浙江大学同步电机ppt课件

1、第六章 同步电机pfnn1160同步电机也是一种常用的交流电机。其特点：同步电机也是一种常用的交流电机。其特点：转子的转速与电网频率转子的转速与电网频率f之间具有固定不变的关系，即之间具有固定不变的关系，即 假设电网的频率不变，假设电网的频率不变， 同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。 运转方式：发电机，电动机，调相机。运转方式：发电机，电动机，调相机。1 同步电机构造和任务原理一、同步电机构造：同步电机由定子和转子两大部分组成， 分 转场式和转枢式两种。定子铁心内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律陈列的三相对称交流绕组。 转子铁心装有制成

2、一定外形的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中构成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场 处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和外形对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有艰苦影响 2凸极式同步电机隐极式同步电机同步电机构造3同步电机构造4凸极式转子5汽轮机隐极式转子67891011励磁方式直流励磁机静止整流器旋转整流器12冷却方式1、空气冷却 空气冷却主要采用内扇式轴向和径向混合通风系统，适用与容量为50MW以下的汽轮发电机。为确保运转平安，要求整个空气系统是封锁的。2、氢气冷却 氢气冷却的效果明显优于空气冷却，在汽轮发电机中被广泛运用，并从外冷式开展为内冷式，即定、

3、转子导线做成空心的，直接将氢气紧缩进导体带走热量。运用中要留意处理的是防漏和防爆问题。3、水冷却 水的冷却效果优于氢气。主要方式为内冷式。除了有定、转子绕组双水内冷，还有定子绕组用水内冷，定、转子铁心氢外冷、转子励磁绕组用氢内冷的混合冷却方式。水冷却方式面临走漏和积垢堵塞问题。4、超导发电机 超导发电机是未来巨型汽轮发电机的一种很有出路的冷却方式，在超导形状下电机绕组的电阻损耗完全消逝，彻底处理了电机的发热温升问题并大大提高了电机的效率。但是其中牵涉到很多关键技术问题，如强磁场、高电密、高温交流超导线材的制备等。 1314三、额定值 额定容量SN额定功率PN：额定运转时电机输出的功率； 额定电

4、压UN：额定运转时定子三相线电压； 额定电流IN：额定运转时定子三相线电流； 额定功率因数：额定运转时电机的额定功率； 额定频率；额定运转时的频率； 额定转速：同步电机的同步转速；NNNIUS3额定值间的相互关系：156.2 同步电机的根本任务原理 励磁绕组建立起主磁场 ; 原动机拖动转子旋转, 励磁磁场随轴一同旋转并依次切割定子各相绕组 ; 电枢绕组三相对称交变电势。经过引出线，输出交流电 。 感应电势的有效值：fwkNfE44.40 感应电势 频率： 感应电势的频率决议于同步电机的转速n 和极对数p ，即60pnf 由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了

5、感应电势的三相对称性。 16同步发电机的空载运转空载运转：原动机带动发电机在同步转速下运转空载运转：原动机带动发电机在同步转速下运转, 励磁绕组经过适当的励磁电流励磁绕组经过适当的励磁电流, 电电枢绕组不带任何负载时的运转情况。枢绕组不带任何负载时的运转情况。空载运转是同步发电机最简单的运转方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立。磁通空载运转是同步发电机最简单的运转方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立。磁通分为主磁通和漏磁通。分为主磁通和漏磁通。 凸极同步电机通常选用极弧系数为0.680.72, 气隙比值为1.31.817空载特性曲线当空载运转时,励磁电势随励磁电流变化的关系, 称为同步发电机的空载

6、特性。 励磁电势的大小 (有效值) 与转子每极磁通成正比，而励磁电流的大小又和作用于同步电机磁路上的励磁磁势 正比例变化，所以空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律。 空载特性可以经过计算或实验得到空载特性可以经过计算或实验得到 。 阐明电机设计合理性；空载特性结合短路特性(在后面引见 )可以求取同步电机的参数。发电厂经过测取空载特性来判别三相绕组的对称性以及励磁系统的缺点。18时空矢量 磁密波Bf1与定子任一相交链的磁通量0是时间变量， 由 感应产生的该相电势用 表示,当定子各相的时间参考轴都取在各自的相绕组轴线时， 与 重合。 00E01fBfFfB00ENS 励磁磁势的基波Ff1

