第四篇-同步發(fā)電機(jī)(空載負(fù)載 分析)-2017-wh

1、1二、同步電機(jī)的電樞反應(yīng)二、同步電機(jī)的電樞反應(yīng)三、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行三、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行四、同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程式四、同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程式五、同步發(fā)電機(jī)的特性五、同步發(fā)電機(jī)的特性六、同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行六、同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行一、同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行一、同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行本章基本要求本章基本要求1. 理解同步電機(jī)電樞反應(yīng)的物理概念，并掌握電樞理解同步電機(jī)電樞反應(yīng)的物理概念，并掌握電樞反應(yīng)的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)；反應(yīng)的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)；2. 熟練掌握同步發(fā)電機(jī)的電壓平衡方程式和相應(yīng)熟練掌握同步發(fā)電機(jī)的電壓平衡方程式和相應(yīng)的相量圖的畫法。的相量圖的畫法。 3. 熟練掌握同步發(fā)

2、電機(jī)的功角特性，分析當(dāng)勵(lì)磁電熟練掌握同步發(fā)電機(jī)的功角特性，分析當(dāng)勵(lì)磁電流改變時(shí)，空載電勢(shì)和功角特性變化的規(guī)律。流改變時(shí)，空載電勢(shì)和功角特性變化的規(guī)律。 4. 了解同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程式、工作特性。了解同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程式、工作特性。 6. 掌握同步發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)以及掌握同步發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)以及同步發(fā)電機(jī)的同步發(fā)電機(jī)的U 形曲線；掌握無功功率的性質(zhì)與勵(lì)形曲線；掌握無功功率的性質(zhì)與勵(lì)磁電流的關(guān)系。磁電流的關(guān)系。 5. 了解同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的條件及其整步方法。了解同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的條件及其整步方法。 一一 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行（一）

3、、同步電機(jī)的基本作用原理（一）、同步電機(jī)的基本作用原理 1. 兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 當(dāng)對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組時(shí)，將在氣隙中當(dāng)對(duì)稱三相電流流過對(duì)稱三相繞組時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，基波磁勢(shì)有下列特性：產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，基波磁勢(shì)有下列特性：振幅恒定是單相繞組最大振幅的振幅恒定是單相繞組最大振幅的1.5倍，轉(zhuǎn)速為同步倍，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n1，旋轉(zhuǎn)方向是從電流超前的相轉(zhuǎn)向電流滯后，旋轉(zhuǎn)方向是從電流超前的相轉(zhuǎn)向電流滯后的相，當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的振幅的相，當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的振幅恰好在該相繞組的軸線上。恰好在該相繞組的軸線上。 同步電機(jī)無論作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是作

4、為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同步電機(jī)無論作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，和異步電機(jī)一樣，只要它們的定子三相繞組中流過三和異步電機(jī)一樣，只要它們的定子三相繞組中流過三相對(duì)稱電流，都將在氣隙中產(chǎn)生上述的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。相對(duì)稱電流，都將在氣隙中產(chǎn)生上述的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因該磁場(chǎng)是交流勵(lì)磁的，故稱為交流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因該磁場(chǎng)是交流勵(lì)磁的，故稱為交流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同步電機(jī)的定子繞組又稱為電樞繞組，因此又稱為電同步電機(jī)的定子繞組又稱為電樞繞組，因此又稱為電樞磁場(chǎng)。樞磁場(chǎng)。如果在轉(zhuǎn)子上裝有由直流勵(lì)磁的磁極，且用原動(dòng)機(jī)把如果在轉(zhuǎn)子上裝有由直流勵(lì)磁的磁極，且用原動(dòng)機(jī)把轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速，就像同步電機(jī)那樣，則在氣隙中轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速，

5、就像同步電機(jī)那樣，則在氣隙中同樣出現(xiàn)一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣獲得的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)又同樣出現(xiàn)一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣獲得的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)又稱直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或稱機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。稱直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或稱機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)，定子繞組中的電流為零，在氣隙同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)，定子繞組中的電流為零，在氣隙中只有直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在負(fù)載的情況下，兩種中只有直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在負(fù)載的情況下，兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)均存在。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)均存在。 在同步電機(jī)的氣隙中存在著兩種不同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，只在同步電機(jī)的氣隙中存在著兩種不同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，只要這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間有位移，它們之間便會(huì)有電要這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間有位移，它們之間便會(huì)有電

