重大电机学第六章 同步电机

1、第六章第六章 同步电机的稳态分析同步电机的稳态分析 同步发电机，视为一个有同步发电机，视为一个有内阻抗内阻抗的电源！的电源！ 6.1 同步电机的基本结构和运行状态同步电机的基本结构和运行状态 同步电机同步电机 一、同步电机的基本结构一、同步电机的基本结构 旋转电枢式旋转电枢式 旋转磁极式旋转磁极式 隐极式隐极式 （salient-pole） 凸极式凸极式 （cylindrical-rotor） 基本结构形式基本结构形式 n s + 隐极式隐极式 结构特点：转子是结构特点：转子是长圆柱形长圆柱形，气隙较为均匀，转子表面有，气隙较为均匀，转子表面有 大齿大齿和和小齿小齿之分。一对极，由汽轮机拖动，

2、称汽轮发电机之分。一对极，由汽轮机拖动，称汽轮发电机 高速高速 n s 隐极式隐极式 直轴，大齿中心直轴，大齿中心 交轴交轴 联想到直流电机的交轴电枢反应和直轴电枢反应！联想到直流电机的交轴电枢反应和直轴电枢反应！ n s n s + 凸极式凸极式 结构特点：转子是结构特点：转子是扁盘状扁盘状，转子表面有，转子表面有明显凸出的磁极明显凸出的磁极，气，气 隙为隙为不均匀不均匀。多对极，通常由水轮机拖动，称水轮发电机。多对极，通常由水轮机拖动，称水轮发电机 低速低速 n s n s 凸凸 极极 式式 直轴，磁极中心直轴，磁极中心 交轴交轴 直轴和交轴的气隙不均匀直轴和交轴的气隙不均匀 联想到直流电

3、机的联想到直流电机的 交轴电枢反应和直交轴电枢反应和直 轴电枢反应！轴电枢反应！ 1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 （1 1）定子铁心）定子铁心 返回 返回 1 1、汽、汽 轮发电轮发电 机结构机结构 返回 2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构 (1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机 2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构转子结构转子结构 10000kw10000kw水轮机转子水轮机转子 1.发电环节各种电机 引进引进600mw汽轮发电机汽轮发电机 国产国产300mw汽轮发电机汽轮发电机 国产国产200mw汽轮发电机定子汽轮发电机定子 国产国产

4、200mw汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心 现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机 .1同步电机的基本工作原理与结构 发电机的物理过发电机的物理过 程可用图示表示程可用图示表示 .1.2 同步电机的基本工作原理与分类 一一、同步发电机的基本工作原理、同步发电机的基本工作原理 大小大小： 0110 4 44 w e.fn k 频率频率： 60 pn f 励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁 场，原动机拖动转子以转速场，原动机拖动转子以转速 旋转时，其旋转时，其 磁场切割定子绕组而感应交流电动势磁场切割定子绕组而感应交流电动势 . . n 0 e 相序相序：由转子

5、的转向决定。：由转子的转向决定。 波形波形：由：由 可知，波形可知，波形 取决于取决于 的空间分布。的空间分布。 ( x ) eblv ( x ) b 二、同步电机的运行状态二、同步电机的运行状态 发电机发电机把机械能转换为电能把机械能转换为电能 电动机电动机把电能转换为机械能把电能转换为机械能 补偿机补偿机中没有有功功率的转换，专门发出或吸中没有有功功率的转换，专门发出或吸 收无功功率，收无功功率，调节电网的功率因数调节电网的功率因数 同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成 磁场与转子主磁场之间的夹角磁场与转子主磁场之间的夹角，称为称为功率角

6、功率角 定子合成磁场等效磁极(电气旋转磁场） s n e t n s 1 t 转子主磁极(机械旋转磁场) 直轴 作功和电枢反应的作功和电枢反应的 性质，取决于电气性质，取决于电气 旋转磁场（定子合旋转磁场（定子合 成磁场）轴线和直成磁场）轴线和直 轴之间的电角度。轴之间的电角度。 see tp n no no no n n so so s s s so e t 0 e t s n s n s n 主极主极主极主极 同同 步步 电电 机机 的的 三三 种种 运运 行行 状状 态态 发电机发电机 补偿机补偿机 电动机电动机 e t 三、同步电机的励磁方式 直流励磁机励磁直流励磁机励磁 整流器励磁静