7、和由它产生的气隙磁密波Bf1为空间分布波， 两者同相位，其正波幅处于转子直轴正方向， 且与转子一同以同步速旋转； 当Bf1波的波幅来到某相轴左侧900时， Bf1波与该相绕组交链的磁通量的瞬时值正好为零， 这时0 在该轴线左侧900。19对称负载时的电枢反响v空载时，同步电机中只需一个以同步转速旋转的励磁磁势；v当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一同构成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流，当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会构成一个以同步速度旋转的旋转磁势；v同步发电机接上三相对称负载以后，电机中除了随轴同转的转子磁势 (称为机械旋转磁势)外，又多了一个电枢旋转磁势 (称为

8、电气旋转磁势) 。v这两个旋转磁势的转速均为同步速，而且转向一致，二者在空间处于相对静止形状，用矢量加法将其合成为一个合成磁势 。20 同步电机的电枢反响afffFIUFIUBF同步电机的磁场建立：负载时，负载时， 电枢磁动势的基波对主磁极电枢磁动势的基波对主磁极基波磁场的影响称为电枢反响。基波磁场的影响称为电枢反响。21电枢反响性质助磁、去磁、交磁电枢反响性质助磁、去磁、交磁取决于基波磁势与励磁磁势在空间的相对位置，取决于基波磁势与励磁磁势在空间的相对位置， 即决议于电枢电流和即决议于电枢电流和励磁电动势之间的相位角。励磁电动势之间的相位角。 假定：磁路不饱和，隐极式转子。 电枢磁势基波与励

9、磁磁势同转速、同转向、彼此坚持相对静止。影响电枢反响的有关量：影响电枢反响的有关量： 主磁路的饱和程度；主磁路的饱和程度； 、 之间的相位关系；之间的相位关系； 转子的构造方式；转子的构造方式；faFF 影响电枢反响的量22一、电枢电流 和励磁电动势 同相位1800时电枢反响 主极轴线与电枢A相绕组的轴线正交； A相励磁电动势的瞬时值达最大值； 电枢电流与励磁电动势同相位， 达最大值。 基波电枢磁势Fa的轴线与A相绕组轴线重合。 电枢磁势的轴线与转子的交轴重合；在恣意瞬间， 电枢磁势的轴线恒与转子交轴重合。 电枢磁势是交轴磁势；d轴q轴)(01fF)(aaF)(FA0Ed轴SNXAq轴nI0E

10、23交轴电枢反响：交轴电枢反响： 使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴线逆转向后移一个电角度；从而产生一定的电使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴线逆转向后移一个电角度；从而产生一定的电磁转矩；磁转矩； 合成磁场的幅值较转子励磁磁场有所添加增磁。合成磁场的幅值较转子励磁磁场有所添加增磁。24二、电枢电流 滞后励磁电动势 一个锐角时的电枢反响 主极轴线与电枢A相绕组的轴线正交； A相励磁电势的瞬时值达最大值； 电枢电流落后励磁电动势一个角； 基波电枢磁势Fa的轴线落后A相绕组轴线 角；电枢磁势的轴线落后转子交轴角；在恣意瞬间， 电枢磁势的轴线恒与转子交轴相差角。 电枢磁势可分解为交轴磁势和直轴磁势；d轴

11、I0ESNXAq轴nq轴)(01fF)(aaF)(FA25cossinIIIIIIIqdqdaqwaqdwadwaIpkNFIpkNFIpkNF11111135.135.135.1cossinaaqaadaqadaFFFFFFFFaq：交轴电枢反响； Fad：直轴电枢反响去磁d轴adFaqFq轴)(01fF)(aaF)(FA26电枢反响的总结 交轴的电枢反响使转子产生电磁转矩， 实现能量转换； 直轴电枢反响对气隙磁场起助磁或去磁的作用， 不产生转矩； 电枢磁动势和励磁磁动势间的夹角功率角会随着电机的运转情况改动。 电枢反响的性质也随负载的变化而变化。 27隐极同步发电机的负载运转 不计磁路饱和

12、， 磁道路性， 把主极磁势和电枢磁势的作用分别思索， 再利用叠加原理。 E 00aaaffEFIEFIE转子：定子：1隐极电机28按照规定的参考正方向，电枢绕组一相的电动势平衡方程：aaRIUEEE0UIaE0EEABCXI jE漏抗电动势写成漏抗压降方式，电枢反响电动势用电枢反响电抗压降方式表示aaXI jEXa为电枢反响电抗29ttaaaaaXI jUXI jRIURIXI jXI jURIEEUE 0Xt：为同步电机的同步电抗， 磁路不饱和时为常数。 UaRXEIUaRtX0EI隐极同步电机的等效电路图：隐极同步发电机等效电路30隐极同步电机的相量图作相量图时，我们以为发电机的端电压，电

