第六章同步電機(jī)

1、電機(jī)學(xué)教案第六章同步電機(jī)6.1概述 同步電機(jī)特點(diǎn)：同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)、電流頻率有嚴(yán)格的關(guān)系。 高壓、大容量的同步電動(dòng)機(jī)采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)；小容量采用旋轉(zhuǎn)電樞式。 轉(zhuǎn)樞式-轉(zhuǎn)子繞組（電樞），定子磁極 轉(zhuǎn)極式-轉(zhuǎn)子磁極，定子電樞。r隱極式：氣隙均勻、轉(zhuǎn)子高機(jī)械強(qiáng)度高轉(zhuǎn)速。適合細(xì)長(zhǎng)汽輪發(fā)電機(jī)。 凸極式：氣隙不均勻，適合中速、低速運(yùn)行。短粗水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。6. 1. 1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式隱極電機(jī)部件名稱(chēng)作用材料結(jié)構(gòu)定子鐵心形成磁路0.5mm硅鋼片疊制。直徑大 于1米的鐵心用扇形片拼成開(kāi)口槽（大型）定子繞組電路部分，感應(yīng)電 勢(shì)圓銅線或扁銅線三相雙層短路疊繞組；高壓大 電流用多根并繞換位導(dǎo)線機(jī)座機(jī)械支撐

2、大型用鋼板焊接氣隙磁場(chǎng)耦合繞線轉(zhuǎn)子要利用滑環(huán)和電刷轉(zhuǎn)子鐵心磁路的一部分整塊的良導(dǎo)磁合金鋼（導(dǎo) 磁、承受咼轉(zhuǎn)速、大離心力）高強(qiáng)度合金鋼與轉(zhuǎn)軸鍛成一 體轉(zhuǎn)子繞組 勵(lì)磁繞組流過(guò)電流建立磁 場(chǎng)電機(jī)用扁銅導(dǎo)線繞成同心 線圈同心線圈被槽楔壓緊在槽里護(hù)環(huán)保護(hù)勵(lì)磁繞組端部中心環(huán)阻擋勵(lì)磁繞組軸 向移動(dòng)滑環(huán)引入勵(lì)磁電流端蓋封蓋電機(jī)兩端部無(wú)磁性硅鋁輕合金材料鑄 造軸承承受轉(zhuǎn)了重量和離心力二.凸極同步電機(jī)隱極式同步電機(jī)只有臥式一種；凸極式則分為臥式和立式結(jié)構(gòu)。 臥式：多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)、調(diào)相機(jī)、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)、沖擊式水輪發(fā)電機(jī) 立式：低速、大型水輪發(fā)電機(jī)1. 臥式凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)磁極用13mm的鋼板沖制疊成。高速電機(jī)

3、用實(shí)心磁極。 勵(lì)磁繞組用扁銅線繞制成同心線圈套在極身上。磁軛用鑄鋼或沖片疊制 阻尼繞組用銅條插在磁極極靴槽中。作用是改善起動(dòng)性能。2立式凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)定子分?jǐn)?shù)槽波繞組轉(zhuǎn)子：用高強(qiáng)度鋼整體鍛造，制成空心式以減輕重量；支架由輪轂和輪輻構(gòu)成；磁極用 11.5mm鋼板疊壓，用螺桿拉緊6. 1. 2同步電機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組中通入直流電流，建立磁場(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)有：1）直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：米用獨(dú)立供電的直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)，與主發(fā)電機(jī)同軸。輸出的直流電經(jīng)電刷、滑環(huán)引入同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。2）靜止式交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)：為解決換相火花冋題，米用交流勵(lì)磁機(jī)取代直流勵(lì)磁機(jī)，但是要經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體整流系統(tǒng)把交流電變成直流

4、電供給同步機(jī)勵(lì)磁 繞組。3）旋轉(zhuǎn)式交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)：亦稱(chēng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。轉(zhuǎn)樞式的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，與電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，整流器也在軸上一起旋轉(zhuǎn)，這樣將整流輸出直接供給同 步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，既不用直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的換向器又不用同步機(jī)的電刷滑環(huán) 引入系統(tǒng)。6. 1. 3同步電機(jī)的冷卻方式 空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻、超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 6. 1. 4同步電機(jī)的額定值 與異步電動(dòng)機(jī)一樣，額定電壓、電流為線值，另外有： 額定容量：發(fā)電機(jī)出線端額定視在功率， VA kVA.額定功率：發(fā)電機(jī)輸出電功率Pn Sn cos N 3U nI N cos N電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率PNSN cos N N 3U N 1 N cos N N額定