6、磁力，猶如兩塊磁鐵之間存在相互作用力一樣。磁力，猶如兩塊磁鐵之間存在相互作用力一樣。3. 同步電機(jī)的運(yùn)行方式同步電機(jī)的運(yùn)行方式 同步電機(jī)在工作時(shí)，由于兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間沒有相對(duì)同步電機(jī)在工作時(shí)，由于兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此它們之間的相互位置決定著同步電機(jī)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)，因此它們之間的相互位置決定著同步電機(jī)的運(yùn)行情況：行情況： 如轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在前，則當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，便拉著定子磁場(chǎng)如轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在前，則當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，便拉著定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，這時(shí)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前電樞磁場(chǎng)，這便是發(fā)電機(jī)運(yùn)旋轉(zhuǎn)，這時(shí)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前電樞磁場(chǎng)，這便是發(fā)電機(jī)運(yùn)行；行； 反之定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)拉著轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，便是電動(dòng)機(jī)反之定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)拉著轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)

7、，便是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況。運(yùn)行情況。 2. 同步電機(jī)的作用力同步電機(jī)的作用力 4. 同步電機(jī)的電路方程及等效電路同步電機(jī)的電路方程及等效電路 在正常運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組之間在正常運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不能在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，轉(zhuǎn)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不能在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，轉(zhuǎn)子回路中只有直流勵(lì)磁電流，故從電路的觀點(diǎn)來看，子回路中只有直流勵(lì)磁電流，故從電路的觀點(diǎn)來看，同步電機(jī)要比變壓器或異步電機(jī)更為簡(jiǎn)單，可不考慮同步電機(jī)要比變壓器或異步電機(jī)更為簡(jiǎn)單，可不考慮轉(zhuǎn)子支路，而只為定子電路單獨(dú)寫出電壓方程式。轉(zhuǎn)子支路，而只為定子電路單獨(dú)寫出電壓方程式。 同步

8、電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的等效電路是一個(gè)沒有副方回同步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的等效電路是一個(gè)沒有副方回路與原方耦合的獨(dú)立回路，求解時(shí)也不用聯(lián)立方程，路與原方耦合的獨(dú)立回路，求解時(shí)也不用聯(lián)立方程，非常簡(jiǎn)單。同步發(fā)電機(jī)各物理量的正方向規(guī)定如圖非常簡(jiǎn)單。同步發(fā)電機(jī)各物理量的正方向規(guī)定如圖所示。所示。 同步發(fā)電機(jī)等效電路如圖所示。同步發(fā)電機(jī)等效電路如圖所示。如不考慮飽和現(xiàn)象，利用迭加原理：如不考慮飽和現(xiàn)象，利用迭加原理： )(0jxrIUEEaa轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì) ，也稱勵(lì)，也稱勵(lì)磁電勢(shì)；磁電勢(shì)； 0E定子磁場(chǎng)在定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)，稱為電定子磁場(chǎng)在定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)，稱為電

9、樞反應(yīng)電勢(shì)。樞反應(yīng)電勢(shì)。 aEra定子繞組的電阻，定子繞組的電阻， x 定子繞組漏抗。定子繞組漏抗。 定子繞組端電壓定子繞組端電壓 U定子繞組輸出電流定子繞組輸出電流 IE0 Ea E U1I10aaEEEUIr或或5. 同步電機(jī)的氣隙合成磁場(chǎng)同步電機(jī)的氣隙合成磁場(chǎng) 將氣隙中的定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)合并為一合成氣隙磁場(chǎng)來將氣隙中的定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)合并為一合成氣隙磁場(chǎng)來考慮，這種分析方法更符合同步電機(jī)的實(shí)際情況。考慮，這種分析方法更符合同步電機(jī)的實(shí)際情況。 由于定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，氣隙中合成旋由于定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，氣隙中合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)便也按同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，和轉(zhuǎn)子繞組之間仍無相轉(zhuǎn)磁場(chǎng)便也按

10、同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，和轉(zhuǎn)子繞組之間仍無相對(duì)運(yùn)動(dòng)；對(duì)運(yùn)動(dòng)； 因此同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線便超因此同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線便超前于氣隙合成磁場(chǎng)軸線；而同步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前于氣隙合成磁場(chǎng)軸線；而同步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線將滯后于氣隙合成磁場(chǎng)的軸線。時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線將滯后于氣隙合成磁場(chǎng)的軸線。 同步電機(jī)的運(yùn)行方式，也常用合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁同步電機(jī)的運(yùn)行方式，也常用合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相對(duì)位置來確定；場(chǎng)之間的相對(duì)位置來確定；當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于定子磁場(chǎng)時(shí)，合成的氣隙磁場(chǎng)便當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前于定子磁場(chǎng)時(shí)，合成的氣隙磁場(chǎng)便滯后于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)滯后于定子磁場(chǎng)時(shí)，滯