7、止式和旋转式整流器励磁静止式和旋转式 整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。图整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。图6- 9表示静止整流器励磁系统的原理图表示静止整流器励磁系统的原理图 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并 励或他励接法。如图励或他励接法。如图68所示所示 四、额定值四、额定值 额定容量额定容量sn(或额定功率或额定功率pn) 指额定运行时电机的指额定运行时电机的 输出功率。单位输出功率。单位kva表示容量，单位表示容量，单位kw表示有功功率表示有功功率 额定电压额定电压un 指额定运行时定子的指额定运行时定子的线电压线电压 额定电流额定电

8、流in 指额定运行时定子的指额定运行时定子的线电流线电流 额定功率因数额定功率因数cos 指额定运行时电机的功率因数指额定运行时电机的功率因数 额定频率额定频率fn 指额定运行时电枢的频率。我国标准指额定运行时电枢的频率。我国标准 工频规定为工频规定为50hz 额定转速额定转速nn 指额定运行时电机的转速，对同步电指额定运行时电机的转速，对同步电 机而言，即为同步转速机而言，即为同步转速 6.2 空载和负载时同步发电机的磁场空载和负载时同步发电机的磁场 一、空载运行空载运行时，同步电机内一、空载运行空载运行时，同步电机内 仅有由励磁电流所建立的主极磁场。仅有由励磁电流所建立的主极磁场。 0 f

9、 主磁通主磁通0通过气隙并与定通过气隙并与定 子绕组相交链，主磁通所子绕组相交链，主磁通所 经过的主磁路包括空气隙、经过的主磁路包括空气隙、 电枢齿、电枢轭、磁极极电枢齿、电枢轭、磁极极 身和转子轭等五部分身和转子轭等五部分 漏磁通漏磁通f不通过气隙，不通过气隙， 仅与励磁绕组相交链仅与励磁绕组相交链 当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成 一个旋转磁场，它一个旋转磁场，它“切割切割”对称的三相定子绕组后，对称的三相定子绕组后， 就会在定子绕组内感应出一组频率为就会在定子绕组内感应出一组频率为f的对称三相电的对称三相电 动势，称为动势，称为激磁

10、电动势激磁电动势 0 00 0 ee a 0 00 120 ee b 空载特性是同步电机的空载特性是同步电机的 一条基本特性一条基本特性 0 00 240 ee c 00, e ff fi, 0f i o n u 气隙线气隙线 空载特性空载特性 a 0b x z y b n s s n s n ff 二二 、对称负载时的电枢反应、对称负载时的电枢反应 当定子接上负载后，电枢绕组将流过对称三相电流，当定子接上负载后，电枢绕组将流过对称三相电流， 定子电枢电流将产生定子电枢电流将产生电枢磁动势电枢磁动势 电枢磁动势电枢磁动势与与励磁磁动势励磁磁动势相互作用形成负载时气隙中相互作用形成负载时气隙中

11、的的合成磁动势合成磁动势，并建立负载时的气隙磁场。这时尽管，并建立负载时的气隙磁场。这时尽管 励磁电流没有改变，但气隙磁场已经不同于原来的励励磁电流没有改变，但气隙磁场已经不同于原来的励 磁磁场。磁磁场。 对称负载时电枢磁动势的基波对主极磁动势基波的对称负载时电枢磁动势的基波对主极磁动势基波的 影响称为影响称为电枢反应电枢反应。 电枢反应的性质取决于电枢磁动势与励磁磁动势电枢反应的性质取决于电枢磁动势与励磁磁动势 的空间相对位置的空间相对位置 二、对称负载时的电枢反应二、对称负载时的电枢反应 电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就称为电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就称为 电枢反应电枢反应

