2017国网新增内容电机学电子课件

§4.1同步电机概 的中心区.励磁绕组通入励磁电流后,沿转子圆周也会N和S极.图4- 隐极式转年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 =2.5~6.5,且容量愈大比值愈汽轮发（如图4-主要结转子、端盖和轴承图4-2年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 定子大体上与异步电机相同,定子铁心由0.35mm,0.5mm或其度的电工定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m时，采BF年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 转汽轮发电机转子结构散件示意图见图4-采用隐极式转子,外形常做成一个细长的:年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 端盖和轴年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 三.凸极同步电机（卧式、立式支撑支撑卧式、立式支撑.立式水轮发电机据推力轴承的不位置又分:悬式（推力轴承在转子上部)、伞式水轮发极数多,直径大,轴向长度短,整个转子在外形上与机大不相同.大多数水轮发电机为年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 定子水轮发电机的直径很大,定子铁心由扇形电工钢片拼装叠为了散热的需要,定子铁心中留有径向通转子.年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 转子铁；由厚度为1--3mm的钢片叠；

图4-4极式转年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 励磁绕NS图4- 吊装中的水轮发电机转年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 同步电机的励磁一.励磁方获得励磁电流的方法称为励;年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 二.直流励磁机励磁（图4-图4-6年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 三.静止整流器励()-）与传统直流系统的区别：变直流励磁机为交流决了换向器火花问年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 图4-7静止整流器励年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 四.旋转整流器-8年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 图4-8旋转整流器励磁统年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 同步电机的冷却冷却方式主要有以下空气冷却、氢外冷却、水冷却、超导同步电机的额一.额定额定电压UN(V,kV指额定运行时定子输出端的额定电流IN(A指额定运行时定子的额定功率因数cosN：额定运行时电机的功年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 额定效率N电机额定运行时的额定容量SN：SN 3UNI 单位为VA,KVA,MVA；对调相机为线端额定无功功单位为Var,kVar,MVar额定功率PN发电机指额定输出有功电功P =SNcosN 3UNINcos年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 电动机指轴上输出的额定机PN 单位为W额定频率额定运行时电机电枢输出端电能的频率规定为50Hz额定转额定运行时电机的转速,即同步转速

我国标准年月日星期三

第四 同步电 §4.1同步电机概 二.国产同FQQSTDTLDTDGTL步电动机。同步补偿机为TT举例来说S-2表示容量为300W041246。年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 §4.2同步电机的运行同步发电机空载特n=n1,定子电流)=0E0f(If 由于 If 具有类似的变化规图同步电机的空载特年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 空载运行时空矢量年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 对称负载时.0Fa和Ff1之间的相对位置，这一相对位置仅与时间相量E0I之间的相位差相关连。称为内功率因数角，其大小由负载的性质决定。E前大于0。0年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 时空矢量时空矢量图－时间电量与空间磁场量之间的相时间E0I:定子

年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 空间 时间q轴 F

EAEAE dd年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 同步电机的电a电机原理 b时-空矢量Ff1及0在d轴上，E0在q轴上,Fa与Ia重合。将Fa分解为直交轴两个分量Fad和F 年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 隐极同步发电机的同步分析前提:磁路F EF特点一.电磁关转子励磁 FfFf10 Ia .a=-j.XaE E=-定子电枢Xa电枢反应电抗X年月日星期三

第四 同步电 二.电势方

同步电机的运行原 I. UIR

. . E=E0+Ea .aU+IRa =U+IRaXt=X+

图4-Xt--隐极机同步电抗，表征对称稳态运行时电枢反应场和漏年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 应的电磁参数三.相量图：如右图4- ★由给定的功率因数cos及U、I ★在U末端

及 0.★求 .

.jIXaE★由

图4-.

I

与Fa

.. 年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 及E0的求取 与I之间的夹 :U与I之间的夹矢量法：利用电势平衡方程求解设U或I初相角为0矢量运算标量法：根据相量图进行代数运算，运算简tan=IXt+UsinIRa+UcosEo=Ucos+IRacos+IXtsin年月日星期三

第四 同步电 五.等效电~

.