11、后于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)滯后于定子磁場(chǎng)時(shí)，合成的氣隙磁場(chǎng)便將超前于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)；合成的氣隙磁場(chǎng)便將超前于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)；電樞（定子）：電樞（定子）： I1 (Fa ) = 0轉(zhuǎn)子每極磁通：轉(zhuǎn)子每極磁通： 0 空載電動(dòng)勢(shì)：空載電動(dòng)勢(shì)： E0 = 4.44 f1 kw1 W10 或或電樞相電壓：電樞相電壓： U0P = E0電樞線電壓（電樞線電壓（Y 形聯(lián)結(jié)）：形聯(lián)結(jié)）：E0 = j4.44 f1 kw1 W10U0L =3 E0 E0 的頻率：的頻率：f1 =pn60（二）、同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行（二）、同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)

12、子繞組通入直流勵(lì)磁電流，定子繞組開路時(shí)稱為空載運(yùn)行。直流勵(lì)磁電流，定子繞組開路時(shí)稱為空載運(yùn)行。 二、二、 同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)的電樞反應(yīng) 空載時(shí)，同步電機(jī)中只有一個(gè)以同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁空載時(shí)，同步電機(jī)中只有一個(gè)以同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，即勵(lì)磁磁場(chǎng)，它在三相繞組中感應(yīng)出對(duì)稱的三場(chǎng)，即勵(lì)磁磁場(chǎng)，它在三相繞組中感應(yīng)出對(duì)稱的三相電勢(shì)，每一相為相電勢(shì)，每一相為E0，稱為勵(lì)磁電勢(shì)，定子每相電，稱為勵(lì)磁電勢(shì)，定子每相電壓為壓為E0=U。 當(dāng)定子繞組接上對(duì)稱的負(fù)載后，氣隙合成磁勢(shì)由電當(dāng)定子繞組接上對(duì)稱的負(fù)載后，氣隙合成磁勢(shì)由電樞磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用共同建立，并建立負(fù)載樞磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用共同建立，并建立

13、負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)；時(shí)的氣隙磁場(chǎng)；盡管勵(lì)磁電流未變，但氣隙磁場(chǎng)已不同于原來的勵(lì)盡管勵(lì)磁電流未變，但氣隙磁場(chǎng)已不同于原來的勵(lì)磁磁場(chǎng)，所以感應(yīng)電勢(shì)已不再是磁磁場(chǎng)，所以感應(yīng)電勢(shì)已不再是E0了。了。 對(duì)于功率因數(shù)滯后的感性負(fù)載，此時(shí)電勢(shì)將明顯地對(duì)于功率因數(shù)滯后的感性負(fù)載，此時(shí)電勢(shì)將明顯地低于空載電勢(shì)低于空載電勢(shì)E0，再計(jì)入電樞繞組中的電阻和漏抗，再計(jì)入電樞繞組中的電阻和漏抗壓降后，這就使壓降后，這就使U更加低于更加低于E0。 對(duì)稱負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)主極磁場(chǎng)基波的影對(duì)稱負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)主極磁場(chǎng)基波的影響，簡(jiǎn)稱對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)。響，簡(jiǎn)稱對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)主要取決于電樞反應(yīng)

14、的性質(zhì)主要取決于E0與與I之間的相位差之間的相位差 ，亦即主要取決于負(fù)載的性質(zhì)。亦即主要取決于負(fù)載的性質(zhì)。下面就下面就 角的幾種情況，分別討論電樞反應(yīng)的性質(zhì)。角的幾種情況，分別討論電樞反應(yīng)的性質(zhì)。 叫做內(nèi)功率因數(shù)角，電壓與電流的相位差叫做內(nèi)功率因數(shù)角，電壓與電流的相位差 叫做外叫做外功率因數(shù)角。功率因數(shù)角。注意內(nèi)功率因數(shù)角注意內(nèi)功率因數(shù)角 無法測(cè)量，外功率因數(shù)角可以測(cè)無法測(cè)量，外功率因數(shù)角可以測(cè)量。量。情況下，才能測(cè)到電勢(shì)情況下，才能測(cè)到電勢(shì)E0，負(fù)載，負(fù)載時(shí)測(cè)到的是電壓。時(shí)測(cè)到的是電壓。為什么？為什么？AXBYZCNSn當(dāng)當(dāng) =0 時(shí)，圖中所時(shí)，圖中所示瞬間，示瞬間，A相繞組的相繞組的軸線與