5、功率因數(shù)及額定效率 6. 2同步電機(jī)的運(yùn)行原理 研究三相同步電機(jī)在對(duì)稱(chēng)負(fù)載下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部物理過(guò)程，包括基本方程式、矢量圖、等 效電路。6. 2. 1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 1 空載特性與飽和系數(shù)空載時(shí)，定子繞組開(kāi)路，電流為零，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)被拖動(dòng)以同步速度 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以同步速度ni旋轉(zhuǎn)時(shí)，主磁通切割定子繞組感應(yīng)電勢(shì)頻率為f，則Eo 4.44fNkzi oo為主磁通：由N極氣加定子斗定子呼定子牛氣滬S槪轉(zhuǎn)子軛N極特點(diǎn)是經(jīng)過(guò)氣隙，同時(shí)與定轉(zhuǎn)子交鏈的磁通。f漏磁通：由N極一極間氣隙一 S極一轉(zhuǎn)子軛一N極特點(diǎn)是不經(jīng)過(guò)氣隙，僅與勵(lì)磁繞組自身交鏈，不與定子交鏈的磁通。發(fā)電機(jī)空載特性 Eo

6、 f (I f)，因?yàn)镋oo Ff I f，經(jīng)過(guò)適當(dāng)比例變換，可得 f(Ff)，它就是電機(jī)的磁化曲線。根據(jù)磁化曲線求飽和系數(shù)k 衛(wèi)=旦(1.1 1.25)F UnFo空載額定電壓所需要磁勢(shì)；Fs負(fù)載額定電壓氣隙磁勢(shì)；Eo磁路不飽和時(shí)，對(duì)應(yīng)Fo磁勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2. 空載時(shí)-空相量圖空間相量：勵(lì)磁磁勢(shì)基波分量 Ff1以及它產(chǎn)生的氣隙磁密基波Bf1,波幅同處于直軸正方向，都以同步角頻率1 2 f旋轉(zhuǎn)。時(shí)間相量：定子繞組交鏈的磁通o，以及它在繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)Eo。Eo在時(shí)間上滯后。90電角度。3. 電壓波形正弦性畸變率-各次諧波幅值平方和的平方根與基波幅值之比。kMUnn 21OO%6. 2.

7、 2同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)空載時(shí)，氣隙中的同步旋轉(zhuǎn)主磁場(chǎng)僅由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流(直流)建立；負(fù)載時(shí)定子繞組流過(guò)電流產(chǎn)生磁勢(shì)(稱(chēng)為電樞磁勢(shì))，它與勵(lì)磁磁勢(shì)共同作用產(chǎn)生合成氣 隙磁場(chǎng)。因此存在電樞反應(yīng)問(wèn)題。電樞磁場(chǎng)和主極磁場(chǎng)都是相對(duì)靜止的，二者本身是旋轉(zhuǎn)的。電樞反應(yīng)：電樞磁勢(shì)基波對(duì)主磁場(chǎng)的影響。同樣包括去磁、助磁、交磁三種情況。它會(huì) 使氣隙磁場(chǎng)畸變。9三相繞組產(chǎn)生電樞磁勢(shì)基波轉(zhuǎn)速60fnP60 ri p- ri p 60ri,定子對(duì)稱(chēng)電樞磁勢(shì)基波與勵(lì)磁磁勢(shì)同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，相對(duì)靜止；因?yàn)閯?lì)磁磁勢(shì)轉(zhuǎn)速1. 電樞電流f滯后勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)Eo 一個(gè)銳角 時(shí)的電樞反應(yīng)，即0W 90假設(shè)某時(shí)刻，A相繞組交鏈最大磁通

8、，產(chǎn)生最大勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E,此時(shí)刻作為時(shí)間起點(diǎn)。此時(shí)刻電流滯后 書(shū)角，也達(dá)到最大值。主磁通 超前感應(yīng)電勢(shì)E9O0。令時(shí)軸與相軸重合，貝U，（圖6.17）（1）0與B重合，忽略磁滯渦流時(shí)，0與Ffi重合。（2）與Fa重合根據(jù)圖6.17b得FaF adF aqIIdIqFadFasir和Id I sirFaqFacosI q I cos此時(shí)Id產(chǎn)生去磁磁勢(shì)Fad，Iq產(chǎn)生交磁磁勢(shì)Faq。特殊地：書(shū)=0 Fad =0 Faq=Fa只有交軸磁勢(shì)；書(shū)=90，只有直軸磁勢(shì)。只要知道時(shí)間相量的相位關(guān)系，便可以確定空間相量間的相位關(guān)系， 進(jìn)而分析電樞反 應(yīng)的情況與性質(zhì)。2. 隱極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)特點(diǎn)由于隱極同步