12、。 电枢反应的性质电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁增磁、去磁或交磁)取决于电枢取决于电枢 磁动势和主磁场在空间的相对位置磁动势和主磁场在空间的相对位置。 同相和 0 1ei )( ff )(aqaff )( 0 0 b i 0 e f b ab 0 0 使合成磁场轴线位置从空载时的直轴处，逆转向后移 了一个锐角，而幅值也有所增加 ab a x z y b c n s 0b b s n e t a) 滞后于滞后于 时的空间矢量图时的空间矢量图 0 e i 不同相和 0 2ei )( ff aqf )( 0 0 b i 0 e f b af adf ab 0 a) 滞后于滞后于 时的空间矢量图时的

13、空间矢量图 0 e i 从电流角度分析从电流角度分析 不同相和 0 2ei )( ff aqf i 0 e f af adf 0 q i d i b) 超前于超前于 时的空间矢量图时的空间矢量图 0 e i 不同相和 0 2ei )( ff aqf )( 0 0 b 0 e f b af adf ab i 0 电枢磁动势电枢磁动势 交轴电枢反应使功角拉 开，与产生电磁转矩和 能量转换直接相关 直轴电枢反应对同步 电机运行影响很大。 1. 若同步发电机单独供电给一组负载，则负载后，去磁或者 增磁性的直轴电枢反应将使气隙内的合成磁通减少或者增加， 从而使发电机的端电压产生变动。 2. 若同步发电机

14、接在电网上，由于电压受到电网控制而不可 撼动，将影响无功功率和功率因数。 电枢反应后的同步电机磁场电枢反应后的同步电机磁场 负载后负载后励磁磁动势励磁磁动势和和电枢磁动势电枢磁动势形成了一个合成磁形成了一个合成磁 场场,交轴电枢反应使交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变气隙磁场发生畸变. 实际磁场分布实际磁场分布和直流电机相似和直流电机相似. 气隙合成磁场扭斜的程度越大，使在磁场间所产生气隙合成磁场扭斜的程度越大，使在磁场间所产生 的切向力及电磁转矩和电磁功率就越大。的切向力及电磁转矩和电磁功率就越大。 功率角功率角正正 是来刻划这种扭斜的程度。是来刻划这种扭斜的程度。 6.3 隐极同步发电机的电压

15、方程、相量图和等效电隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电 路路 一、不考虑磁饱和，同步发电机负载运行时一、不考虑磁饱和，同步发电机负载运行时 ff a af e a e e 0 0 e 相值 a ri 电枢反应电枢反应 电势电势 气隙电势气隙电势 同步电抗同步电抗 xi jrieue aa 0 saaa xi jriuxi jxi jriue 0 内阻抗内阻抗 隐极同步发电机的等效电路隐极同步发电机的等效电路 0 e a r e i u a x s x x saaa xi jriuxi jxi jriue 0 带有内阻抗的电源带有内阻抗的电源 隐极同步发电机的向量图隐极同步发电机的向量图

16、a e 0 e e a xi j 0 a 90 i u a ri xi j 隐极同步发电机的向量图隐极同步发电机的向量图 0 e i s xi j u a ri 0 隐极同步发电机的向量图绘制步骤隐极同步发电机的向量图绘制步骤 0 e i s xi j u a ri 0 作为参考向量先画出以u i 确定根据负载功率因数,cos )(iriu a 它平行与的末端加上在 )(90ixi jri sa 超前的末端加上在 0 exi j s 的末端即得连接原点和 隐极同步发电机的向量图的分析隐极同步发电机的向量图的分析 0 e i s xi j u a ri 0 从三角关系出发 隐极同步发电机的向量图

17、的分析隐极同步发电机的向量图的分析 0 e i s xi j u 0 22 0 )cos()sin(uuixe s a r忽略电阻 0 0 90 6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图凸极同步发电机的电压方程和相量图 一、双反应理论一、双反应理论 考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和 交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。 凸极电机气隙是不均匀的，但是围绕直轴和交轴是对称的凸极电机气隙是不均匀的，但是围绕直轴和交轴是对称的 直轴和交轴是对称分解后，采用叠加原理直轴和交轴是

18、对称分解后，采用叠加原理 当同样大小的磁动势作用在交轴上时，由于当同样大小的磁动势作用在交轴上时，由于q较小，在极间区域，交较小，在极间区域，交 轴电枢磁场出现明显下凹，相对来讲，基波幅值轴电枢磁场出现明显下凹，相对来讲，基波幅值baq1将显著减小将显著减小 轴轴d a d q 轴轴d 轴轴q 当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于d较大，故在较大，故在 一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值bad1相对较大。相对较大。 直轴下单位面积的气隙直轴下单位面积的气隙 磁导磁导d (d0d) 交轴下单位面积的气隙交轴

