電機(jī)學(xué)同步電機(jī)-全套課件

第五章同步電機(jī)1編輯版ppt第五章同步電機(jī)

5.2同步電機(jī)的運(yùn)行原理

5.3同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

5.1同步電機(jī)的基本知識

5.4同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

5.5同步電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)2了解同步電機(jī)的用途和主要分類熟練掌握同步電機(jī)的基本工作原理熟悉同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，熟練掌握隱極和凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)熟練掌握同步電機(jī)的額定值熟練掌握同步發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值系統(tǒng)第一節(jié)同步電機(jī)的基本知識學(xué)習(xí)目標(biāo)3

第一節(jié)同步電機(jī)的基本知識定義：

同步電機(jī)是指電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為運(yùn)用范圍：

同步電機(jī)主要用來作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；同步電機(jī)也可作為電動機(jī)應(yīng)用，用于拖動生產(chǎn)機(jī)械，一般使用在不需要調(diào)速的低速大功率機(jī)械中；此外，同步電機(jī)還可以作為同步補(bǔ)償機(jī)，他能夠?qū)ｉT用來向電網(wǎng)輸送感性和容性無功功率。4同步電機(jī)的用途和分類5同步電機(jī)的用途和分類62.同步電機(jī)的分類7同步發(fā)電機(jī)按原動機(jī)分類2.同步電機(jī)的分類82.同步電機(jī)的分類9同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)10111213同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式同步電機(jī)的定子和異步電機(jī)相同，定子鐵芯上有齒和槽，槽內(nèi)設(shè)置三相繞組。轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵磁繞組。同步電機(jī)的磁極通常裝在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組放在定子上，通常稱為旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有凸極和隱極兩種結(jié)構(gòu)形式。用汽輪機(jī)作為原動機(jī)來拖動的稱為汽輪發(fā)電機(jī)，一般采用隱極式結(jié)構(gòu)；用水輪機(jī)作為原動機(jī)來拖動的稱為水輪發(fā)電機(jī)，一般采用凸極式結(jié)構(gòu)。同步電動機(jī)、由內(nèi)燃機(jī)拖動的同步發(fā)電機(jī)以及同步補(bǔ)償機(jī)大多做成凸極式。141516171819202122同步電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)定子同步電機(jī)的定子大體上和異步電機(jī)相同，是由鐵芯、繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子（以同步發(fā)電機(jī)為例）

1、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)一般都是二極的，同步轉(zhuǎn)速為3000或3600r/min。這是因?yàn)樘岣咿D(zhuǎn)速可以提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，減小整個機(jī)組的尺寸、降低機(jī)組的造價。轉(zhuǎn)子不能做得過大，所以汽輪發(fā)電機(jī)的直徑較小，長度較長。汽輪發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)。

2、水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大型水輪發(fā)電機(jī)通常都是立式結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多，要求轉(zhuǎn)動慣量大，故其特點(diǎn)是直徑大、長度短。23同步電機(jī)的額定值24同步電機(jī)的額定值（銘牌值）由以下幾種：額定容量或額定功率額定電壓是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時其定子三相的線電壓額定電流是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時流過其定子繞組的線電流同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)同步調(diào)相機(jī)額定容量發(fā)電機(jī)出線端的額定視在功率（VA）額定功率發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率（電功率）（W）轉(zhuǎn)軸上輸出的有效機(jī)械功率（W）發(fā)電機(jī)出線端輸出的無功功率（Var）同步電機(jī)的額定值25同步電機(jī)的額定值額定功率因數(shù)是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時的功率因數(shù)。額定效率是指額定運(yùn)行時的效率。額定轉(zhuǎn)速和額定頻率是指同步電機(jī)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速（r/min）和定子繞組中電流與電壓的工作頻率（Hz）。額定勵磁電壓和額定勵磁電流是指同步電機(jī)額定運(yùn)行時加到勵磁繞組上的直流電壓和電流。發(fā)電機(jī)電動機(jī)26同步電機(jī)的額定值27同步電機(jī)的額定值28小結(jié)29小結(jié)30第二節(jié)同步電機(jī)的運(yùn)行原理（基本電磁關(guān)系）31第二節(jié)同步電機(jī)的運(yùn)行原理（基本電磁關(guān)系）32同步電機(jī)的勵磁系統(tǒng)同步電機(jī)運(yùn)行時，必須在其轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電流，以便建立磁場，這個直流稱為勵磁電流，供給勵磁電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是同步電機(jī)的重要組成部分，勵磁系統(tǒng)和勵磁元件的性能對電機(jī)的運(yùn)行性能有重要影響。分類，勵磁系統(tǒng)主要有兩大類：一類是直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源的直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)；另一類是用整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的交流勵磁機(jī)整流勵磁系統(tǒng)。33同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行34同步電機(jī)的空載運(yùn)行空載運(yùn)行時，電樞電流為零，僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。主極磁通分為主磁通和主極漏磁通，主磁通所經(jīng)過的路徑稱為主磁路，包括：空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛五個部分。