.I.U ..~ ..

.U年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 凸极同步发电机的负载双反应理

Fa

I

I

Fa

II Fad

IqFaq

Ea Eaq年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 不饱和时转子励磁 Ff

I

ad

E E=- E=.

=E+E.+E.+E=.+IR. . ..

ad .q E

.

.ad=-

Eaq=-年月日星期三

第四 同步电

§4..

同步电机的运行原E0=U+IRa+jIX+jId Xad直轴电枢反应电抗Xaq交轴电枢反应电抗年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 三.相量★见图4-20，由电势平衡方程直接★相量图的实际作已知U、Icos、Xaq、Xad应先通过已知条件求出相量图的实际作图见图4-RQ=IqXq由已知条件画出U、 +

.作出EQ=

Ra OQ与I的夹角即为年月日星期三

第四 同步电

.E

..E E

.jI.U.U..

.I.

q.U.U..

.I.

图4-20不计饱和时凸极同步发电机作此图时假设为已知，可先作出Id及年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 X XI分解为Id T.

.

.RX=

STsin

. =IdX =IX

sin

.I图4-21不计饱和时

.年月日星期三

第四 同步电 §4.2同步电机的运行原 及E0的求取 0 I之间的0.:U与I之间的夹 =-矢量法：设U或I初相角为0 . 方程EQ=U+IRa+jIXq,求解平衡方程进行矢量标量法：根据相量图进行代数运算，运算简tan=IXqIRaEo=Ucos+IRacos年月日星期三

第四 同步电 §4.3同步发电机的运§4.3§4.3同步发电机的运同步发电机一.空载特同步电机励磁电

（E0=UN时的励磁电流其它参量选取与前面其它电年月日星期三

第四 同步电 §4.3发电机的运行特

图4-

空载特性的实验测年月日星期三

第四 同步电 §4.3发电机的运行特E0'=f(Ff年月日星期三

图4-24b三根空载特性线图4-24空载特性第四 同步电 §4.3发电机的运行特为校正值,再将原实测曲线整体右移得工程中实用的校正曲三根空载特性曲线(图4-★电机空载，I=0，为空载特性"★电机负载，且饱和时等效线性化空载特性,E0"★电机负载，但不计饱和时为气隙线E0'=f(Ff年月日星期三

第四 同步电 二.短路特§4.3发电机二.短路特2、短路时（U=O）电动势方隐极机：

凸极机

E=E0+Ea=U+IKRa+jIK E=U+IRa+jIXjIK. E=E0+Ead+Eaq

X很小，F‘很小IK，电机磁路年月日星期三

第四 同步电 §4.3发电机的运行特短路特性曲线(图4-分析：已知当Ra=0时，隐极机0=UIKa+jIKXtjIKXt 900,电枢磁势基本上为纯直.年月日星期三

第四 同步电 凸极§4.3发电机的运行凸极 E0=U+IRa+jIX+jIdXad =U+IRa+jIdXd不饱和.=jIKXd不饱 Xaq

-

数值上又因磁路不饱和，F‘ F’I故有FI即. .IK短路特年月日星期三

第四 同步电 §4.3发电机的运行特稳态短路时 作用，电磁通和感应 I稳态短路没

短路特IIIf图4- 短路特年月日星期三

第四 同步电 4.稳态短路时-空矢量图（图4-§4.3发电机4.稳态短路时-空矢量图（图4-...FadF.. Fad 图4-26稳态短路时-空矢年月日星期三

第四 同步电 E0E0=f(If

三角形ABC为同电机的特‘‘

C Ff（If

图4-27特性三角年月日星期三

第四 同步电 短路比(图4-§4.3发电机的短路比(图4-If0下，三相稳态短路时的短路电流IK0与额定电流IN之比，用 =IK IfE I IfE=I *If0 =

