專升本《電機學(xué)》同步電機部分

沈陽工程學(xué)院2013專升本

《電機學(xué)》課程輔導(dǎo)講義

（同步電機部分）

王東瑞編考綱：四、同步發(fā)電機

1.掌握同步發(fā)電機的基本工作原理和額定值。主要知識點：（一）同步發(fā)電機的基本工作原理（二）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩類

隱極式凸極式

考綱：四、同步發(fā)電機

1.掌握同步發(fā)電機的基本工作原理和額定值。主要知識點：（三）同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)（1）定子（電樞）（2）轉(zhuǎn)子（四）同步發(fā)電機的額定值（1）PN

（2）UN（3）IN

（4）cosφN額定值關(guān)系：

例題1.我國大型汽輪發(fā)電機的極數(shù)為（2），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為（3000）r/min。2.同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n與頻率f會嚴(yán)格的滿足（正比）關(guān)系3.一臺QFS-300-2的汽輪發(fā)電機，額定運行時會發(fā)出多少（300000

）kw的功率。考綱：2.掌握同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)的性質(zhì)及對電機的影響、同步發(fā)電機的電磁關(guān)系、運行特性及參數(shù)求取的方法。主要知識點：(一)電樞反應(yīng)的性質(zhì)和影響內(nèi)功率因數(shù)角電樞反應(yīng)性質(zhì)電樞反應(yīng)的效應(yīng)Ψ=0°交軸使氣隙磁場軸線偏移，幅值增大Ψ=90°直軸去磁使氣隙磁場削弱，電樞端電壓降低Ψ=-90°直軸助磁使氣隙磁場增強，電樞端電壓升高0°<Ψ<90°交軸及直軸去磁使氣隙磁場軸線偏移，幅值減小，電樞端電壓降低-90°<Ψ<0°交軸及直軸助磁使氣隙磁場軸線偏移，幅值增強，電樞端電壓升高(二)電樞反應(yīng)的兩點影響（1）交軸電樞反應(yīng)使發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，將使發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，頻率降低，為了保持頻率不變通常增大原動機的輸入轉(zhuǎn)矩。（2）直軸去（助）磁電樞反應(yīng)會使發(fā)電機的端電壓下降（上升），為了保證端電壓不變，需要增大（減?。﹦畲烹娏?。（三）同步電抗的意義：同步電抗是同步電機的一個重要參數(shù)，它綜合反映了電樞主磁場和漏磁場的作用。大小影響同步發(fā)電機端電壓波動程度、發(fā)電機運行的穩(wěn)定性，短路電流的大小。隱極電機：凸極電機：直軸同步電抗交軸同步電抗(四)隱極同步發(fā)電機的平衡方程和相量圖平衡方程：相量圖：與夾角，(外)功率因數(shù)角

與夾角，內(nèi)功率因數(shù)角與夾角，功率角（功角）(五)同步發(fā)電機特性（1）空載特性（2）短路特性同步電抗的求?。航惠S同步電抗

(五)同步發(fā)電機特性（3）外特性（4）調(diào)整特性例題1.同步發(fā)電機電樞反應(yīng)性質(zhì)取決（Ψ

），當(dāng)（Ψ=0°

）時電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)，此時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速（下降），頻率（下降），為了保持頻率不變，應(yīng)（增大輸入轉(zhuǎn)矩）。2.同步發(fā)電機的鐵心飽和程度越大，同步電抗越（?。浑姌欣@組匝數(shù)越多，同步電抗越（大）；勵磁繞組匝數(shù)越多，則同步電抗（不變）。

3.同步發(fā)電機的同步電抗是反映（電樞反應(yīng)）磁通和（電樞漏磁通）的等效電抗。

4.同步發(fā)電機的短路特性為一直線，這是因為在短路時電機的磁路（處于不飽和狀態(tài)）。5.同步發(fā)電機帶容性負載時，其調(diào)整特性是一條：（③）①上升的曲線；②水平直線；③下降的曲線。6.從電路和磁路兩方面分析同步發(fā)電機帶負載（φ>0°）后,端電壓為什么會下降?答：磁路：帶φ>0°的對稱負載電樞反應(yīng)的性質(zhì)有直軸去磁作用故端電壓下降。電路：帶φ>0°的對稱負載由于電機本身有阻抗壓降的影響使端電壓下降。

考綱：3.掌握并列的條件、功角特性及功率調(diào)節(jié)的方法和原理，掌握靜態(tài)穩(wěn)定的判定方法及V形曲線。主要知識點：（一）準(zhǔn)同步并列必須滿足的條件1.待并發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；2.待并發(fā)電機電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同；3.待并發(fā)電機電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相同；4.待并發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同。（二）同步發(fā)電機的功角特性凸極電機：隱極電機（三）掌握功角的雙重物理意義（四）有功調(diào)節(jié)的方法并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機要調(diào)節(jié)有功功率輸出，只需調(diào)節(jié)原動轉(zhuǎn)矩。在功率極限角范圍內(nèi)，輸入轉(zhuǎn)矩越大，有功功率輸出就越大。1、是電動勢和電壓間的時間相位角;2、是感應(yīng)電動勢的主磁通和產(chǎn)生電壓的定子等效合成磁通之間的夾角。（五）靜態(tài)穩(wěn)定（六）過載能力

靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：比整步功率(kW/rad)對汽輪發(fā)電機，比整步功率為最大電磁功率與額定功率的比值稱為過載能力。汽輪發(fā)電機的過載能力（七）無功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線無功功率的調(diào)節(jié)方法：從能量守恒觀點看，并網(wǎng)運行的同步發(fā)電機調(diào)節(jié)無功功率，不需調(diào)節(jié)原動機來的輸入功率，只需改變勵磁電流。注意：調(diào)節(jié)無功時不影響有功功率的輸出,但是調(diào)節(jié)有功時影響無功功率輸出.汽輪發(fā)電機無功功率的功角特性調(diào)節(jié)方式：1.正常勵磁2.過勵磁3.欠勵磁保持有功不變