13、枢电流，负载功率因数角以及同步电抗为知量，最终可以根据方程式求得励磁电势。隐极电机相量图可按以下步骤作出： 在程度方向作出相量 ； 根据j角找出 的方向并作出相量 ； 在 的尾端，加上相量 ； 作出由 的首端指向 尾端的相量，该相量便是 UIUtXI jUtXI j0E0EtXI jUI31 计及磁路饱和， 磁路非线性， 主极磁势和电枢磁势合成为气隙磁动势，再由此求出负载时的合成电动势。 E 00aaaffEFIEFIE转子：定子：F计饱和：隐极同步电机计及饱和时32双反响实际凸极同步电机普通情况：电枢磁动势在空间的恣意位置。普通情况：电枢磁动势在空间的恣意位置。分析方法：把电枢磁势分解成直轴

14、和交轴两个分量分析方法：把电枢磁势分解成直轴和交轴两个分量; 用对应的直轴磁导和交轴磁导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响分别算出直轴和交轴电枢反响; 最后把它们的效果叠加起来。最后把它们的效果叠加起来。 aFaFaF 凸极同步电机的气隙沿圆周不均匀：极面下的气隙较小， 两极之间气隙较大。 气隙磁导 ， 直轴磁导比交轴磁导大， 以1800电角度为一个周期。 同样大小的电枢磁动势作用在直轴和交轴上时， 所产生的电枢磁场有明显变化； /033双反响实际：对于在空间恣意位置的电枢磁动势Fa，将其分解成直轴和交轴两个分量Fad和Faq， 用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算出直轴和交轴电

15、枢反响; 最后把它们的效果叠加起来。34凸极同步电机 aqaqaqqadadaddEFIEFIE转子：定子：E00EFIffI利用双反响实际得到从电流建立磁场到感应电动势的过程：凸极同步发电机的负载运转。 35UIqE0EEABCdEaqqddaqdaqqaddaaqqaddRIXI jXI jURIXIIjXI jXI jURIXI jXI jXI jUE )( 0按规定的参考正方向， 电压方程为：qaqaqaqdadadadIFEIFEaqqaqaddadXI jEXjIEaaqadRIUEEEE0Xd：直轴同步电抗；Xq：交轴同步电抗 XdXq凸极机的电压方程36二、同步发电机的相量图t

16、aXI jRIUE 0隐极同步机：IU0EaRItXI j凸极同步机：aqqddRIXI jXI jUE0 dIIU0EaRIqIqqXI jddXI j37凸极机的相量图如何得到？qqqXIXIQRcoscossinarctanUIRUIXaqqQXI jRaIUE首先求出EQIdIqIU0EqqXI jddXI jQEqXI jRQ381容量基值 或 kVA2相电压基值 额定相电压V或kV3相电流基值 额定相电流A4阻抗基值 5转子角速度基值 式中nN的单位为r/minVA NNNbImUSPNbUU NbII /NNNbIUZZrad/s 60/2NNbn同步电机标么值基值39同步发电机

17、的运转特性空载特性：本质是电机的磁化曲线空载特性：本质是电机的磁化曲线短路特性：发电机在同步转速下，短路特性：发电机在同步转速下， 电枢线端三相稳态短路时，电枢线端三相稳态短路时， 电枢电流与励磁电枢电流与励磁电流的关系曲线。电流的关系曲线。 负载特性：转速为同步速度，负载特性：转速为同步速度， 负载电流和功率因数为常值时，负载电流和功率因数为常值时， 发电机的端电压发电机的端电压与励磁电流之间的关系曲线。与励磁电流之间的关系曲线。 外特性：在外特性：在nnN， If常数和常数和cos常数时，常数时， 端电压端电压U和负载电流和负载电流I的关系曲的关系曲线。线。 调整特性：在调整特性：在nnN