15、主磁極的交軸軸線與主磁極的交軸（q軸）重合軸）重合；此時(shí)此時(shí)A相繞組勵(lì)磁電相繞組勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為最大值，其方動(dòng)勢(shì)為最大值，其方向按右手定則確定。向按右手定則確定。（一一）、E0和和I 同相同相（ =0）時(shí)的電樞反應(yīng)）時(shí)的電樞反應(yīng)因?yàn)橐驗(yàn)?=0 ，所以此瞬間，所以此瞬間A繞組中的電流也達(dá)到最大繞組中的電流也達(dá)到最大值。值。AXBYZCNSnFfFaF 三相電流聯(lián)合產(chǎn)三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)生的電樞磁勢(shì)Fa的基波振幅便落的基波振幅便落在在A相繞組軸線上；相繞組軸線上； d 軸超前于軸超前于A相相軸相相軸 90，勵(lì)磁磁勢(shì)，勵(lì)磁磁勢(shì)Ff的基波相量在的基波相量在d 軸上；軸上； Fa的基波分量在的基波分量

16、在q軸上（稱為轉(zhuǎn)子交軸），它們和軸上（稱為轉(zhuǎn)子交軸），它們和轉(zhuǎn)子一起以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生合成磁勢(shì)轉(zhuǎn)子一起以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生合成磁勢(shì)F 。 qd這種電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用這種電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用Faq表示，表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。對(duì)于氣隙磁場(chǎng)交軸電對(duì)于氣隙磁場(chǎng)交軸電樞樞反應(yīng)將使合成磁場(chǎng)的軸線位反應(yīng)將使合成磁場(chǎng)的軸線位置置從空載時(shí)的直軸處逆轉(zhuǎn)向后移了一個(gè)銳角，且幅從空載時(shí)的直軸處逆轉(zhuǎn)向后移了一個(gè)銳角，且幅值也有所增加。但因磁路的飽和現(xiàn)象，交軸電樞反值也有所增加。但因磁路的飽和現(xiàn)象，交軸電樞反應(yīng)使幅值增加的很小。應(yīng)使幅值增加的很小

17、。對(duì)主磁場(chǎng)而對(duì)主磁場(chǎng)而言言，交軸電樞反應(yīng)在前極尖將起去磁作，交軸電樞反應(yīng)在前極尖將起去磁作用，在后極尖則起增磁作用。用，在后極尖則起增磁作用。見課本見課本257頁(yè)圖頁(yè)圖13-3(c)時(shí)時(shí)空相量圖空相量圖已知?dú)庀逗铣纱艅?shì)，并產(chǎn)生氣隙合成磁密和磁通，該已知?dú)庀逗铣纱艅?shì)，并產(chǎn)生氣隙合成磁密和磁通，該磁通在電樞繞組中產(chǎn)生合成電勢(shì)。磁通在電樞繞組中產(chǎn)生合成電勢(shì)。同理若忽略鐵心飽和的影響：同理若忽略鐵心飽和的影響： 這時(shí)應(yīng)有這時(shí)應(yīng)有 可從勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)分別求出勵(lì)磁電勢(shì)和電樞可從勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)分別求出勵(lì)磁電勢(shì)和電樞反應(yīng)電勢(shì)，即反應(yīng)電勢(shì)，即100ffFBE 11aaaaFBE a0相應(yīng)地有相應(yīng)地有 E

18、EEa0應(yīng)注意：這里所述的所有的時(shí)間相量都是屬于定子中應(yīng)注意：這里所述的所有的時(shí)間相量都是屬于定子中某一相中的物理量。某一相中的物理量。當(dāng)各相時(shí)軸和相軸都取在繞組的軸線上時(shí)，時(shí)當(dāng)各相時(shí)軸和相軸都取在繞組的軸線上時(shí)，時(shí)空相空相量圖存在下列關(guān)系。量圖存在下列關(guān)系。 時(shí)軸：若取某軸為時(shí)間參考軸時(shí)，則旋轉(zhuǎn)相量時(shí)軸：若取某軸為時(shí)間參考軸時(shí)，則旋轉(zhuǎn)相量 I2在該軸上的投影即為電流的瞬時(shí)值，即當(dāng)相量與該軸在該軸上的投影即為電流的瞬時(shí)值，即當(dāng)相量與該軸重合時(shí)，正弦量達(dá)到最大值。重合時(shí)，正弦量達(dá)到最大值。 相軸：繞組的軸線。當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)相軸：繞組的軸線。當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值就落

