电机学同步电机第六章第7讲

1、电机学自动化学院电气工程系罗 玲324房间88431336(O)，2016. 11上讲内容上讲内容 电压调整率和额定励磁磁势的求法电压调整率和额定励磁磁势的求法同步发电机稳态参数的测定同步发电机稳态参数的测定同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行功率关系功率关系同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行 并联的条件并联的条件并联的方法并联的方法本讲内容本讲内容 电磁功率方程、转矩平衡方程电磁功率方程、转矩平衡方程功角特性功角特性有功功率调节和静态稳定有功功率调节和静态稳定无功功率调节和无功功率调节和V V形曲线形曲线1 1功率和转矩平衡方程功率和转矩平衡方程 功率流程功率流程1PmecpFep

2、adp1PemP2PemP2P1cup211emcumecFeadPPpPppp1 1功率和转矩平衡方程功率和转矩平衡方程 电磁功率方程电磁功率方程212cosemcuaPPpmUImI RjIXEicosimE I(cos)amI UIR1PmecpFepadp1PemP2PemP2P1cup1.11.1电磁功率方程电磁功率方程 不饱和的隐极电机不饱和的隐极电机0aaEUIRjIXjIXaEUIRjIX0coscosiEEjIXEi 不饱和的隐极电机不饱和的隐极电机0coscosiEE0cosemPmE IcosemiPmE I1.11.1电磁功率方程电磁功率方程 1.11.1电磁功率方程电

3、磁功率方程 jIXEicosemiPmE I隐极电机隐极电机0cosemPmE I 不饱和的凸极电机不饱和的凸极电机aEUIRjIX0addqqEUIRjI XjI XUIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.11.1电磁功率方程电磁功率方程 不饱和的凸极电机不饱和的凸极电机0coscos()cosiQdddqEEEI XI XUIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.11.1电磁功率方程电磁功率方程 不饱和的凸极电机不饱和的凸极电机cosemiPmE I0cos()cosiddqEEIXX0cos()

4、emdqdqPmE ImI IXX0()cosemddqPmI EIXX1.11.1电磁功率方程电磁功率方程UIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.21.2转矩平衡方程转矩平衡方程 1()emmecfeadPPppp10emTTT等式两端同除以转子机械角速度等式两端同除以转子机械角速度1PmecpFepadp1PemP2PemP2P1cup2 2功角特性功角特性 电磁功率与功率角之间的关系电磁功率与功率角之间的关系功率角？功率角？2 2功角特性功角特性 2.1 2.1 功率角功率角励磁电动势和电压之间励磁电动势和电压之间的夹角，用的夹角，用表示。

5、表示。物理意义是什么？物理意义是什么？2 2功角特性功角特性内功率角：励磁电动势和内功率角：励磁电动势和气隙合成电动势之间的夹气隙合成电动势之间的夹角，用角，用i i表示。表示。内功率角内功率角i i又又表示表示励磁磁励磁磁动势和气隙合成磁动势之动势和气隙合成磁动势之间的夹角间的夹角。2 2功角特性功角特性aEUIRjIX忽略电阻和漏抗压降忽略电阻和漏抗压降EUi2 2功角特性功角特性功率角功率角：可近似认为是：可近似认为是Ff和和B之间的空间相角差之间的空间相角差i即主磁极轴线和气隙合成即主磁极轴线和气隙合成磁场轴线之间的夹角磁场轴线之间的夹角 2 2功角特性功角特性 转子主极轴线超前气隙合

6、成磁场轴线转子主极轴线超前气隙合成磁场轴线i i角，则磁通从主极发出后向角，则磁通从主极发出后向后扭斜，产生的切向电磁力使转子受到一个制动的电磁转矩，它与后扭斜，产生的切向电磁力使转子受到一个制动的电磁转矩，它与原动机的驱动转矩相平衡，从而将转轴输入的机械能转换为定子绕原动机的驱动转矩相平衡，从而将转轴输入的机械能转换为定子绕组输出的电能，实现机电能量转换。组输出的电能，实现机电能量转换。 i i=称为功率角称为功率角2 2功角特性功角特性2.22.2功角特性功角特性221cosemcuaPPpmUImI R忽略电枢忽略电枢 绕组铜耗绕组铜耗2cosemPPmUI1PmecpFepadp1Pe

7、mP2PemP2P1cup2 2功角特性功角特性coscos()coscossinsinemPmUImUImUImUIqIdIcossinemqdPmUImUI2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUIsinqqI XUsin/qqIUX2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUI0sddI XEUco0(s )/ddIEUcoX2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUI0(s )/ddIEUcoXsin/qqIUX20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX2 2功角特性功角特性20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX励

8、磁（基本）电磁功率励磁（基本）电磁功率凸极（附加凸极（附加/ /磁阻）磁阻）电磁功率电磁功率2 2功角特性功角特性20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX励磁（基本）电磁功率励磁（基本）电磁功率0 0隐极同步电机隐极同步电机qdXX2 2功角特性功角特性0sinemtE UPmX隐极同步电机隐极同步电机2 2功角特性功角特性凸极同步电机凸极同步电机02sin11()sin22emdqdE UPmXUmXX2 2功角特性功角特性凸极同步电机凸极同步电机20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX没有励磁电流，甚至于没有励磁绕组情况没有励磁电流，甚至于没有励磁绕组情