9、電機(jī)氣隙均勻，電樞磁勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響在氣隙圓周上任何位置 都一樣，可以整體考慮電樞反應(yīng)的影響，不用分成交直軸分量考慮。磁路不飽和：利用疊加原理，分別考慮負(fù)載時(shí)電樞磁勢(shì)Fa和勵(lì)磁磁勢(shì)Ffi的各自獨(dú)立作用，然后進(jìn)行疊加。即I f直流勵(lì)磁電流 i 石 勵(lì)磁基波磁勢(shì) 0主磁通 E0感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（定子繞組）彳I * f漏磁通（與轉(zhuǎn)子交鏈）J負(fù)載定子電流 百電樞磁勢(shì)基波 a電樞磁通 Ea電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Y-.定子漏磁通f E定子感應(yīng)漏電勢(shì)定子繞組上產(chǎn)生的三個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E0、Ea、E各自滯后于產(chǎn)生它們的磁通 90度電 角度。合成氣隙磁通0 a，氣隙電動(dòng)勢(shì)E E0 Ea磁路飽和：不能使用疊加原理。電流產(chǎn)生磁勢(shì)

10、，求合成磁勢(shì)，再求合成氣隙磁通及 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。即，3. 凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論凸極同步電機(jī)的氣隙不均勻，同一電樞磁勢(shì)作用在不同氣隙位置時(shí)，電樞磁勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響不同，所以氣隙磁場(chǎng)會(huì)有變化。(1) 書(shū)=90，正弦電樞磁勢(shì)基波作用在d軸上。(2) 書(shū)=0,正弦電樞磁勢(shì)基波作用在q軸上。(3) 0W Xq (q )。分別稱(chēng)為凸極同步電機(jī)直軸同步電抗和交軸同步電抗。X q X aq X相量圖6.262.考慮飽和考慮飽和后，首先要把作用在直軸上的磁勢(shì)進(jìn)行疊加， 然后求各自的直軸磁通和電勢(shì)以及 交軸磁通和電勢(shì)，最后再合成交直軸電勢(shì)。即：平衡方程式：Ed Ead EU I R,E EIfFfFd dEd

11、IdFadlqFaq aqEaqaE aEd U I Ra j Iq Xaq j I X交軸氣隙大，可以認(rèn)為磁路線性，交軸電樞反應(yīng)電抗為常數(shù)，則 相量圖6.276. 3同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性運(yùn)行特性是指：空載特性Eo=f(lf)；短路特性lk=f(lf);零功率因數(shù)特性 U=f(lf);外特性U=f(l);調(diào)整特性 lf=f(l)。兩個(gè)重要參數(shù)：短路比kc和電壓調(diào)整率采用標(biāo)么值分析同步電機(jī)，基值選取如下：容量基值：Sb mUN In 單位VA電壓、電流基值：Ub U N , l b l N阻抗基值：ZUbUnb IbIn轉(zhuǎn)速基值：b 2 nNrad / s60勵(lì)磁電流：I fb I f0(E0

12、U N )6. 3. 1同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1 空載特性空載特性是指電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電勢(shì)Eo與勵(lì)磁電流If的關(guān)系。由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，當(dāng)勵(lì)磁電流由lf=OIfm|f=o時(shí)，上升和下降曲線不重合。并且改變不同的Ifm值會(huì)得到不同的磁滯回線，工程上采用平均的磁化曲 線。實(shí)驗(yàn)室中完成的是Uo=1.3Un到|f=0的下降曲線，然后進(jìn)行效正。圖 6.28 作用：（1）從空載特性曲線可以反映出電機(jī)設(shè)計(jì)合理性（2）利用空載特性的短路特性可以求出同步電機(jī)的重要參數(shù)一同步電抗。2.短路特性電機(jī)定子三相穩(wěn)態(tài)短路，同步旋轉(zhuǎn)，U=0時(shí)電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系。首先看看方程：隱極電機(jī)：不飽和：Eo