19、在該相繞組的軸線上。磁勢(shì)的幅值就落在該相繞組的軸線上。 (1)磁通相量磁通相量(時(shí)間相量時(shí)間相量)應(yīng)與產(chǎn)生它的磁密相量應(yīng)與產(chǎn)生它的磁密相量(空間空間相量相量)重合；重合； 相量圖的畫法：相量圖的畫法：(2)忽略鐵心中的損耗影響時(shí)，磁通相量應(yīng)與產(chǎn)生它忽略鐵心中的損耗影響時(shí)，磁通相量應(yīng)與產(chǎn)生它的電流相量同相位；的電流相量同相位；(3)當(dāng)磁通與感應(yīng)電勢(shì)正方向符合右手螺旋法則時(shí)，當(dāng)磁通與感應(yīng)電勢(shì)正方向符合右手螺旋法則時(shí)，電勢(shì)滯后于產(chǎn)生它的磁通電勢(shì)滯后于產(chǎn)生它的磁通90。 而磁勢(shì)與產(chǎn)生它的電流重合。而磁勢(shì)與產(chǎn)生它的電流重合。(時(shí)軸與相軸取在一起時(shí)軸與相軸取在一起)根據(jù)這些基本關(guān)系，便可畫出時(shí)空相量圖如下

20、圖所示。根據(jù)這些基本關(guān)系，便可畫出時(shí)空相量圖如下圖所示。 FaF 0I aE E0Ea Ff =0時(shí)的時(shí)的時(shí)時(shí)空相量圖空相量圖就是說就是說A相電流達(dá)到最大值時(shí)，轉(zhuǎn)子已向前轉(zhuǎn)過相電流達(dá)到最大值時(shí)，轉(zhuǎn)子已向前轉(zhuǎn)過90 。（二）（二）、當(dāng)當(dāng)E0超前超前I 90 （ =90 ）時(shí)的電樞反應(yīng)）時(shí)的電樞反應(yīng)當(dāng)當(dāng) =90 時(shí)，在圖示瞬間，此時(shí)時(shí)，在圖示瞬間，此時(shí)A相勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為最相勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為最大值，但定子大值，但定子A相電流為零。相電流為零。AXBYZCNSnFfFaF AXBYZCNSn可見可見 =90 時(shí)直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹去磁的。時(shí)直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹去磁的。電樞磁動(dòng)勢(shì)的幅值恰好位于勵(lì)磁磁動(dòng)

21、勢(shì)的軸線上，電樞磁動(dòng)勢(shì)的幅值恰好位于勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的軸線上，但方向相反。但方向相反。此時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用此時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用Fad表表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為直軸電樞反應(yīng)，示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為直軸電樞反應(yīng)，（三）（三）、當(dāng)當(dāng)E0滯后滯后I90 （ =-90 ）時(shí)的電樞反應(yīng)）時(shí)的電樞反應(yīng)當(dāng)當(dāng) =-90 時(shí)，在圖示瞬間，此時(shí)時(shí)，在圖示瞬間，此時(shí)A相勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為最相勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為最大值，但定子大值，但定子A相電流為零。相電流為零。若保證電壓不變，即氣隙的合成磁場(chǎng)不變，必須加若保證電壓不變，即氣隙的合成磁場(chǎng)不變，必須加大直流勵(lì)磁，這種電機(jī)叫做過激狀態(tài)的同步電機(jī)。大直流勵(lì)磁

22、，這種電機(jī)叫做過激狀態(tài)的同步電機(jī)。就是說就是說A相電流達(dá)到最大值時(shí)，轉(zhuǎn)子已向相電流達(dá)到最大值時(shí)，轉(zhuǎn)子已向后后轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90;AXBYZCNSnFfFaF AXBYZCNSn電樞磁動(dòng)勢(shì)的幅值電樞磁動(dòng)勢(shì)的幅值也也恰好位于勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的軸線上，恰好位于勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的軸線上，但方向相但方向相同同?？梢娍梢?=-90 時(shí)直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹時(shí)直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹助助磁的。磁的。此時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用此時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，用Fad表表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為直軸電樞反應(yīng)示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為直軸電樞反應(yīng)。（四）（四）、一般情況下一般情況下（0 xq所以所以E0EQ（感性）感性