19、下单位面积的气隙 磁导磁导q (q0q) 一般情况下，若电枢磁动势既不在直轴、亦不在交轴而是在一般情况下，若电枢磁动势既不在直轴、亦不在交轴而是在 空间任意位置处，可把电枢磁动势空间任意位置处，可把电枢磁动势分解分解成直轴和交轴两个分成直轴和交轴两个分 量量(如图如图618b)，再用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算出，再用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算出 直轴和交轴电枢反应，最后把它们的效果直轴和交轴电枢反应，最后把它们的效果叠加叠加起来起来 aqf 0 adf n s af 二、凸极同步发电机的电压方程和相量图二、凸极同步发电机的电压方程和相量图 相值相值 气隙电动势气隙电动势 激磁电动势激磁

20、电动势 再从气隙电动势减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得再从气隙电动势减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得 电枢的端电压电枢的端电压u采用发电机惯例，电枢的电压方程为采用发电机惯例，电枢的电压方程为 dad ie dad ie qqdda aqqadda aqqadda xi jxi jriu )xx(i j)xx(i jriu xi jxi jxi jriue 0 凸极同步发电机的向量图凸极同步发电机的向量图 的方向后才能够分解即应该先确定 才能确定的的分解是需要知道问题： 0 0 e ii dq , 0 q i 0 e 0 u d i qqx i j i a ri ddx i j qqdda

21、 xi jxi jriue 0 )xx(i jee qddq 0 qaqddqqddaq xi jriu)xx(i j)xi jxi jriu(e 角的确定角的确定 0 同方向没有物理含义，它和虚拟电势 0 eeq )( 交轴交轴交轴交轴 向量图绘制步骤向量图绘制步骤 作为参考向量先画出以u i 确定根据负载功率因数,cos )(iriu a 它平行与的末端加上在 00 90 的方向得出确定 得到超前的末端加上在 e eixi jri qqa ,),( qd ii 和角分解为按照 0 0 e q e q i ddx i j q xi j a ri d i i 0 qqx i j u )( qd

22、d xxi j qdx i j 0 exi jxi j ri ddqq a 得出和 的末端加上在 qaq xi jriue )( qdd xxi j 0 e q e q i q xi j a ri d i i 0 u 凸极机和隐极机的一致凸极机和隐极机的一致 性性. 0 e q e q i ddx i j q xi j a ri d i i 0 qqx i j u 0 0 e q e q i ddx i j q xi j d i i qqx i j u 凸极同步发电机的等效电路图凸极同步发电机的等效电路图 q e s r i u q x 凸极同步电机电枢反应磁通及所经磁路及磁导凸极同步电机电枢

23、反应磁通及所经磁路及磁导 )( adad )( 直轴电枢磁导直轴电枢磁导 交轴电枢磁导交轴电枢磁导 ad f aq f )( )( aqaq 三、直轴和交轴同步电抗的意义三、直轴和交轴同步电抗的意义 由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成 正比，所以正比，所以 如图如图6-22所示。对于凸极电机，由于直轴下的气所示。对于凸极电机，由于直轴下的气 隙较交轴下小，隙较交轴下小， ，所以，所以xadxaq，因此在凸，因此在凸 极同步电机中，极同步电机中，xdxq。对于隐极电机，由于气。对于隐极电机，由于气 隙是均匀的，故隙是均匀的，故xdxqxs dd

24、nx 2 1 qq nx 2 1 ad aq 例题例题 转换功率 电磁功率 6.5 同步发电机的功率方程和转矩方程同步发电机的功率方程和转矩方程 一、功率方程和电磁功率一、功率方程和电磁功率 功率方程功率方程 efe pppp 1 发电机轴上输 入的机械功率 pl 若转子励磁损耗由另外的直流电源供给 机械损耗 定子铁耗 )cos(cos 2 aae irumirmimuip qq q e ime ime meip 0 cos cos e 凸极发电机向量图凸极发电机向量图 0 iq=0 pe=0 0 e q e q i ）（ xxi j qa d i i a ri u )cos(cos 2 aa