13、U I Ra j I Xt凸極電機(jī)：不飽和：EO U I Ra j Id Xd j lq Xq飽和：E U I Ra j I X飽和： E U I Ra j I X短路時(shí)，限制短路電流的只有發(fā)電機(jī)的同步阻抗，忽略電樞電阻只考慮同步電抗 的話，短路電流可認(rèn)為純感性，電樞磁勢(shì)基本是一個(gè)純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢(shì)。因此作用在直軸上的磁勢(shì)有直流勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞去磁磁勢(shì)，合成磁勢(shì)F F f Fad，其產(chǎn)生氣隙感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E jIX 。氣隙合成磁通小，磁路處于不飽和狀態(tài)。又Ik Eo Eo If Ik I f線性短路特性。特性三角形：見(jiàn)圖6.29a，線段AB表示直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)，線段AC反應(yīng)漏電抗壓降IX （可求漏

14、電抗）3.零功率因數(shù)負(fù)載特性負(fù)載特性：n=nN，l=constant, cos =constant,U=f(lf)零功率因數(shù)負(fù)載特性：n=nn，|=constant, cos =0,U=f（lf）;實(shí)驗(yàn)時(shí)電機(jī)要接三相純電感 負(fù)載。兩種方法求零功率因數(shù)負(fù)載特性：試驗(yàn)法和空載特性結(jié)合特性三角形（短路三角形） 法。(1) 試驗(yàn)法： 保持I=In, n=nN,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和負(fù)載電抗，測(cè)量電壓，貝UU=f(lf)(2) 由空載特性利用特性三角形得到零功率因數(shù)負(fù)載特性特性三角形左上角頂點(diǎn)沿著空載特性曲線移動(dòng)時(shí)，其右下角頂點(diǎn)的軌跡即為所 求的零功率因數(shù)負(fù)載特性。因?yàn)椋航蛹冸姼胸?fù)載，電樞磁勢(shì)就是直軸去磁磁勢(shì)，

15、同時(shí)負(fù)載電流也會(huì)產(chǎn)生漏 磁通感應(yīng)漏電勢(shì)。(筆記上講的明白)換句話說(shuō)，負(fù)載時(shí)要產(chǎn)生與空載同樣的 電壓，直流勵(lì)磁電流必須提供平衡直軸去磁磁勢(shì)和感應(yīng)漏電勢(shì)所需要的電流。4 .外特性當(dāng) n=nN，|f=constant, cos =constant,U=f(l)(1) 在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載情況下，電樞反應(yīng)有去磁作用，空載電勢(shì)EoUn。定子電阻和漏抗引起電壓下降，外特性是一條下降的曲線。電機(jī)需要補(bǔ)償較大的勵(lì)磁電流，稱(chēng)其過(guò)勵(lì)狀態(tài)。(2) 容性負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)是助磁的，外特性上升E0Un。電機(jī)需要減小勵(lì)磁電流(與額定勵(lì)磁電流比較)，稱(chēng)其欠勵(lì)狀態(tài)(3) 從外特性求同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率(亦稱(chēng)為調(diào)整率)U旦一

16、巴100%Un電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，空載勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)與額定電壓差與額定電壓的比值。一般凸極電機(jī)1830%,隱極電機(jī)3048% (感性負(fù)載5. 調(diào)整特性-它與外特性相反，感性和純阻性負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流隨著負(fù)載電流增加而增 加(因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)去磁作用，需要增加補(bǔ)償?shù)膭?lì)磁電流)；容性負(fù)載時(shí)則電樞反應(yīng)的助磁作用要減小勵(lì)磁電流。當(dāng) n=nN，U=constant, cos =constant,F=f(l)6. 3. 2特性曲線在參數(shù)計(jì)算中的作用、由空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性確定定子漏電抗和電樞反應(yīng)的等效勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)(見(jiàn)上 節(jié)、保梯電抗當(dāng)考慮轉(zhuǎn)子漏磁影響時(shí)，此時(shí)的特性三角形由短路三角形變成保梯三角形，由保梯三角形求得得