23、）UI ra Ij xqIEQjxdIdE0jxqIqUIra Ijxq IEQjxdIdjxq IqE0UIra Ijxq IEQjxd Idjxq IqE0 (c) 電電容容性性(a) 電電感感性性(b) 電電阻阻性性 忽略忽略 ra 時(shí)時(shí)UI jxqIEQjxdIdE0jxq IqUIjxq IEQjxdIdjxq IqE0UIjxqIEQjxd Idjxq IqE0 忽略電樞電阻，相量圖重畫如下忽略電樞電阻，相量圖重畫如下UI jxqIEQjxdIdE0jxqIq NOG IdIq線段線段ON的長(zhǎng)度為的長(zhǎng)度為cosONU所以勵(lì)磁電勢(shì)所以勵(lì)磁電勢(shì)E0 由相量圖可得由相量圖可得 1sinc

24、osqIxUtgU0cosddEUI x例：例：某三相同步發(fā)電機(jī)，已知某三相同步發(fā)電機(jī)，已知UN = 11kV，Y形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)，IN =460A，cos = 0.8（感性），（感性），xd = 16，xq = 8，ra 忽略不計(jì)。求忽略不計(jì)。求 、 、E0 。 U = UN 3= = 6 351 V 111031.732Vtan = Usin xqIUcos 6 3510.68460 6 3510.8=V = 1.474 = arctan1.474 = 55.85o = = 55.85o 36.87o = 18.98o E0 = Ucos xdId = (6 351cos18.98o1646

25、0sin 55.85o )V = 12096.63 V解：解：1. 一臺(tái)凸極式同步發(fā)電機(jī)，額定值為一臺(tái)凸極式同步發(fā)電機(jī)，額定值為PN=72500kW，UN=10.5kV,，Y接法，接法，cos N=0.8（滯后），已知（滯后），已知xd*=1，xq*=0.544，不計(jì)電阻，求，不計(jì)電阻，求額定狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的額定狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的 、Id*、Iq*及及E0*各為多少？各為多少？2. 有一臺(tái)有一臺(tái)400kW、6300V、Y接法接法cos N=0.8（滯后）的三相凸極式同步發(fā)電機(jī)，若發(fā)電機(jī)在（滯后）的三相凸極式同步發(fā)電機(jī)，若發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí) =60，電樞每相勵(lì)磁電勢(shì)為，電樞每相勵(lì)

26、磁電勢(shì)為7400V，試求，試求Id、Iq、xd、xq。補(bǔ)充作業(yè)補(bǔ)充作業(yè)四、三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩四、三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩1. 功率功率(1) 輸入功率輸入功率(2) 空載損耗空載損耗(3) 電磁功率電磁功率(4) 銅損耗銅損耗(5) 輸出功率輸出功率(6) 功率關(guān)系功率關(guān)系P1 = T1p0 = pFep psPM = P1p0pCu = 3raI2 P2 = PMpcu = 3UIcos P1 = p0PM = pFep pspCuP2 (7) 功率流程圖和效率功率流程圖和效率P1p0PMpCuP2 = 100% P2P12. 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩(1) 輸入轉(zhuǎn)矩輸入轉(zhuǎn)矩(2) 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)

27、矩(3) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(4) 轉(zhuǎn)矩關(guān)系轉(zhuǎn)矩關(guān)系T1 = P11T0 = p01TM = PM1T1 = TM + T0= P1 n602 = p0 n602 = PM n602 五、三相同步發(fā)電機(jī)的特性五、三相同步發(fā)電機(jī)的特性同步發(fā)電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行是指電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值且保持同步發(fā)電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行是指電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值且保持恒定，并供給三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的一種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式。恒定，并供給三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的一種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式。 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能可以通過它的基本特性以及由同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能可以通過它的基本特性以及由這些特性所求得的一些主要參數(shù)來加以說明。這些特性所求得的一些主要參數(shù)來加以說明。 同步發(fā)電機(jī)