25、e irumirmimuip xi j 隐极发电机向量图隐极发电机向量图 a xi j 0 iq=0 pe=0 e 0 e q i d i i a ri u 结论结论 要进行能量转换，电枢电流中必须要有交轴电流分量要进行能量转换，电枢电流中必须要有交轴电流分量iq。 在发电机中，交轴电枢反应使主极磁场超前于气隙合成磁场，在发电机中，交轴电枢反应使主极磁场超前于气隙合成磁场， 使主极受到一个制动性质的电磁转矩；使主极受到一个制动性质的电磁转矩； 在旋转过程中，原动机的驱动转矩克服制动的电磁转矩而做在旋转过程中，原动机的驱动转矩克服制动的电磁转矩而做 功，同时通过电磁感应在电枢绕组内产生电动势并向

26、电网送功，同时通过电磁感应在电枢绕组内产生电动势并向电网送 出有功电流，使机械能转换为电能。出有功电流，使机械能转换为电能。 0 e q e q i ddx i j q xi j d i i 0 qqx i j u 。转矩和电磁功率亦愈大 在一定的范围内，电磁 愈大，就愈大，功率角 强，愈大，交轴电枢反应愈 称为功率角。夹角 之间的与端电压激磁电动势 q i ue 0 二、转矩方程二、转矩方程 e ttt 01 得转矩方程： 除以同步角速度把功率方程 s efe pppp 1 原动机的驱动转矩原动机的驱动转矩 电磁转矩电磁转矩 发电机的空载转矩发电机的空载转矩 6.6 同步电机参数的测定同步电

27、机参数的测定 一、用空载特性和短路特性确定一、用空载特性和短路特性确定xd 空载特性可以用空载试验测出。试验时，电枢开路空载特性可以用空载试验测出。试验时，电枢开路 (空载空载)， 用原动机把被试同步电机拖动到同步转速，改变励磁电流用原动机把被试同步电机拖动到同步转速，改变励磁电流if， 并记取相应的电枢端电压并记取相应的电枢端电压u0 (空载时即等于空载时即等于e0，直到，直到 u01.25un左右，可得空载特性曲线。左右，可得空载特性曲线。 )( 0f ife 0 e e 空载曲线空载曲线 o fff if 或或 气隙线气隙线 将被试同步电机的电枢端点三相短路，用原动机拖动被试电将被试同步

28、电机的电枢端点三相短路，用原动机拖动被试电 机到同步转速，调节励磁电流机到同步转速，调节励磁电流if使电枢电流使电枢电流i从零起一直增加从零起一直增加 到到1.2in左右，便可得到左右，便可得到短路特性曲线短路特性曲线，如图，如图624b所示所示. a 励磁 电枢 a a a i n i ofk if i 短路特性 短路时，端电压短路时，端电压u=0 ff 0 i 0 e f af 0 0 dqqdda xi jxi jxi jriue 0 0 0 900 q i 0 0 d ii i e x d 0 短路时，端电压短路时，端电压u=0，短路电流仅受电，短路电流仅受电 机本身阻抗的限制。机本身

29、阻抗的限制。 通常电枢电阻远小于通常电枢电阻远小于 同步电抗，因此同步电抗，因此 短路电流可认为是短路电流可认为是纯感性纯感性，此时电枢磁，此时电枢磁 动势接近于动势接近于纯去磁性纯去磁性的直轴磁动势，因的直轴磁动势，因 而电机的磁路处于不饱和状态，故短路而电机的磁路处于不饱和状态，故短路 特性是一条直线。特性是一条直线。 ff 0 i 0 e f af 0 qqdda xi jxi jriue 0 0 e 0 a r i u 1 x 2 x i e x d 0 因为因为短路试验短路试验时时磁路为不饱和磁路为不饱和， e0 (每相值每相值) 应从气隙线上查出，应从气隙线上查出， 求出的求出的x