17、定子漏抗稱(chēng)為保梯電抗 Xp (XpXJ (筆記或圖6.35)、利用空載特性和短路特性確定 Xd的不飽和值在磁路不飽和的情況下，對(duì)應(yīng)的直軸同步電抗Xd稱(chēng)為Xd不飽和值。方法：在同一個(gè)勵(lì)磁電流下，從空載特性 E0=f(l f)曲線，求出氣隙線上的E0 再?gòu)亩搪诽匦陨蟣k=f(lf)，求出電流lk則Xd( 不飽和 尸E0/lk 標(biāo)么值XdXdE I nEZb1 k U Nl k四、短路比空載額定電壓的歷次電流下三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流與額定電流比值kc1 k0l Nlff0因?yàn)槎搪诽匦允且粭l直線，Ik0 l f0，In l fk，轉(zhuǎn)化為勵(lì)磁電流的比，即:電機(jī)學(xué)教案lfo(U Un) I fo I f

18、o U n *kc Nk 亠=也/Xd(不飽和)(要結(jié)合書(shū)上的圖和筆記理解)1 fk(1 k 1 N ) I fo 1 fkEo短路比：就是用標(biāo)么值表示的直軸同步電抗不飽和值的倒數(shù)與飽和系數(shù)之積。 短路比對(duì)電機(jī)的影響：（1）短路比大，同步電抗不飽和值效，過(guò)載能力大，負(fù)載電流引起的端電壓變化小。（2）短路比小，負(fù)載變化時(shí)端電壓變化大，電機(jī)成本低。（3）氣隙加大，可減小Xd（不飽和）值，短路比增加，電機(jī)性能好，成本高五、利用空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性確定 Xd的飽和值磁路飽和時(shí)不能利用線性原理，必須先求合成磁勢(shì)，再?gòu)目蛰d特性上求出氣隙電動(dòng)勢(shì)。6. 3. 3同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算對(duì)稱(chēng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，

19、參數(shù)Xd, Xq, Xp, X。的實(shí)驗(yàn)測(cè)定法。1 . 4同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行 6. 4. 1投入并聯(lián)的條件和方法優(yōu)點(diǎn)：（1）提高電能供電的可靠性（2）提高發(fā)電廠的運(yùn)行效率一、投入并聯(lián)的條件1 .發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率相同，f2=f；否則，發(fā)電機(jī)輸出電壓與電網(wǎng)電壓之間有相位差存在， 并聯(lián)運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生環(huán)流。2. 發(fā)電機(jī)相電動(dòng)勢(shì)與電網(wǎng)電壓波形要相同；否則，并聯(lián)時(shí)將在電機(jī)與電網(wǎng)之間產(chǎn)生高次諧波環(huán)流，使運(yùn)行損耗和溫升增高。3. 發(fā)電機(jī)相電動(dòng)勢(shì)與電網(wǎng)電壓幅值相等、相位相同；否則，產(chǎn)生環(huán)流高達(dá) 2030倍額定值。4. 二者相序相同；否則，產(chǎn)生環(huán)流。上述條件中，2和4可以在設(shè)計(jì)、制造上保證；1和3要在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)

20、滿足的條件。二、投入并聯(lián)的方法1. 準(zhǔn)確同步法（1）直接接法亦稱(chēng)為燈光熄滅法從連接圖可見(jiàn)，每組燈上的電壓就等于該相電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓之差。假設(shè)U1 U2f1 f2貝U：U U 2 U 1. 2U1 sin 2t sin 1t2U 1 sin 2- t cos1- t Umcos-t2 2 2顯然，該電壓差幅值Um隨著時(shí)間以22 1頻率在0 2、2 U1之間變化；U變化頻率為1 22討論：（1）若21，貝U Um=0,三組燈上的電壓為零，燈同時(shí)熄滅。此時(shí)和上開(kāi)關(guān),并網(wǎng)（2） 21，則Um 0,且U以頻率1 2 2變化，燈光亮而閃爍。此時(shí)要調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，出現(xiàn)（1）的情況，才能合閘。（2）交叉接法

21、亦稱(chēng)為燈光旋轉(zhuǎn)法（1）若電網(wǎng)電壓幅值、相序、相位與發(fā)電機(jī)電壓相同，則燈上的瞬時(shí)電壓差分別為Ua 0, Ub Uc 0，此時(shí)燈A滅，UbUc達(dá)到最大，燈B，C最亮（2）若其它條件相同，只是頻率不同，則有三種情況（a）Ua 0, Ub 0, Uc 0三個(gè)燈閃爍（b）Ua 0, Ub 0, Uc 0 A，B 燈亮，C 燈熄滅（c）Ua 0, Ub 0, Uc 0 A，C 燈亮，B 燈熄滅在情況（2）時(shí)，同樣要調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，使f仁f2出現(xiàn)（1）的情況，才能合閘。2. 自同步法用原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)后，立即投入勵(lì)磁，此時(shí)可以由定轉(zhuǎn)子間 的電磁力將電機(jī)自動(dòng)牽入同步。但沖擊電流比較大。6.