18、， U常数和常数和cos常数时，励磁电流常数时，励磁电流If和负载电流和负载电流I的关系。的关系。40空载特性空载特性可用实验测出， 也可用磁路计算得到。 具有磁滞景象同步发电机的空载损耗包括机械损耗pmec、定子铁耗pFe从不同励磁时拖动发电机所需的功率中扣除机械损耗后， 得到定子铁耗。41短路特性短路运转特性：短路运转时，Ik滞后于E0 近似90电角度，交轴分量Iq =0 ，其电枢反响表现为纯去磁作用。去磁作用减少了电机中的磁通，电机的磁通和感应电势较小，磁路处于不饱和形状，励磁电势和励磁电流之间在数量上呈线性关系，短路电流和励磁电流 在数量也呈线性关系。短路特性就是一条经过原点的直线。短

19、路特性： nnN，端电压U=0 ，电枢短路电流 IkfIfFf(If)U0Ik42特性三角形43短路实验短路实验时， 测出的拖动同步发电机所需功率为发电机的短路损耗， 包括：机械损耗、电枢绕组根本铜耗和短路杂散损耗从空载实验算出机械损耗和铁耗，短路实验测出定子铜耗和负载杂散损耗。从而得到发电机的总损耗。同步发电机的效率 NNNadmecfcuFeIUPpPpppppppcos3 1221当转速为同步转速、端电压为额定电压、功率因数为额定功率因数时，发电机的效率与输出功率当转速为同步转速、端电压为额定电压、功率因数为额定功率因数时，发电机的效率与输出功率的关系曲线，称为电机的效率特性。的关系曲线

20、，称为电机的效率特性。 44零功率因数负载特性cosj=0 的负载为纯电感负载， 即y=90度。负载特性：负载特性：Ia =常数，功率因数常数，功率因数cosj=常数时，端电压常数时，端电压UfIf。 其中当其中当cosj=0时一条负载特性称为零功率因数特性。时一条负载特性称为零功率因数特性。45ddXI jEU, , 0具有一样相位。写出代数方程：ddfddIXIEIXEU)(00磁动势间和电动势间的关系：afdFFFIxUE046v 零功率因数负载特性与空载特性之间相差一个特性三角形。由电枢电流对应的等效励磁电流和漏抗压降IaX构成其中的两条边v 测取零功率因数负载特性时电流I为恒值， 该

21、特性三角形大小不变。 DE反之，反之， 可以由空载特性和特性三角形求取零功率因数负载特性。可以由空载特性和特性三角形求取零功率因数负载特性。 保梯保梯Potier)电抗：思索转子漏磁影响，电抗：思索转子漏磁影响， 空载特性和零功率因数负载特性间的特性三角形是逐空载特性和零功率因数负载特性间的特性三角形是逐渐变动的。渐变动的。 在在UUN一点上得到的特性三角形称为保梯三角形，一点上得到的特性三角形称为保梯三角形， 对应的漏抗称为保梯漏抗。对应的漏抗称为保梯漏抗。 47同步发电机的外特性v对于感性负载(j0,y90 )，在励磁电流不变的情况下，随着电枢电流的增大，电枢反响的去磁作用的加强，漏抗压降

22、的增大，同步电机的外特性是下降的曲线。 v对于j0,y90 的容性负载，电枢反响表现为增磁作用，随着电枢电流的增大，端电压反而增大。外特性：外特性：n=n1, If=常数常数,cosj=常数的条件下，同步发电机作单机运转时常数的条件下，同步发电机作单机运转时,端电压端电压U随负载电流随负载电流 而变化的关系而变化的关系,即即U=f(I )曲线。曲线。48额定励磁电流：调理发电机的励磁，使其在额定负载额定励磁电流：调理发电机的励磁，使其在额定负载I IININ，coscoscosN cosN 时电机时电机端电压为额定电压时的励磁电流。端电压为额定电压时的励磁电流。 发电机的端电压随着负载电流的改

23、动而变发电机的端电压随着负载电流的改动而变, ,坚持额定运转时的励磁电流坚持额定运转时的励磁电流IfN IfN 和转速和转速nN nN 不变不变, ,将发电机的完全卸载将发电机的完全卸载, ,发电机的端电压将由发电机的端电压将由 UN UN变化为励磁电势变化为励磁电势E0 E0 ，电压变化的，电压变化的幅度可以用电压调整率来表示幅度可以用电压调整率来表示 U U是发电机的性能目的之一，按国家规范规定是发电机的性能目的之一，按国家规范规定 应不大于应不大于40% 40% 。 电压调整率%1000NNUUEU49调整特性调整特性调整特性 ：当：当n nnNnN，U U常数，常数， cos cos常