28、在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，有三個(gè)互相影響的變量，同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，有三個(gè)互相影響的變量，即端電壓即端電壓U，電樞電流，電樞電流I和勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流If。 負(fù)載的功率因數(shù)負(fù)載的功率因數(shù)cos 對(duì)它們之間的關(guān)系也有影響，為對(duì)它們之間的關(guān)系也有影響，為便于分析，設(shè)便于分析，設(shè)cos 不變；不變； 在端電壓、電樞電流和勵(lì)磁電流三者中令其一為常數(shù)，在端電壓、電樞電流和勵(lì)磁電流三者中令其一為常數(shù)，而求其他二者之間的關(guān)系，就稱為同步發(fā)電機(jī)的基本而求其他二者之間的關(guān)系，就稱為同步發(fā)電機(jī)的基本特性。特性。 本節(jié)還要介紹同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)的功角特性。本節(jié)還要介紹同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)的功角特性。 重要！重要?。ㄒ唬⒖蛰d特性和短

29、路特性（一）、空載特性和短路特性 1. 空載特性空載特性指在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速（指在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速（n=n1），電樞電），電樞電路開路（路開路（I=0）的情況下?？蛰d電壓（）的情況下。空載電壓（U0=E0）與勵(lì)磁）與勵(lì)磁電流電流If 之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線U0=f(If)。 空載特性曲線實(shí)際上就是電機(jī)的磁化曲線，它可用計(jì)空載特性曲線實(shí)際上就是電機(jī)的磁化曲線，它可用計(jì)算法得到，也可用實(shí)驗(yàn)法測(cè)出。可用下圖電路。算法得到，也可用實(shí)驗(yàn)法測(cè)出?？捎孟聢D電路。 實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，電樞繞組開路，用原動(dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)拖到實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，電樞繞組開路，用原動(dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速，然后逐漸增加勵(lì)磁電

30、流并記錄不同勵(lì)磁電同步轉(zhuǎn)速，然后逐漸增加勵(lì)磁電流并記錄不同勵(lì)磁電流下對(duì)應(yīng)的電樞端電壓，直到流下對(duì)應(yīng)的電樞端電壓，直到U0=1.3UN左右，再逐步左右，再逐步減少減少If ，記錄對(duì)應(yīng)的，記錄對(duì)應(yīng)的U0和和If 值，由于鐵磁材料的磁滯值，由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，將得到上升和下降兩條不同的曲線見下圖?，F(xiàn)象，將得到上升和下降兩條不同的曲線見下圖。 (b)空載特性的校正空載特性的校正 (a)不同剩磁下的空載特性不同剩磁下的空載特性空載特性是同步發(fā)空載特性是同步發(fā)電機(jī)的基本特性之電機(jī)的基本特性之一，是一條非常重一，是一條非常重要的特性，它體現(xiàn)要的特性，它體現(xiàn)了電機(jī)中電與磁的了電機(jī)中電與磁的關(guān)系。一方面表征

31、關(guān)系。一方面表征了電機(jī)磁路的飽和了電機(jī)磁路的飽和情況，另一方面把情況，另一方面把它和短路特性、零它和短路特性、零功率因數(shù)特性配合功率因數(shù)特性配合在一起，可以確定在一起，可以確定電機(jī)的基本參數(shù)額電機(jī)的基本參數(shù)額定勵(lì)磁電流和電壓定勵(lì)磁電流和電壓調(diào)整率等。調(diào)整率等。 2. 短路特性短路特性 短路特性是指發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，將電樞繞組穩(wěn)短路特性是指發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，將電樞繞組穩(wěn)態(tài)短路，短路電流態(tài)短路，短路電流Ik與勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系曲線，之間的關(guān)系曲線，即即Ik=f(If)。 它不僅可用來說明同步發(fā)電機(jī)的性能，更重要的是可它不僅可用來說明同步發(fā)電機(jī)的性能，更重要的是可借以測(cè)定電機(jī)參

32、數(shù)。借以測(cè)定電機(jī)參數(shù)。 短路試驗(yàn)的接線圖中只需把空載實(shí)驗(yàn)圖中的短路試驗(yàn)的接線圖中只需把空載實(shí)驗(yàn)圖中的A、B、C三端短接即可。三端短接即可。 試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If使電樞的短路電流從零開始一直到使電樞的短路電流從零開始一直到1.25IN左右為至，左右為至，記取對(duì)應(yīng)的短路電流記取對(duì)應(yīng)的短路電流Ik 和勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流If ，得短路特性曲，得短路特性曲線如下圖所示。線如下圖所示。 IfIkINIfko短路特性曲線短路特性曲線短路時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓短路時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U=0，限制，限制短路電流的僅是電機(jī)的內(nèi)部阻抗，短路電流的僅是電機(jī)

