＋3U1I1sinΨsin=3U1Iqcos＋3U1Idsin因為Xq

Iq

=U1sinXd

Id

=E0－U1cos2.

凸極同步電動機的功角特性和矩角特性U1I1jXqI1－EQjXd

IdjXq

Iq－E0θΨΨ所以U1sinXqIq

=

E0－U1cosXdId

=5.6三相同步電動機的運行特性大連理工大學(xué)電氣工程系PePe=3U1Iqcos＋3U1IdsinU1sinXq

=3U1cosE0－

U1cosXd+3U1sin3U1E0Xd

=sin1Xq＋

(

－

)

sin23U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin1Xq+(

－

)

sin23U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T＋T

5.6三相同步電動機的運行特性大連理工大學(xué)電氣工程系

討論：①3U1E0Xd

Pe'=sin

Pe'∝E0，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵磁即If≠0時存在。

②1XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，與If

是否存在無關(guān)。

結(jié)論：①

Pe"使PeM。②

PeM產(chǎn)生在θ＜90o

處。③

功角特性與矩角特性不再是正弦波。——基本分量。——附加分量。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"5.6三相同步電動機的運行特性大連理工大學(xué)電氣工程系5.7三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)同步電動機的主要優(yōu)點

調(diào)節(jié)If

→

調(diào)節(jié)cos→－90o＜＜90o

(純電容性)(純電感性)

調(diào)節(jié)If

改變cos的原理以隱極同步電動機為例，并忽略R1和T0。

調(diào)節(jié)If時，U1、f1、TL都不變，則T和Pe

不變，即T和P1不變。根據(jù)：Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系可得如下關(guān)系：

E0sinθ=常數(shù)

I1cos=常數(shù)另一方面:因此，改變If

而使E0

改變時，I1、θ和

均要改變。當(dāng)If→E0→θ。當(dāng)If

→E0

→θ。U1=－E0＋j

XsI1U1jXsI1－E0θ－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θθ5.7三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)I1大連理工大學(xué)電氣工程系①正常勵磁當(dāng)If=If0時，

I1與U1同相，

=1,電機呈電阻性。②欠勵磁

當(dāng)If

＜If0時，

I1(I1'

)滯后于U1，電機呈電感性。

If

→

，感性程度。③過勵磁

當(dāng)If

＞If0時，電機呈電容性，

If

→||

，容性程度

。

I1(I1")超前于U1，5.7三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1－E0－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θI1大連理工大學(xué)電氣工程系調(diào)節(jié)If

可使同步電動機在任意特定負載下的達到1，或改變其負載性質(zhì)。同步電動機的V形曲線當(dāng)U1=

UN、f1

=

fN、TL不變時：

I1=f(If

)OI1IfP2'P2"欠勵過勵

If0＜結(jié)論：cos=15.7三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)大連理工大學(xué)電氣工程系*5.8微型同步電動機微型同步電動機的額定功率：

零點幾瓦~數(shù)百瓦。

應(yīng)用

電報傳真機、磁帶錄音機、精確計時或記錄裝置。

分類

按定子繞組電源的相數(shù)分：單相、三相。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分：永磁式、磁阻式、磁滯式。1.永磁式同步電動機

轉(zhuǎn)子：永久磁鋼，隱極式或凸極式。

特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、和高、成本也高。第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系*5.8微型同步電動機鼠籠槽反應(yīng)槽2.磁阻式同步電動機又稱為反應(yīng)式同步電動機。轉(zhuǎn)子：由導(dǎo)磁材料制成，凸極式。

特點：結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、和較低。磁阻式同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式

(a)外反應(yīng)式(b)內(nèi)反應(yīng)式(c)內(nèi)外反應(yīng)式大連理工大學(xué)電氣工程系*5.8微型同步電動機3.磁滯式同步電動機簡稱電動機。轉(zhuǎn)子：由硬磁材料制成，轉(zhuǎn)子外表呈光滑圓柱形。(1)渦流轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子導(dǎo)電→感應(yīng)渦流渦流轉(zhuǎn)矩。當(dāng)n=n0