9、况下，能通过磁阻功率实施机电能量转换，下，能通过磁阻功率实施机电能量转换，这是凸极同步电机独有的运行特点。这是凸极同步电机独有的运行特点。2 2功角特性功角特性相同条件下：相同条件下：凸极电机的最大电磁功率大于隐极电机凸极电机的最大电磁功率大于隐极电机凸极电机最大电磁功率对应的功率角小于凸极电机最大电磁功率对应的功率角小于9090度度2 2功角特性功角特性 只有当交轴电流分量不等于零，功率角只有当交轴电流分量不等于零，功率角才不等于零，电机才有电磁功率产生。才不等于零，电机才有电磁功率产生。 交轴电枢反应是电机实施交轴电枢反应是电机实施机电能量转换的基本条件机电能量转换的基本条件20sin11

10、()sin22emdqdE UUPmmXXX3 3有功功率调节和静态稳定有功功率调节和静态稳定 3.13.1有功功率调节有功功率调节 以隐极电机为例以隐极电机为例不计饱和影响，忽略电枢电阻不计饱和影响，忽略电枢电阻视电网为视电网为“无穷大电网无穷大电网”，即，即U U和和f f保持恒定保持恒定 3.13.1有功功率调节有功功率调节（1 1）发电机并入电网但不输出有功功率时发电机并入电网但不输出有功功率时原动机输入的功率恰好补偿各原动机输入的功率恰好补偿各种损耗，种损耗，=0=0，P Pemem=0=0 。可能可能E E0 0UU而有电流输出，但而有电流输出，但是无功电流，即只有直轴分量是无功电

11、流，即只有直轴分量I Id d，而没有交轴分量，而没有交轴分量I Iq q 。 3.13.1有功功率调节有功功率调节（2 2）增加原动机输入功率）增加原动机输入功率P P1 1增大输入转矩增大输入转矩T T1 1，使，使T T1 1T T0 0，则转轴，则转轴上就会出现剩余转矩上就会出现剩余转矩转子瞬时加速，并使发电机的转子瞬时加速，并使发电机的励磁磁动势励磁磁动势F Ff f开始超前于气隙合开始超前于气隙合成磁场成磁场B B 3.13.1有功功率调节有功功率调节（2 2）增加原动机输入功率）增加原动机输入功率P P1 1励磁电动势励磁电动势E E0 0就会超前于电机端电就会超前于电机端电压亦

12、即电网电压压亦即电网电压U U一个一个角角 P Pemem00，发电机开始向电网输出有功，发电机开始向电网输出有功电流，即出现交轴分量电流，即出现交轴分量I Iq q，从而转子，从而转子会受到相应的电磁转矩会受到相应的电磁转矩T Temem的制动作用的制动作用 3.13.1有功功率调节有功功率调节（2 2）增加原动机输入功率）增加原动机输入功率P P1 1当当增大到某一数值增大到某一数值a a使电磁转矩使电磁转矩T Temem正好与剩余转矩正好与剩余转矩T T1 1-T-T0 0相等时，相等时，转子便不再加速，而平衡在功率角转子便不再加速，而平衡在功率角a a处处 原动机输入的有效机械功率与电

13、机原动机输入的有效机械功率与电机输出的电磁功率平衡输出的电磁功率平衡 3.13.1有功功率调节有功功率调节u 要增加发电机输出功率要增加发电机输出功率( (有功功率有功功率) )，就必须增加原动机输入功率，使电机就必须增加原动机输入功率，使电机的功率角的功率角增大增大 3.13.1有功功率调节有功功率调节l当当角增至角增至9090使输出电磁功率达使输出电磁功率达最大值最大值P Pemmaxemmax时，若继续增加输入时，若继续增加输入功率，则输入和输出之间的平衡关功率，则输入和输出之间的平衡关系被破坏，电机亦无力自行维持平系被破坏，电机亦无力自行维持平衡，致使电机转子不断加速并最终衡，致使电机

14、转子不断加速并最终失步，对电网的稳定运行构成冲击。失步，对电网的稳定运行构成冲击。l继续增加原动机输入功率，继续增加原动机输入功率，角随之会进一步增角随之会进一步增大，输出电磁功率也会进一步增加。大，输出电磁功率也会进一步增加。 3.23.2静态稳定静态稳定l静态稳定：静态稳定： 当电网或原动机偶然发生微小扰动时，若在当电网或原动机偶然发生微小扰动时，若在扰动消失后发电机能自行回复到原运行状态扰动消失后发电机能自行回复到原运行状态稳定运行；稳定运行；l静态不稳定：静态不稳定： 不是静态稳定不是静态稳定 3.23.2静态稳定静态稳定A:A:输入功率为输入功率为P PT T，稳态运行，功率角，稳态

15、运行，功率角 A:A:输入功率波动，输入功率波动，P PT T, , 功率角增加功率角增加 B B点：稳态运行，点：稳态运行，P PT T + + P PT T = P= PemBemB3.23.2静态稳定静态稳定B B点：输入功率波动消失，输入功率恢复为点：输入功率波动消失，输入功率恢复为P PT T ，P PT T P PemBemB, ,动转矩为制动转矩，转子减速，动转矩为制动转矩，转子减速，功率角减小功率角减小A:PA:PT T, , 3.23.2静态稳定静态稳定C C点：点： P PT T + + P PT T, , + + D: PD: PemDemDP180180，P Pemem01.71.7，即额，即额定负载时最大