22、 4. 2功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁功率的一般化形式：Pem P2Pcu1mUIcosml 2Ram U cos IR ImE cos iI (見(jiàn)圖 6.50)討論：1）隱極電機(jī)不飽和，PemmE0I cosE0 cosE cos i2)凸極電機(jī)不飽和，PemmElcoSmIdIq Xd XqE cos i EQ cosE。Id ( XdX q ) cos轉(zhuǎn)矩平衡方程式：P1Pem PmecpFe PadTemT1(T mecTFeTad )6. 4. 3功角特性忽略電樞繞組銅耗，有Pem p2 mUI cos mUI cos(mU cos (I cos ) mU sin (I sin ) mU

23、lqcosmUI d sin根據(jù)圖6.51a得IqXqIdXdU sinE0 U cos代入上式得:Pemm-EXU sinXdu 2 1 m2 XqXdsin 2上式中，第一項(xiàng)稱(chēng)為基本電磁功率，第二項(xiàng)稱(chēng)為附加電磁功率（只有凸極電機(jī)才存在此項(xiàng)） 為什么凸極電機(jī)會(huì)產(chǎn)生附加電磁轉(zhuǎn)矩？主要是由于交直軸磁通不等引起的。 電樞磁通密度Ba與磁勢(shì)矢量Fa不重合，必將產(chǎn)生附加的電磁轉(zhuǎn)矩。這就好比異步電機(jī)中討論的Bm和Fm不重合時(shí)，將產(chǎn)生鐵耗和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩一樣同步電機(jī)中，直流勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有鐵耗，F(xiàn)f全部用于產(chǎn)生磁場(chǎng)f?；倦姶殴β适怯捎谵D(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子電流之間的相互作用產(chǎn)生的功率。附加電磁功率mU- sin2的

24、特點(diǎn)：2 Xq Xd（1）與Eo無(wú)關(guān)，即使If O,Eo 0，它也不是零。（2）它正比于 丄，亦稱(chēng)為磁阻功率。Xq Xd （3） 出現(xiàn)最大功率時(shí)的功角90（4）隱極電機(jī)沒(méi)有磁阻轉(zhuǎn)矩6. 4. 4有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定 （以隱極電機(jī)為例，忽略飽和影響和電樞電阻，電網(wǎng)電壓頻率恒定）一、有功功率調(diào)節(jié)當(dāng)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時(shí)，功角 0，Pem ，Pl P2P P，即原動(dòng)機(jī)輸入的功率與各種損耗守恒Ti Tmec TFe Tad。此時(shí)電機(jī)中的電流是無(wú)功電流。八E0 U j I Xt以U為參考相量，無(wú)功電流I滯后90度。E0與U同相位，E0滯后F f 90度如果增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，則T1 Tmec

25、 TFe Tad，電機(jī)加速，轉(zhuǎn)子直軸磁勢(shì)超前于氣隙磁蜜，0Rm 0。此時(shí)，E0U jIXt，且E0超前U個(gè)相角，當(dāng)a，使TemT1（TmecTFeTad），發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不再加速，說(shuō)明原動(dòng)機(jī)輸入的功率與電磁功率和損耗功率平衡，電機(jī)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功 率輸出。換句話說(shuō)，要想增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，就必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率，使電機(jī)的 功率角增大。但是當(dāng)m,Pem Femmax時(shí)，若繼續(xù)增加輸入功率，電機(jī)將失去自身平衡狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)失步。就是說(shuō)原動(dòng)機(jī)的輸入功率不能無(wú)限制的增加，電機(jī)自身存在著靜態(tài)穩(wěn)定的問(wèn) 題。二、靜態(tài)穩(wěn)定概念：電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)偶然發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，當(dāng)擾動(dòng)消失后，發(fā)電機(jī)能恢復(fù)原來(lái)的穩(wěn)定同步運(yùn)