時，渦流轉(zhuǎn)矩=0。(2)磁滯轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁→被磁化→磁極轉(zhuǎn)子磁極軸線滯后于合成旋轉(zhuǎn)場軸線。(3)特點可以運行于同步轉(zhuǎn)速，也可以運行于異步轉(zhuǎn)速。自身具有起動轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)磁場磁滯現(xiàn)象大連理工大學(xué)電氣工程系5.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析1.基本方程式Uf→If→F0→Φ0→E0I1→Fa→Φa→EaΦ→ER1I1E0EaE

U1=E0＋Ea＋E－R1I1因為

Ea∝Φa∝Fa∝I1，不計磁飽和Ea滯后于Φa90o

，不計電樞鐵耗，Φa與I1同相位。＋U1－I1第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系Ea

=－j

Xa

I1E

=－j

X

I1※Xa

——電樞反應(yīng)電抗。

X——電樞漏電抗。U1=E0－(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1

U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I1※Xs=Xa＋X——同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXsI15.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系2.等效電路3.相量圖根據(jù)負載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。并設(shè)：

U1=U10o。R1jXs+U1－I1＋－E０

U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I15.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系(c)電容性(a)電感性(b)電阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ忽略R1時：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.9.1】

某三相同步發(fā)電機，PN=50kW，UN=400V，Y形聯(lián)結(jié)，N=0.8（電感性）。R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求空載電壓等于額定電壓，電樞電流等于額定電流，內(nèi)功率因數(shù)角Ψ=53.1o時的相電壓U1

、線電壓U1L、功率因數(shù)角

和功角。解：E0=UN3=

V=231.21V

4001.732I1=IN=PN3UNN=A=90.32A50×1031.732×400×0.8取參考相量：則I1=90.32

0oAE0=231.2153.1oV5.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1=E0－(R1＋jXs)I1=［231.2153.1o－(0.2＋j1.2

)×90.32

0o］V

=14332.36o

V由此求得

U1=143VU1L=

3U1=1.732×143

V=247.39V=32.36o=Ψ－

=53.1o－32.36o=20.74o5.9三相隱極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系5.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析1.基本方程式Uf→If→F0→Φ0→E0

I1→Fad

→Faq

→Φad

→Φaq

→Id→Iq→Ead

→EaqΦ

→ER1I1

E0＋U1

－I1EadEaqEU1=E0+Ead+Eaq+Eσ－R1I1因為

Ead∝Φad∝Fad∝Id；

Eaq∝Φaq∝Faq∝Iq；第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系E

∝Φ

∝Fa∝I1因此有如下關(guān)系Ead

=－jXad

IdE

=－j

XI1Eaq

=－jXaqIq※Xad

——直軸電樞反應(yīng)電抗。

Xaq

——交軸電樞反應(yīng)電抗。

Xσ——電樞漏電抗。U1=E0－jXad

Id－jXaq

Iq－jXI1－R1I1=E0－j(Xad＋X)

Id－j(Xaq＋X)

Iq－R1I15.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系※Xd=Xad+

Xσ

——直軸同步電抗。

Xq

=Xaq

+

Xσ

——交軸同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXd

Id－j

Xq

Iq

U1=E0－jXd

Id－jXq

Iq－R1I15.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系2.等效電路

設(shè)：EQ

=E0－j(Xd－Xq

)IdU1=EQ－R1I1－j

Xq

I1忽略R1，則U1=EQ－j

Xq

I13.相量圖根據(jù)電路方程和負載性質(zhì)作相量圖。設(shè)：U1=U10oR1jXq+U1－I1＋－EQ5.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)電容性(a)電感性(b)電阻性忽略R1時U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.10.1】