24、数时，常数时， 励磁电流励磁电流IfIf和负载电流和负载电流I I的关系的关系曲线曲线IfIff fI I。8 . 0cos1cos8 . 0cos滞后超前NIIfI0对于感性和纯电阻负载， 调整特性呈上升趋势；对于容性负载， 调整特性呈下降趋势；50同步发电机的直轴同步电抗和短路比由空载和短路特性确定Xd的不饱和值 短路时， 合成磁动势很小，按线性磁路思索。 任取一励磁电流Ifk, 在气隙线和短路特性上查出励磁电动势E0和短路电流IkkdIEx0由空载和零功率因数负载特性确定Xd的饱和值 电机在额定电压下负载运转时， 磁路处于饱和形状。 近似地取零功率因数负载特性上IIN和UUN运转形状下地

25、气隙磁动势作为发电机额定运转时饱和程度地根据。 51IfUI=0I=INoATKLBCUNB：电机在输出UN时在空载特性上对应的E值点；OT: 该饱和度下的假想线性化空载特性TAxIEdN0AKTAIUxxNNdd/)/(52短路比在一个能产生空载电动势E0等于额定电压的励磁电流If0下进展三相稳态短路实验， 得到的稳态短路电流Ik0与发电机的额定电流IN的比值。即：产生空载额定电压和产生额定短路电路所需的励磁电流之比。 )()(00/0NkNIIfkUUfNkIIIIkc计及饱和影响的电机参数。 气隙线空载特性短路特性IfkIf0If0E0UNINIkN53稳态参数的测定转差法测定Xd和Xq

26、： 励磁绕组开路， 被试电机拖到接近同步速， 在电枢绕组上外施三相对称低电压约0.1UN， 保证电机不牵入同步), 外施电压的相序使定子绕组旋转磁场的转向与转子转向一样。 电机实践转速略小于同步转速， 电枢磁势以sn1的速度擦过转子外表。记录电枢电压、电枢电流以及转子感应电压的波形。 54Fa对准直轴时， 电枢反响电抗大， 电流小，电枢端电压大由于供电线路的压降，转子感应电压为零；Fa对准交轴时， 电枢反响电抗小， 电流大，电枢端电压小，转子感应电压最大。 maxminminmax/IUxIUxqd55提高了供电的可靠性；提高了供电的经济性和灵敏性；提高了供电质量同步发电机的并联运转56并结合

27、闸的条件:发电机和电网衔接的相序应一样；发电机和电网的频率应一样；发电机和电网的电压波形应一样；发电机和电网电压的大小和相位一样；57投入并联进展的调理和操作过程称为同步过程。同步方法： 准同步法， 自同步法投入并联的方法准同步：把发电机调整到完全符合投入并联条件再进展并结合闸。 分交叉接法和直接接法58l频率不等时,三个灯同时呈现时亮时暗的景象 ;调理发电机的转速，直到三个灯的亮度不再闪烁 ;l调理发电机电压的大小和相位(相位可经过调理发电机的瞬时速度来调整)，直到三个灯同时熄灭 .灯光熄灭法灯光熄灭法 59交叉接法旋转灯光法AUBUCUAUBUCU11l灯光顺时针或逆时针旋转， 阐明发电机

28、的输出频率与电网不一致。l当发电机的频率接近电网频率时， 可察看到灯光的旋转越来越慢， 在第一对相灯全暗的瞬间合闸， 将电机并入电网。 l依托电机的自整步作用， 将电机牵入同步。 调理发电机的转速调理频率；调理发电机的转速调理频率；调理发电机的励磁调理电压；调理发电机的励磁调理电压；60自整步法v 在相序一致的情况下将励磁绕组经过适当的电阻短接；用原动机把发电机拖动到接近同步速(相差25)；在没有接通励磁电流的情况下将发电机接入电网；v 再接通励磁并调理励磁强弱，依托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。留意：励磁绕组必需经过一限流电阻短接。由留意：励磁绕组必需经过一限流电阻短接

29、。由于直接开路，将在其中感应出危险的高压；直于直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。电流。自同步法的优点：操作简单，方便快捷；自同步法的优点：操作简单，方便快捷；缺陷：合闸时有冲击电流。缺陷：合闸时有冲击电流。 61同步发电机的功率和转矩方程1功率平衡式同步发电机由原动机拖动，从转子轴上输入机械功率P1，从定子输出电功率P2。 P1PemP2pmecpFe，padpcu162功率平衡式：aemcuemadFemecemRmImUIPpPPpppPP2121cos)(转矩平衡式：)(1adFemecemTTTT