主極磁通是否通過氣隙交鏈主磁通通過于定子繞住相交鏈主極漏磁通不通過僅與勵磁繞組相交鏈35同步電機(jī)的空載運(yùn)行

當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主磁場就在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，它“切割”對稱的三相定子繞組后，就將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出頻率為的一組對稱三相空載電動勢：忽略高次諧波時，勵磁電動勢的有效值為式中：為每極的主磁通量36同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行37同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行38（1）勵磁磁動勢39（1）勵磁磁動勢40（1）勵磁磁動勢41定義磁極磁動勢的基波分量振幅與實(shí)際磁動勢最大幅值之比為，稱為電機(jī)的勵磁磁動勢波形系數(shù)，即隱極式同步電機(jī)的空載磁動勢

隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組為分布繞組，在每極下有一個大齒和若干個小齒，轉(zhuǎn)子磁動勢的空間分布波形為階梯波形，如下圖所示，幅值為（其中為勵磁電流，為勵磁繞組的每極匝數(shù)）

大齒42（1）勵磁磁動勢43凸極式同步電機(jī)的空載磁動勢

凸極同步電機(jī)的繞組式集中繞組，它所產(chǎn)生的磁動勢是矩形波，幅值為，基波分量的振幅為勵磁磁動勢的波形系數(shù)442.基波勵磁磁動勢45（2）基波勵磁磁動勢46（2）基波勵磁磁動勢47（2）基波勵磁磁動勢48同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行493.基波氣隙磁通密度503.基波氣隙磁通密度51同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行524.電樞繞組的磁鏈、感應(yīng)電動勢534.電樞繞組的磁鏈、感應(yīng)電動勢544.電樞繞組的磁鏈、感應(yīng)電動勢55同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行56畫在同一坐標(biāo)平面上的時間相量圖和空間矢量圖稱為時空矢量圖。參考軸的選取是任意的。但一般把相繞組軸線作為空間矢量參考軸令時間相量參考軸與空間矢量參考軸重合相繞組軸線－相軸；轉(zhuǎn)子繞組軸線－直軸；與直軸正交（90度電角度）－交軸時間相量與空間矢量直軸相軸，交軸時軸575.時空相矢量圖585.時空相矢量圖595.時空相矢量圖605.時空相矢量圖61同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行626.空載特性63對稱負(fù)載時的電樞反應(yīng)64對稱負(fù)載時的電樞反應(yīng)空載：I≈0，F(xiàn)a≈0，氣隙磁場只由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生；負(fù)載時：I≠0，F(xiàn)a≠0，F(xiàn)a對Ff的影響稱電樞反應(yīng)同步電機(jī)電樞磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢間的相對位置取決于負(fù)載電流的性質(zhì)。同步和空載電勢電機(jī)輸出電流之間的相角定義為內(nèi)功率因數(shù)角。時，電流滯后于；端電壓和之間的相位角稱為外功率因數(shù)角

。

65同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電樞反應(yīng)66同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電樞反應(yīng)67同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電樞反應(yīng)68電樞反應(yīng)的性質(zhì)69電樞反應(yīng)的性質(zhì)70電樞反應(yīng)的性質(zhì)71電樞反應(yīng)的性質(zhì)72Fa在交軸，所以稱交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢有增磁作用因?yàn)镮、E同相，所以不發(fā)無功功率

電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）73

Fa在交軸，所以稱交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢有增磁作用因?yàn)镮、E反相，所以不發(fā)無功功率電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）74電樞反應(yīng)的性質(zhì)75電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）