V形曲線：（隱極機）2.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：δ=900，連線向右傾斜;1.每條曲線的最低點,,定子電流最小,且全為有功電流，這些點的連線向右傾斜；3.勵磁電流從零開始增大時，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小后增大。表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵磁電流也越大。例題：1.同步發(fā)電機準(zhǔn)整步法投入并聯(lián)運行的理想條件是什么？其中哪個條件必須嚴(yán)格滿足？【答】：并聯(lián)運行的理想情況是：①發(fā)電機的端電壓和電網(wǎng)電壓大小相等、相位相同；②發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)頻率相等；③發(fā)電機的電壓相序和電網(wǎng)的電壓相序相同。其中③必須嚴(yán)格滿足，否則不允許并聯(lián)運行。2.同步發(fā)電機功角的雙重物理意義：一是（）和（）的時間相角差；二是（）和（）的空間夾角3.并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的汽輪發(fā)電機增加有功功率輸出，保持無功功率不變，應(yīng)調(diào)節(jié)（輸入轉(zhuǎn)矩）和（勵磁電流），前者應(yīng)（增大），后者應(yīng)（增大）（后兩個空填增加或減少）。4．并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機，運行于過勵磁狀態(tài)時，保持原動機輸出功率不變，增加勵磁電流，則定子電流（增大）、功角δ（減?。⒐β室驍?shù)（減?。?/p>

5.并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機有功輸出越大，功角越大，電機的靜穩(wěn)定性越好。（錯）6.同步發(fā)電機欠勵時比過勵時運行穩(wěn)定，輕載時比重載時運行穩(wěn)定。（錯）

7.將同步發(fā)電機V形曲線族的最低點連接起來，得到的是一條的稍向右傾的曲線，請說明原因。以該曲線為基準(zhǔn)，右側(cè)和左側(cè)分別是發(fā)電機的什么狀態(tài)？【答】：將同步發(fā)電機V形曲線族的最低點連接起來，得到的是一條的稍向右傾的曲線。這是因為隨著有功功率輸出的增加，要保持，必須相應(yīng)地增加勵磁電流。以該曲線為基準(zhǔn)，右側(cè)為過勵運行狀態(tài)，左側(cè)為欠勵運行狀態(tài)。8.并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)運行的汽輪同步發(fā)電機，運行于過勵磁狀態(tài)。欲保持有功功率輸出不變，增加無功功率輸出，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？并作出調(diào)節(jié)前、后的相量圖。增加勵磁電流.9.

一臺與無窮大容量電網(wǎng)并聯(lián)運行的汽輪發(fā)電機，其SN=31250kV·A，UN=10.5kV，Y接線，cosφN=0.8（φN>0o），Xt=7Ω（Ra=0），試問：（1）發(fā)電機在額定狀態(tài)運行時的功角δN電磁功率Pem，比整步功率Psyn及靜態(tài)過載能力kM各為多少？（2）若維持上述勵磁電流不變，但輸出有功功率減半時，

δ、Pem、Psyn及cosφ將為多大？（3）在原額定運行狀態(tài)下，將勵磁電流增大10%（不計飽和）時，δ、Pem、cosφ及I將為多大？

額定功率因數(shù)：額定相電壓：

空載相電動勢：功角：解：（1）額定電流

電磁功率：

比整步功率：

過載能力：（2）電磁功率：

功角：

比整步功率：

無功功率：

功率因數(shù)：

（3）電磁功率：

功角：無功功率：

功率因數(shù)：

定子電流：

考綱：4.了解磁鏈?zhǔn)睾愣?，掌握三相突然短路時的各電抗的意義及大小關(guān)系及突然短路電流對電機的影響，了解不對稱運行的分析方法及對電機的影響，了解失磁、振蕩的物理過程、表計的變化及對電機的影響。主要知識點：（一）突然短路電抗大小關(guān)系：勵磁繞組感應(yīng)電流衰減結(jié)束阻尼繞組感應(yīng)電流衰減結(jié)束突然短路瞬間突然短路過渡過程穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)超瞬態(tài)衰減時間常數(shù)短路電流衰減值短路電流短路狀態(tài)（二）不對稱運行不對稱運行對發(fā)電機的影響1．引起轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱

2．引起發(fā)電機振動減小負序磁場的方法：在同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上裝設(shè)阻尼繞組，它能夠起到削弱負序磁場的作用，從而提高發(fā)電機承受不對稱負載的能力。不對稱原因：單相負載較大時.發(fā)生不對稱短路.

分析方法：對稱分量法：三相不對稱量正序負序零序分別求解，然后疊加。（三）失磁與振蕩失磁運行的不良影響：勵磁繞組、阻尼繞組及轉(zhuǎn)子鐵心中感應(yīng)出交流電流，產(chǎn)生附加損耗，發(fā)熱；失磁后發(fā)電機從系統(tǒng)吸取感性無功，使電力系統(tǒng)出現(xiàn)無功不足。抑制振蕩方法：在轉(zhuǎn)子表面上裝設(shè)阻尼繞組，相當(dāng)于籠型轉(zhuǎn)子，會產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩。例題：1.同步發(fā)電機下列關(guān)系正確的是（2

）。（1）；（2）；（3）；（4）。2．當(dāng)具有阻尼繞組的三相同步發(fā)電機突然短路電流最大時，此時同步發(fā)電機的同步電抗為（1

）（1）直軸次暫態(tài)同步電抗