30、T63当忽略电枢绕组损耗时， 功角特性 Pemfsincos)sinsincos(cos)cos(cos2dqemmUImUImUImUImUIPPqqddXUIXUEIsincos02sin)11(2sin20dqdemXXUmXUEmPIdIqIU0EqqXI jddXI jQEqXI jRQ64对于隐极机， XdXqXt，只需根本电磁功率 2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUEmPsin0temXUEmP根本电磁功率附加电磁功率65同步电动机的电磁转矩：同步电动机的电磁转矩：凸极机：2sin)11(2sin1210dqdemXXUmXUEmT隐极机：sin10temXUEm

31、T66附加转矩的作用 当转子轴线与旋转磁极的轴线重合， 只需径向磁拉力， 无切向磁拉力， 转子无电磁转矩； 转子转过一定角度，旋转磁场磁通力图经过磁阻最小的途径， 气隙磁场扭曲， 旋转磁场与转子间除了径向力， 还有切向力， 构成电磁转矩。 隐极转子气隙不会扭歪， 所以没有电磁转矩。 磁阻转矩磁阻转矩67功角、矩角特性：功角、矩角特性：凸极机的电磁转矩包含有根本分量和附加分凸极机的电磁转矩包含有根本分量和附加分量；量；MTMP电动机发电机隐极机MPMT电动机发电机MPMPMP 凸极机68与大电网并联时有功功率调理和静态稳定 同步电机空载运转，不输出有功功率，0, 0, 0ememTP 添加原动机

32、输入功率， 转子加速， 转子磁势Ff超前合成磁场， 电机向电网输出一定的有功功率。要添加发电机的输出有功功率， 必需添加原动机的输入功率， 使功率角增大。 ememTP ,090fFB0EtXI jUaIUBfF0EtXI jaI69当900， 电磁功率和电磁转矩到达最大值。 temtemXUEmTXUEmP10max0max静态稳定运转的条件：ememTP ,09000ddPddTemem70静态稳定静态稳定71比整步转矩功率：比整步转矩功率： 表示同步电机抗干扰坚持稳定运转才干的强弱。表示同步电机抗干扰坚持稳定运转才干的强弱。 coscos010temsyntemsynXUEmddPPXU

33、EmddTT隐极机：凸极机：2cos)11(cos1210dqdsynXXUmXUEmT2cos)11(cos20dqdsynXXmUXUEmPddPem比整步功率72过载才干过载才干：最大电磁功率与额定功率的比值。NNttNemMxUEmxUEmPPksin1sin00max731、凸极机功角特性中，两个分量的大小比较 ；2、不同励磁时功角特性的变化；3、有功功率调理时， 无功功率的变化情况；4、同步电机的圆图；5、静态稳定和动态稳定与大电网并联运转补充阐明2sin)11(2sin20dqdMXXUmXUEmP74无功功率调理和V形曲线以忽略电枢电阻和磁饱和影响的隐极机为例。以忽略电枢电阻和

34、磁饱和影响的隐极机为例。电网电压、频率不变， 发电机在理想条件下并结合闸： 合闸后， 电枢电流为零， 此时的励磁电流称为正常励磁电流。发电机没有有功负载， 也没有无功负载。 坚持原动机输出不变， 励磁电流调大， 称为过励磁。发电机送出滞后的无功电流，产生去磁的电枢反响 坚持原动机输出不变， 励磁电流调小，称为欠励磁。发电机送出超前的无功电流产生助磁的电枢反响75 以忽略电枢电阻和磁饱和影响的隐极机为例。以忽略电枢电阻和磁饱和影响的隐极机为例。在原动机输入有功功率P1， 发电机输出有功功率， 且坚持不变的情况下，忽略电枢绕组损耗， 有2210cossinCmUIPCXUEmPtem当磁路不饱和，