30、d值为不饱和值值为不饱和值 ie , 0 0 e i o 0f i f i 由于短路特性和气隙线都是直由于短路特性和气隙线都是直 线，因此在任一非零励磁点，线，因此在任一非零励磁点，e0 和和i的比值均相等。表明的比值均相等。表明xd的不的不 饱和值与工作点无关饱和值与工作点无关 气隙线气隙线 短路特性短路特性 xd的饱和值与主磁路的饱和情况有关。主磁路的饱和程度取的饱和值与主磁路的饱和情况有关。主磁路的饱和程度取 决于实际运行时作用在主磁路上的合成磁动势，因而取决于决于实际运行时作用在主磁路上的合成磁动势，因而取决于 相应的气隙电动势；如果不计漏阻抗压降，则可近似认为取相应的气隙电动势；如果

31、不计漏阻抗压降，则可近似认为取 决于电枢的端电压，所以决于电枢的端电压，所以通常用对应于额定电压时的通常用对应于额定电压时的xd值作值作 为其饱和值为其饱和值。为此，从。为此，从空载曲线上查出对应于额定端电压空载曲线上查出对应于额定端电压un 时的励磁电流时的励磁电流if0，再从短路特性上查出与该励磁电流相应的，再从短路特性上查出与该励磁电流相应的 短路电流短路电流，如图，如图626所示，这样即可求出所示，这样即可求出 xd(饱和饱和) )( i u x n d 饱和 来自于空载特性曲线 来自于短路特性曲线 共同点在于相同的励磁 xd (饱和)的确定 ie , 0 0 e i o 0f i f

32、 i n u i e x d 0 气隙线气隙线 空载特性空载特性 短路特性短路特性 例题例题 )( )( * )( * * * * )( n n uuf iifk d nfk f n d i i x i i i i i ii u x 0 0 1 饱和 饱和 所以： 又因为： 0 e i o 0f i f i fk i n u n i 气隙线气隙线 空载特性空载特性 短路特性短路特性 6.7 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性 同步发电机的稳态运行特性包括同步发电机的稳态运行特性包括外特性外特性、调整特性调整特性和和效率特性效率特性 1。外特性：即。外特性：即nns，if=常值，常值，co

33、s=常值时，常值时，u=f(i)。 i u n i o n u cos=0.8滞后滞后 cos=1 cos=0.8超前超前 电压调整率：电压调整率： %100 0 n n u ue u 凸极机：凸极机：18-30； 隐极机：隐极机：30-48 2。调整特性。调整特性 ：nns，u =un，cos=常值时，常值时，if=f(i)。 i f i cos=0.8滞后滞后 cos=1 cos=0.8超前超前 o fn i n i 效率特性效率特性：n=ns，u =un，cos= cosn时，时， =f(p2)。 pp p 2 2 6.8 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行 把同步发电

34、机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、 并车、整步。在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止 同步发电机受到损坏、电网遭受干扰 并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件：并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件： 相序一致相序一致 频率相同频率相同 发电机激磁电势与电网电压大小、相位相同发电机激磁电势与电网电压大小、相位相同 0 e u u 0 e u u 0 e u u 1 f 2 f 投入并网的方法一：准确整步法投入并网的方法一：准确整步法 自整步法自整步法 在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻 短接，再用原动机把发电机拖动到接近

35、同步转速短接，再用原动机把发电机拖动到接近同步转速 (相差相差25)，在没有接通励磁电流的情况下将发，在没有接通励磁电流的情况下将发 电机接入电网，再接通励磁，依靠电机接入电网，再接通励磁，依靠定子磁场和转定子磁场和转 子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并，并 车过程即告结束。车过程即告结束。 二、与电网并联运行时的功角特性二、与电网并联运行时的功角特性 强调：要区分同步发电机是单机运行还是并网运行 若为单机运行，其电压和频率有可能发生变化，并且功率 因数是由负载决定的。 若为并网运行，因受电网的制约，所以电压的大小与频率 同电网严格保持一致，理论上

36、认为不变，即电压和频率为 常量。并网时同步发电机的功率因数是可以调节的 功角特性功角特性 coscosmiurmimuip ae 2 0 e q i ddx i j d i i 0 qqx i j u 0 )cos( 0 miup e 功角特性推导功角特性推导 0 e d i i 0 qqx i j u 附加电磁功率 磁阻功率 基本电磁功率 dd xi j q i q e q xi j 隐极机 凸极机 e0激磁电势u电网电压 功角特性功角特性 凸极机隐极机 0900 pe pe max 1800 m pe 18000900 pemax m 静态稳定静态稳定 扰动扰动发电机输入功率的微动发电机输