某三相同步發(fā)電機，已知U1L=11kV，Y形聯(lián)結(jié)，I1=460A，

=0.8（電感性），Xd=16Ω，Xq=8Ω，R1忽略不計。求Ψ、、E0

。解：U1=U1L3==6351V11×1031.732VtanΨ=

U1sin

＋XqI1U1cos

6351×0.6＋8×4606351×0.8=V

=1.474Ψ=arctan1.474=55.85o=Ψ－

=55.85o－36.87o=18.98o

E0=U1cos＋XdId=(6351×cos18.98o＋16×460×sin55.85o)V=12096.63V5.10三相凸極同步發(fā)電機的運行分析大連理工大學(xué)電氣工程系5.11三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩1.功率(1)輸入功率(2)空載損耗(3)電磁功率(4)銅損耗(5)輸出功率(6)功率關(guān)系P1=T1ΩP0

=PFe＋Pme＋PadPe

=P1－P0PCu=3R1I12P2=Pe－Pcu=3U1I1cosP1

=P0＋Pe=PFe＋Pme＋Pad＋PCu＋P2

第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系(7)功率流程圖和效率P1P0PePCuP2=×100%

P2P12.轉(zhuǎn)矩(1)輸入轉(zhuǎn)矩(2)空載轉(zhuǎn)矩(3)電磁轉(zhuǎn)矩(4)轉(zhuǎn)矩關(guān)系T1=P1Ω0T0

=P0Ω0T

=PeΩ0T1=T+T0=P1n602=P0n602=Pen6025.11三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系5.12三相同步發(fā)電機的運行特性1.外特性當(dāng)n=nN，If、

=常數(shù)時，U1L與I1L的關(guān)系，即

U1L=f(I1L)。調(diào)節(jié)If，使I1L=IN、

=N、U1L=UN時，

If=IfN。電壓調(diào)整率：保持nN、N、IfN時，OU1LI1Lcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINVR=×100%

E0－UNPUNP第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系2.調(diào)節(jié)特性保持n=nN、U1L=UN、=N

時，If與I1的關(guān)系，即

If=f(I1)。OIfI1cos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=13.功角特性和矩角特性功角特性：保持n、If、U1不變時，Pe與

的關(guān)系，即Pe=f(

)。

矩角特性：保持n、If、U1不變時，T

與

的關(guān)系，即T

=f(

)?！?/p>

上述關(guān)系與同步電動機的關(guān)系相同。5.12三相同步發(fā)電機的運行特性大連理工大學(xué)電氣工程系5.13同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行并聯(lián)運行的優(yōu)點(1)提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標。(2)減少發(fā)電廠備用機組的容量。(3)提高電能供應(yīng)的可靠性。(4)提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。1.并聯(lián)運行的條件相序一致、頻率相同、電壓相等。以避免電網(wǎng)與發(fā)電機之間產(chǎn)生大的沖擊電流和在發(fā)電機軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。第5章同步電機的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系△U＋U1A

－S＋

U1B－(1)電壓相等如果則U1A≠U1B△U=U1A－U1B≠0(2)頻率相等如果：A≠BU1AU1BAB

——△U=0~2U1U1AU1BU1AU1B△UU1AU1B△UU1AU1B△U5.13同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行大連理工大學(xué)電氣工程系U1BUU1BVU1BW(3)相序一致如果相序不一致，則△UU=

0△UV=U1AV－U1BV△UW=U1AW－U1BWU1AUU1AVU1AW△UV△UW2.并聯(lián)運行的方法調(diào)節(jié)If→調(diào)節(jié)E0

；調(diào)節(jié)n→調(diào)節(jié)f

。(1)理想同步法(2)自同步法5.13同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行大連理工大學(xué)電氣工程系3.有功功率的調(diào)節(jié)

無窮大電網(wǎng)容量很大、頻率和電壓基本不受負載與其他干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。

發(fā)電機并網(wǎng)運行時發(fā)電機的頻率和端電壓受電網(wǎng)的約束，并網(wǎng)時，使勵磁電動勢等于電網(wǎng)端電壓，即E0

=U1，

=0Pe

=3sin

U1E0Xs=05.13同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行大連理工大學(xué)電氣工程系→T1→T1＞T0→n→

→產(chǎn)生T、Pe、I1、P2→T

…→T1=T+T0(1)有功功