26、行狀態(tài)，則稱(chēng)為靜態(tài)穩(wěn)定。判斷方法：假設(shè)原動(dòng)機(jī)輸入有效功率為 PT=P1-刀p，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)性質(zhì)的電磁功率為 Pem， 此刻出現(xiàn)一個(gè)擾動(dòng)，使輸入功率增加PT,從功角曲線上可以判斷電磁功率也增加厶Pem,使得PemB Pt TmR Tm Tp ,電機(jī)將減速回到A點(diǎn)。反之，電機(jī)運(yùn)行在 C點(diǎn)，出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致輸入的有效功率大于輸出的電磁功 率，電機(jī)不能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。180后，電磁功率為負(fù)值，產(chǎn)生拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，是同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 隱極同步電機(jī)，功率角在090為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，90180為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。同步電機(jī)穩(wěn)定判據(jù)： 壘 0 ;即功角增量大于零時(shí)，電磁功率增量也要大于零。d如果dPem0，稱(chēng)為該

27、點(diǎn)為靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)；dPem 0發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行dd整步功率系數(shù)：PsyndPemmdE0UXtcosorRyndPemdE0U mcosXtmU 21Xq1 cos 2Xd整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)：Tsy ndTem mE0UcosorTsyndTemE0U mcosU21m1cos2dXtdXtXqXd靜態(tài)過(guò)載系數(shù)：kMRmmax1要求kM1.7Pnsin n例題 p3306.36. 4. 5無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V形曲線 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后，不但要向電網(wǎng)供給有功功率，而且還有與電網(wǎng)進(jìn)行的無(wú)功功率的 交換。在上節(jié)已經(jīng)討論了，同步發(fā)電機(jī)要增加輸出的有功功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率； 本節(jié)將討論的是，同步

28、發(fā)電機(jī)要調(diào)節(jié)輸出的無(wú)功功率，不需要調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，只要 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。仍然以隱極電機(jī)為例分析：U=電網(wǎng)電壓，忽略電樞電阻，不計(jì)飽和影響，P2=c on sta nt, Pem=c on sta nt,只調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，分析定子電流的變化。Fem mE0U sinE0 sin 常數(shù)XtP? mUI cos I cos 常數(shù)忽略電樞電阻有Pem=P2，即I cos 旦sin常數(shù)，即可以根據(jù)此式分析If or E0對(duì)I的影響Xt根據(jù)隱極電機(jī)電勢(shì)方程式，畫(huà)出相量圖(圖6.56),得直線AB和CD。通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)無(wú)功功率得方法分以下幾種情況討論：(1) U與I同相位cos =1,(2) 增加

29、勵(lì)磁電流(3) 減小勵(lì)磁電流(4) 再減小勵(lì)磁電流6.5同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)(1) 同步電動(dòng)機(jī)一般采用凸極結(jié)構(gòu)，在磁極表面上裝有起動(dòng)籠。(發(fā)電機(jī)稱(chēng)為阻尼籠)(2) 同步電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠改善功率因數(shù)。(3) 與同容量的異步電動(dòng)機(jī)相比體積小。轉(zhuǎn)速恒定與負(fù)載無(wú)關(guān)。過(guò)載能力強(qiáng)，靜態(tài)穩(wěn)定好(4) 同步電動(dòng)機(jī)不能自起動(dòng)，常用異步起動(dòng)法起動(dòng)。(5) 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻起動(dòng)應(yīng)用廣泛，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)。6. 5. 1基本電磁關(guān)系 一、從發(fā)電機(jī)狀態(tài)過(guò)渡到電動(dòng)機(jī)狀態(tài)從發(fā)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的過(guò)程中，功率角和電磁功率由正值變?yōu)樨?fù)值，電磁轉(zhuǎn)矩 為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)。電機(jī)輸入電功率輸出機(jī)械功率。結(jié)合圖 6.58說(shuō)明。二、電動(dòng)勢(shì)平衡方程與相量圖同步電動(dòng)機(jī)分析時(shí)采用電動(dòng)機(jī)慣例。則電流I超前端電壓U (從電網(wǎng)吸收超前的容性電流)，勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)Eo滯后與電壓U，和B角為正值，產(chǎn)生的電磁功率也為正值。電動(dòng)勢(shì)平 衡方程式分別為：U Eo I Ra j I XtU Eo I Ra j Id Xd j Iq Xq根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程可以畫(huà)出相量圖。三、功角特性和功率平衡方程電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，Eo滯后端電壓U的功角B為正值，同樣有:Pemm-E-0UsinX dU 21m2 Xq1XTsin 2TemPemE0UsinU 211msin 22 XqXdpPe