37、入功率的微动 静态稳定静态稳定瞬时扰动消除后继续保持原来的平衡运行状态瞬时扰动消除后继续保持原来的平衡运行状态 mba ppa，转子加速，点：0 1 ，达到原有的功率平衡 ，转子减速扰动消失后， ab mb ppp 01 a d 点正常工作点 点静态不稳定 结论：处于功角特性的曲线上升部分的工作 点，是静态稳定的，即 0 d dp m 过载能力： nn m p p p k sin 1 增强系统的静态稳定性：增强系统的静态稳定性： 900 pe pe max 1800 2 1 pe1 有功功率的调节有功功率的调节 输出超前无功功率输出超前无功功率 吸收滞后无功功率吸收滞后无功功率 0 e u 0

38、 e u i s xi j q i d i 0 e i s xi j u 0 0 0 90 0 e s x i j i 0 e s x i j i s x i j 0 e 增大有功，保持励磁不变的相量图增大有功，保持励磁不变的相量图 s xi j i 0 e u a b c d i s x i j 0 e 四、无功功率的调节四、无功功率的调节 调节励磁时原动机的输入有功功率保持不变。调节励磁时原动机的输入有功功率保持不变。 四、无功功率的调节四、无功功率的调节 0 e u i s xi j a b c d 0 e s x i j i 四、无功功率的调节四、无功功率的调节 0 e u i s x

39、 i j a b c d 欠励 掌握结论! 0 e s x i j i 四、无功功率的调节四、无功功率的调节 0 e u i s xi j a b c d s x i j 0 e i 0 e s x i j i 随着励磁的增大，功角在减小；随着励磁的增大，功角在减小； 同步发电机同步发电机v型曲线型曲线 对于每一个pe都可以测出一条v型 曲线，pe愈大，则曲线愈上移 过励 欠励 输出滞后无功 输出超前无功 0 e p e p e p e p i f i 0 1cos 区域 不稳定 0 90 正常励磁 同步发电机同步发电机v型曲线型曲线 p2=0 0 e u 有功为0 无功为0 0 e u s

40、xi j 0 e u s xi j 过励欠励正常励磁 有功为0 输出滞后无功有功为0 输出超前无功 吸收滞后无功 现象解释现象解释 调节励磁就可以调节无功功率这一现象，可用调节励磁就可以调节无功功率这一现象，可用磁动势平衡磁动势平衡 关系来解释。关系来解释。 发电机和无穷大电网并联时，其端电压恒为常值，所以无发电机和无穷大电网并联时，其端电压恒为常值，所以无 论励磁如何变化，论励磁如何变化，电枢绕组的合成磁通不变电枢绕组的合成磁通不变。 当增加励磁电流并达到当增加励磁电流并达到“过励过励”时，主磁通增多，为维持时，主磁通增多，为维持 电枢绕组的合成磁通不变，电机应电枢绕组的合成磁通不变，电机应

41、输出滞后输出滞后电流，使去磁电流，使去磁 性的电枢反应增加，以补偿过多的主磁通。性的电枢反应增加，以补偿过多的主磁通。 反之，减少励磁电流而变为反之，减少励磁电流而变为“欠励欠励”时，主磁通减少，发时，主磁通减少，发 电机必须电机必须输出超前输出超前(吸收滞后吸收滞后)电流，以减少去磁性的电枢电流，以减少去磁性的电枢 反应，甚至使电枢反应变为增磁性以反应，甚至使电枢反应变为增磁性以补偿主磁通的不足补偿主磁通的不足。 增大有功，调节励磁保持无功不变增大有功，调节励磁保持无功不变 s xi j i i s x i j 0 e u 0 e a b c d 结论：有功增大，无功不变时，功角增大结论：有功增大，无功不变时，功角增大 6.9 同步电动机与同步补偿机同步电动机与同步补偿机 同步电动机的特点是，稳态运行时，转速与负载大小无关