U kIf0

I

0

运行时稳定性较差，但电机造价便年月日星期三

第四 同步电 §4.3发电机的运行特气隙

---产生空图4-

If0

If0

额定电压励磁电IfIfK产生额定年月日星期三

第四 同步电 §4.3发电机的运行特联运行时稳定性较差，但电机造价便若：增大电机气隙,Xd此时，电机静态稳定性好，过载能力强，但要增大励势，转子用铜量增大，造价高汽轮发电kc水轮发电机：kc年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 §4.4同步发电机的并联)(年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 ★电网供①提高了供电可靠性。一台电机故障或检修不会引起事故②提高了供电的经济性和灵活性。若水电厂与联，在枯水期和旺水期两种电厂可以调配发电。用期和低谷期可灵活决定投入电网的发电机数量，提高效率和供★电网供年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 投入并联的一.并联条无穷大电3）US=

2）ZS4）fS= 年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 投入并联的方准确同自同步★准确同步法的并联形相同；②频率相大小相45序相★上述条件中相序一致是绝对条件，其它条件是相对的因为通常电机可以承受一些小的冲击年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 当EII<UI过励条件下的并网

U=EII-U.

Ih X X

过大的话使端部受稳态:直接向电网输送感性的无年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 当EII<UI(其余条件均符合 欠励条件下的并网直接向电网输送容性的无功电...0 0年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运h U) . f .

.. I年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 二.并联方1.★直接接法(灯光明暗①接线图:4-9年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 电图4-39直接接法接年月日星期三 §4.4同步发电机的并联运 ,,。.③以频率（f-f)在(0- .

.UA之间交变,即三组相灯以频率f2-闪烁,同暗

ω

1.并车方法：A.调节发电机励磁电流

.大小使其端电压与电

图4-40直接接法的相年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 ,;C,直,,即.并联后合闸前,.,和1,U年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 作用，使电机最终能同步运.若f2>f1，合闸后相.量图如图4-40U产生的环流Ih滞后9.0，也滞后U。对发电机相当于输出电功率，轴上受制动转矩，转速下降，直到严格同步,f2f1同理<f1,发电机轴上受驱动转矩，转速上升 I I(图略)，直到严格同步 f2=f1 .U .年月日星期三

第四 同步电

-图4-自整步作 §4.4同步发电机的并联运 ★交叉接法（灯光旋转法①接线图:如图4-41所示,一相相灯直接接于相相灯交②采用交叉接法，每组灯上电压不相等,各组灯亮度不一设

.

..

...UII.

.

.图4-42各组同步指年月日星期三

第四 同步电 § 同步发电机的并联运

图4- 年月日星期三 §4.4同步发电机的并联运 图4- 旋转灯光法并年月日星期三 §4.4同步发电机的并联运 ③分析灯假设发电机与电网的电压幅值相同，而频率不4旋转法C年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 2准确同步法（灯光法）又称理想整步法，合闸时无明电流；对并车条件逐一检查和调整，操作复杂，费时2、自同步年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 ①自同步法操作过程:在相序一致况下将励绕适电,用把拖动到接近步(于~5),有磁的下合闸将电电,加磁依磁转子磁场的矩子步,过结束.需要注是励必一电,为直将中出 接子绕组间产很击。年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 1.同步发电机的功率流程如图4-44P1:原动机向发电机输入的机械pmec:轴与轴承间的摩擦,转动部分与空气的摩擦及通风设损耗,为机pFe:定子铁心中的涡流和磁滞损耗，铁心pad:附加损耗(谐波引年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 pem:为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功磁功P2发电机输出功大型同步发电 分析额定功年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 图4-44功率流

2、同步发电机的功率平衡方程式★功率平P1-(pmec+pFe+pad)=Pem=P2+P2=P1-(pmec+pFe+pad)-★Pem大小.PemP2PCu1i E与I之间的夹年月日星期三

第四 同步电

§4.4同步发电机的并联运 A、隐极同Ecosi=E0cos（参图4-

jIXa则

. B、凸极同=[E0-Id(Xd-则

i.U

=mE0Icos-mIdIq(Xd-（参图4-

图4-45不计饱和时隐极同步发电磁功率推导用年月日星期三

第四 同步电 §X

同步发电机的并联运E.