35、 电网电压U、同步电抗Xt不变 常数常数，cossin0IE76IU0EtXI j1coscI20sincEI0EtXI j tXI j 0E I tXI j 0E I 77 电流与电压同相时， 0， cos 1，发电机输出有功，电流最小， “正常励磁。 励磁增大， E0增大， I增大，并落后于电压，发电机输出滞后的无功功率；发电机处于“过励形状； 励磁减小， E0减小， I增大， 但超前电压， 发电机输出超前的无功功率；发电机处于“欠励形状； 当励磁电流减小， 与 垂直， 900， 到达静态稳定极限。 0EU调理励磁电流的景象78二、V形曲线发电机在原动机输入功率恒定、电网电压恒定时， 电枢

36、电流和励磁电流之间的关系曲线， 外形如“V， 称V形曲线。 每一条V形曲线的最低点， 表示 ， 相应的励磁形状为正常励磁右斜？。 正常励磁左为欠励区， 功率因数超前；右为过励区， 功率因数滞后； 在欠励区，励磁电流过小， 900对应静态稳定极限。 输出功率的增大， 曲线往上移。 1cosfII02P1cos2P2P 22PP 090欠励过励滞后超前正常励磁电网电压发生动摇时，V型曲线如何变化？79 同步发电机在原动机输入功率不变的情况下， 调理励磁电流可以改动功率因数； 在励磁电流不变的情况下， 改动原动机输入功率， 不仅有功功率发生变化， 无功功率也会发生变化。 结论80同步电动机和同步伐相

37、机同步电动机作为一种恒速电动机广泛用以拖动大容量恒速机械。优点：功率因数可以调理以改善电网的功率因数缺陷：比异步电动机结果复杂，造价高同步伐相机：本质是空载运转的同步电动机，专门用来产生无功功率，改善电网的功率因数。81发电机转变为电动机的过程N0SNS0nT1TemN0SS0NnT1N0SS0NnTemTZ 发电机形状电动机形状82当同步发电机转变为同步电动机时功率角、电磁转矩和电磁功率由正值变为负值，当同步发电机转变为同步电动机时功率角、电磁转矩和电磁功率由正值变为负值， 机机电能量转换过程发生逆变。电能量转换过程发生逆变。 sin,cos01temXUEmPmUIP83(a)为过励磁电流

38、， 0, 无功功率是正值，表示同步电动机从电源吸收无功功率；84同步电机运转方式的判据 无论用发电机惯例还是用电动机惯例，一台同步电机终究是发电机还是电动机运转的判别关键： 转子励磁磁动势是超前气隙磁通密度，还是滞后于它 超前时，是发电机运转， 滞后时，是电动机运转。85同步电动机的电动势方程UIaE0EEABC按照规定的参考正方向，电枢绕组一相的电动势平衡方程：aaaRIEERIEEEU0XI jE漏抗电动势写成漏抗压降方式，电枢反响电动势用电枢反响电抗压降方式表示aaXI jEXa为电枢反响电抗86ttaXI jEXI jRIEU00Xt：为同步电机的同步电抗， 磁路不饱和时为常数。 Ua

39、RXEIUaRtX0EI隐极同步电机的等效电路图：87UIqE0EEABCdE按规定的参考正方向， 电压方程为：aqqddaqdaqqaddaaqqaddRIXI jXI jERIXIIjXI jXI jERIXI jXI jXI jEU000 )( qaqaqaqdadadadIFEIFEaqqaqaddadXI jEXjIEaaqadRIEEEEU0Xd：直轴同步电抗；Xq：交轴同步电抗 凸极机的电压方程88二、同步电动机的相量图taXI jRIEU0 隐极同步机：IU0EaRItXI j凸极同步机：aqqddRIXI jXI jEU0 IU0EaRIdIqIqqXI jddXI j89同

40、步电机的功角特性一、功角特性和矩角特性：一、功角特性和矩角特性：1功率平衡式同步电动机正常任务时， 定子从电网吸收电功率，转子轴上输出机械功率。 P1PemP2pcu1pFeppf902121cosPppPpPPRmIpmUIPFeemcuemacu输入功率：定子绕组铜耗：电磁功率： 运转特性包括：任务特性、起动和调速。任务特性指U和If为常数时， Tem、I、cos、 、n等与输出功率的关系。 91当忽略电枢绕组损耗时， sincos)sinsincos(cos)cos(cos1dqMmUImUImUImUImUIPPIdIqIU0EqqXI jddXI jQEqjIXRQqqddXUIXU