時間相量圖時空矢量圖時軸相軸交軸時軸直軸76電樞反應(yīng)的性質(zhì)77

時間相量圖時空矢量圖時軸相軸，交軸時軸直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）78電樞反應(yīng)的性質(zhì)79電樞反應(yīng)的性質(zhì)80同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電樞反應(yīng)81同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電樞反應(yīng)82隱極同步發(fā)電機(jī)的時空相矢量圖和相量圖83隱極同步發(fā)電機(jī)的時空相矢量圖和相量圖84（1）飽和時的電磁關(guān)系85（1）飽和時的電磁關(guān)系861.考慮飽和時的情況87（2）飽和時的電壓方程式、相量圖88（2）飽和時的電壓方程式、相量圖891.考慮飽和時的情況90（3）飽和時的時空相矢量圖91（3）飽和時的時空相矢量圖92（3）考慮飽和時的時空相矢量圖93隱極同步發(fā)電機(jī)的時空相矢量圖和相量圖94（1）不計(jì)飽和時的電磁關(guān)系95（1）不計(jì)飽和時的電磁關(guān)系96（1）不計(jì)飽和時的電磁關(guān)系972.不計(jì)飽和時的情況98（2）不計(jì)飽和時的電壓方程式、相量圖、等效電路99（2）不計(jì)飽和時的電壓方程式、相量圖、等效電路100（2）不計(jì)飽和時的電壓方程式、相量圖、等效電路101（2）不計(jì)飽和時的電壓方程式、相量圖、等效電路102（2）不計(jì)飽和時的電壓方程式、相量圖、等效電路103（2）不計(jì)飽和時的電壓方程式、相量圖、等效電路104凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖105凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖1061.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論1071.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論1081.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論109凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖1102.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖111（2）電壓方程式112（2）電壓方程式1132.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖114（3）電動勢相量圖115（3）電動勢相量圖1162.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖117凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖118凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖119凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖120凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖121凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖122同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法123同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法124同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法125同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法126第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性127同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性128同步發(fā)電機(jī)的空載特性、短路特性和同步電抗的測定1291.空載特性1301.空載特性1311、定義2、用途

說明同步發(fā)電機(jī)的特性測定同步電機(jī)的參數(shù)3、短路特性

同步發(fā)電機(jī)在短路時的量相量圖。U＝0很小很?。ê苄。╇姍C(jī)磁路處于不飽和又，所以，短路特性為一直線（）。2.短路特性1322.短路特性133（1）三相穩(wěn)態(tài)短路時的電磁關(guān)系1342.短路特性1353.同步電抗的測定1363.同步電抗的測定1373.同步電抗的測定1381.定義：

右圖為不同的和不同的時的負(fù)載特性，其中(1)空載特性，(2)零功率因數(shù)特性，通過零功率因數(shù)曲線和空載特性曲線可以求取飽和同步電抗及電樞電抗。4.負(fù)載特性139同步發(fā)電機(jī)的零功率因素負(fù)載特性1401.零功率因素負(fù)載特性1411.零功率因素負(fù)載特性1421.零功率因素負(fù)載特性143（4）零功率因數(shù)負(fù)載特性與空載特性的關(guān)系144（4）零功率因數(shù)負(fù)載特性與空載特性的關(guān)系1451.零功率因數(shù)負(fù)載特性146同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性和調(diào)整特性1471.外特性（電壓調(diào)整特性）1482.調(diào)整特性149同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性150同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性151第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行對供電的要求主要是：保證足夠的用電量，高的供電質(zhì)量（電壓和頻率為額定值），以及經(jīng)濟(jì)、可靠。電力系統(tǒng)中有許多發(fā)電廠并聯(lián)供電，可以合理地利用動力資源，對國民經(jīng)濟(jì)有很大意義。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，是同步發(fā)電機(jī)最基本地運(yùn)行方式，研究和掌握它地運(yùn)行性能是有主要意義的。當(dāng)單臺發(fā)電機(jī)滿足U=const，f=const時，稱為無窮大電網(wǎng)或無窮大母線。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行與變壓器并聯(lián)運(yùn)行的區(qū)別同步發(fā)電機(jī)變壓器初級、次級電壓必須相等，繞組阻抗決定負(fù)載電流的分配，負(fù)載電流能與容量成正比額定電壓、額定頻率相等，并聯(lián)后有共同的端電壓，空載電勢可不相同，同步電抗的數(shù)值不能決定負(fù)載電流的分配152第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行153概述154概述155概述156概述157同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)合閘的條件和方法1582.并聯(lián)合閘的方法1592.并聯(lián)合閘的方法1602.并聯(lián)合閘的方法161（1）暗燈法162（1）暗燈法163（1）暗燈法164（1）暗燈法165（1）暗燈法1662.并聯(lián)合閘的方法167（2）燈光旋轉(zhuǎn)法168同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分析169同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分析1701.調(diào)節(jié)勵磁電流171同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分析1722.調(diào)節(jié)原動機(jī)轉(zhuǎn)矩1732.調(diào)節(jié)原動機(jī)轉(zhuǎn)矩174（3）增大原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩所引起的變化175（3）增大原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩所引起的變化1762.調(diào)節(jié)原動機(jī)轉(zhuǎn)矩177（4）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式178（4）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式179有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定1801.同步發(fā)電機(jī)的功角特性181（2）功角特性182（2）功角特性183（2）功角特性184（2）功角特性185（2）功角特性186有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定187（1）有功功率的調(diào)節(jié)1882.有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定189（2）并聯(lián)運(yùn)行時的靜態(tài)穩(wěn)定190（2）并聯(lián)運(yùn)行時的靜態(tài)穩(wěn)定191（2）并聯(lián)運(yùn)行時的靜態(tài)穩(wěn)定192