... O

.I.图4-21不计饱和时年月日星期三

第四 同步电 § 同步发电机的并联运 C有PemP2=mUIcos=mUIcos(-二、转矩将功率平衡方程式两侧同除转子机械即T1Tmec、TFe、Tade---制动转年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 一.电磁功PemP2=mUIcos=mUIcos(-二、功角为内功率因数角.,=-定义为功角.它表示发电磁电势E和端电压U之间相角差。功角对于研究同步电机年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 功角d在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角.图4-图4-46功角空间概年月日星期三

第四 同步电 § 同步发电机的并联运 ★隐极机： 附加电磁功率

=★保持E0不变,电网电压U频率f恒定(即电抗为常数曲线即功角特性如图4-★凸极机：由图4-Usin=I

即：I IdXd

-

即：IE0- 年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 E .

... O

.I.图4-21不计饱和时年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 由上三式=mE0Usin+mU2(1-1XXd

凸极基本电附加电磁

mE0UsinXdmU2(1-1 年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运

图4- 功角特(a)隐极 (b)凸极年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 两种电机功角特性的区隐极1PMsin Mm90 MmPM附加1)PMsin不成正比90

PMmaxPM附加年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 有功功率调节与静态If一定，有功功假设条件：无穷大电网---U=常数、f=常数、隐极机Ra=0饱发电机P=mE0 Xt空载时，=0PM=0年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 （1二.静态稳同步发电机在并网运行后受到缓慢轻微的扰动,依靠自整力自动恢复运行的能年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 dP静态稳定判据：d静态稳dPd

处于稳定和不为稳定的交界 = 年月日星期三

第四 同步电 § 同步发电机的并联运 隐极机：不计Ra时，PNPMN =PMmax 比整步功率（整步功率系数隐极机

=X凸极

=mE0Ucos+mU2(1-1

年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 6、比整步转矩（整步转矩系数隐极

=mE0Ucos

Xt凸极T

=mE0Ucos+mU2 )cos2

Xd X X年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 7、注意发电机的励磁电流不变时，的变化（有功功率变化）也年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 无功功率调节和V形曲基本知识年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 一.无功功率的Q=mUIsin 隐极 E

jI

=0Isin

E0cos 2X2Q=

E0 cos X年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 MaaQ aQ1无功功率的功年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 功功率的调节方cos1改变If使得T1常 cos PM T1常数

Xt

sin常f调f

mUIcos常E0sin常Icos常年月日星期三

第四 同步电 年月日星期三 §4.4同步发电机的并联运 二.V形曲I=f(If)见图4-P2越大，曲线位置越往上曲线最低点对应于cos=1，电枢电流最小，全为有量，属正常励磁状每条曲线最低点连接起来可得cos=1曲线电机处于欠励状态，曲线右边，发电机处于过年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 图4- 同步发电机的V形曲年月日星期三

第四 同步电 §4.4同步发电机的并联运 V形曲线的几个1、每条曲线的最低点：cosφ=1，连线向右2、不稳定区域=900，连3、每条曲线上的电流变化量ΔI无功年月日星期三

第四 同步电

§4.4同步发电机的并联运 同步发电机的六条A线B线有功不

.FFC线D功不E线励磁保持F线功率因数

tjIXt I图4-年月日星期三

第四 同步电

§4.4同步发电机的并联运 同步发电机功率调节的四句调有功调调无功调有功影调无功年月日星期三

第四 同步电

§4.5同步电动机和调相 §4.5步电动机和调基本电磁一.同步电机三种运行状发电机、电动机、调.U

..

..I图4-49发电机状态相量年月日星期三

第四 同步电

§4.5同步电动机和调相 E0超前U，Pem、均大于0,转子主极轴线沿转向超前于,过渡状 减小，=0时，发电 年月日星期三

第四 同步电

§4.5同步电动机和调相 . jIXt. I

0E0.U.I图4-50过渡状态相量 图4-51电动机状态相量年月日星期三

第四 同步电

§4.5同步电动机和调相 电动机状态继续减小原动机输入功率，Pem、为负，电机要