41、EIsincos02sin)11(2sin20dqdMXXUmXUEmP功角特性92同步电动机的电磁转矩：同步电动机的电磁转矩：凸极机：2sin)11(2sin1210dqdMXXUmXUEmT隐极机：sin10tMXUEmT93功角、矩角特性：功角、矩角特性： 发电机形状发电机形状0； 凸极机的电磁转矩包含有根本分量和附加分凸极机的电磁转矩包含有根本分量和附加分量；量；MTMP发电机电动机隐极机MPMT发电机电动机MPMPMP 凸极机94同步电动机的任务特性 不同励磁时的功率因数特性 95二、有功功率的调理和静态稳定 同步电机空载运转，0, 0, 0ememTP 负载添加，转子减速， 转子磁

42、势Ff滞后合成磁场， 电机输出一定的功率和转矩。同步电动机的有功功率调理，取决于总负载转矩的变化 ， 电动机自动改动角， 调整从电网吸收的有功功率。 fFB0EtXI jUUBfF0EtXI jememTP ,09096 同步电机的无功功率调理以隐极机为例。在恒转矩负载运转时，忽略电枢绕组损耗， 有21110cossinCmUIPPCXUEmTemtem当磁路不饱和， U、Xt不变 常数常数，cossin0IE97IU0EtXI j1coscI2sin0cEI0EtXI j tXI j 0E I tXI j I 0E 98 电流与电压同相时， 0， cos 1，电动机吸收有功，电流最小， “正

43、常励磁。 励磁增大， E0增大， I增大，并超前电压，电动机吸收超前的无功功率， “过励； 励磁减小， E0减小， I增大， 但落后电压， 电动机吸收滞后的无功功率，“欠励； 当励磁电流减小， 与 垂直， 900， 到达静态稳定极限。 0EU调理励磁电流的景象99二、V形曲线电动机在输出功率恒定、电网电压恒定时， 电枢电流和励磁电流之间的关系曲线， 外形如“V， 称V形曲线。 每一条V形曲线的最低点， 表示 ， 相应的励磁形状为正常励磁。 正常励磁左为欠励区， 功率因数滞后；右为过励区， 功率因数超前； 在欠励区， 900对应静态稳定极限。 输出功率的增大， 曲线往上移。 1cosfII0em

44、P1cosemPemP emPemP 090欠励过励导前滞后正常励磁100 同步电机的起动同步电动机在定子旋转磁场和转子励磁磁场同步旋转， 两者相对静止时， 产生平均电磁转矩。 假设把同步电动机直接投入电网并加上励磁电流？N0SS0NnTemN0NS0SnTem转子遭到的平均转矩为转子遭到的平均转矩为0， 同步电动机不能直接起动。同步电动机不能直接起动。 101起动的方法：异步起动、辅助电机起动和变频起动。起动的方法：异步起动、辅助电机起动和变频起动。异步起动：利用转子上的阻尼绕组产生异步转矩，异步起动：利用转子上的阻尼绕组产生异步转矩， 使转子转动。使转子转动。 注：与异步电机注：与异步电机

45、的区别的区别起动过程：励磁绕组经过一个电阻短路限制电流，经过阻尼绕组产生感应电势、电流起动过程：励磁绕组经过一个电阻短路限制电流，经过阻尼绕组产生感应电势、电流和电磁转矩，和电磁转矩， 使电机旋转；接近同步速时，使电机旋转；接近同步速时， 接入励磁电流，接入励磁电流， 牵入同步。牵入同步。 102103辅助电机起动：用容量为辅助电机起动：用容量为515、同步转速和同步电动机转速一样的异步电动机拖动、同步转速和同步电动机转速一样的异步电动机拖动同步电动机到接近同步速后，同步电动机到接近同步速后， 将同步电动机投入电网。将同步电动机投入电网。 适用于轻载。适用于轻载。 变频起动：逐渐升高电源频率，变频起动：逐渐升高电源频率， 使转子在低速起动，使转子在低速起动， 转速随频率的升高而升高直至转速随频率的升高而升高直至到达同步转速。到达同步转速。 经过改动旋转磁场的转速产生同步转矩使转子转动。经过改动旋转磁场的转速产生同步转矩使转子转动。 同步机起动104调相机同步补偿机同步补偿机，就是不带机械负载的同步电动机。电网担负滞后功率因数的负载时，同步电动机采用过励磁运转电网担负超前功率因数的负载时，同步电动机采用欠励磁运转。要求励磁电流能自动调理作用：受电端补偿、中间端补偿105不对称运转的分析方法 采用对称分量法：将不对称的电压和电流分解出正、负、零