33、的內(nèi)部阻抗，由于一般同步發(fā)電機(jī)的電樞電阻遠(yuǎn)由于一般同步發(fā)電機(jī)的電樞電阻遠(yuǎn)小于同步電抗可忽略不計(jì)，所以小于同步電抗可忽略不計(jì)，所以 ssasjxjxrZ90000ssskxEjxEZEI（隱極式）（隱極式） 短路電流短路電流 所以短路電流可認(rèn)為是純感性的，即所以短路電流可認(rèn)為是純感性的，即 = 90，這時(shí)，這時(shí)電樞電流只有直軸分量，它所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)基本電樞電流只有直軸分量，它所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)基本上是一個(gè)起純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢(shì)，即上是一個(gè)起純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢(shì)，即Fa=Fad，而，而Faq=0。E0 Ik jxd FfFadFadF Ea=-jxadIkE0=jxdIkE =jx IkIk(b)

34、短路時(shí)的相量圖短路時(shí)的相量圖 (a)短路時(shí)的等效電路短路時(shí)的等效電路 此時(shí)繞組的電抗，若為凸極式發(fā)電機(jī)，則為直軸同步此時(shí)繞組的電抗，若為凸極式發(fā)電機(jī)，則為直軸同步電抗，因此短路時(shí)，不論是隱極機(jī)還是凸極機(jī)都具有電抗，因此短路時(shí)，不論是隱極機(jī)還是凸極機(jī)都具有相同形式的等效電路和相量圖，電路如下圖相同形式的等效電路和相量圖，電路如下圖(a)所示。所示。 從等效電路可看出，由于從等效電路可看出，由于U=0，ra=0，則，則0kskkakaEjI xjI xjI xjI xExI jEEEka0相量圖如圖相量圖如圖(b)所示。所示。此時(shí)氣隙合成磁勢(shì)此時(shí)氣隙合成磁勢(shì)F 很小，合成磁勢(shì)所產(chǎn)生的氣隙磁很小，合

35、成磁勢(shì)所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電勢(shì)完全被漏抗壓降所平衡，場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電勢(shì)完全被漏抗壓降所平衡，即即 xI jEk所以對(duì)應(yīng)的氣隙合成磁通很小，電機(jī)的磁路處于不飽所以對(duì)應(yīng)的氣隙合成磁通很小，電機(jī)的磁路處于不飽和狀態(tài)，磁勢(shì)和磁通成線性關(guān)系，因此和狀態(tài)，磁勢(shì)和磁通成線性關(guān)系，因此 FE 另一方面，由于電樞磁勢(shì)正比于電樞電流，即另一方面，由于電樞磁勢(shì)正比于電樞電流，即 kaIF 所以勵(lì)磁磁勢(shì)所以勵(lì)磁磁勢(shì) afFFF也與也與Ik成正比，所以成正比，所以 kfIF 同時(shí)同時(shí) ffIF 故短路特性是一條直線，即故短路特性是一條直線，即 fkII kkI xI511. 外特性外特性當(dāng)當(dāng) n =

36、 n1，If、cos = 常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)，U 與與 I 的關(guān)系，的關(guān)系， 即即 U = f (I)。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If，使，使 I= IN、 cos = cos N 、U = UN 時(shí)，時(shí)， If = IfN。 電壓調(diào)整率：電壓調(diào)整率： 保持保持 n1、 cos N、IfN 時(shí)，時(shí)，OUIcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNIN U% = 100% E0UNP UNP（二）、外特性和調(diào)節(jié)特性（二）、外特性和調(diào)節(jié)特性為了使同步發(fā)電機(jī)的端電壓不隨負(fù)載電流的變化而劇為了使同步發(fā)電機(jī)的端電壓不隨負(fù)載電流的變化而劇烈變動(dòng)，它的電壓變化率應(yīng)盡量地小。烈變動(dòng)，它的電壓變化率應(yīng)

37、盡量地小。電壓變化率是表征同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之電壓變化率是表征同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一。一。實(shí)際上，由于同步電抗的數(shù)值較大，負(fù)載電流變化實(shí)際上，由于同步電抗的數(shù)值較大，負(fù)載電流變化產(chǎn)生的同步電抗壓降必然要引起端電壓明顯地變化。產(chǎn)生的同步電抗壓降必然要引起端電壓明顯地變化。現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)都裝有快速自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，它能根現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)都裝有快速自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，它能根據(jù)端電壓的變化自動(dòng)改變勵(lì)磁電流的大小，使發(fā)電機(jī)據(jù)端電壓的變化自動(dòng)改變勵(lì)磁電流的大小，使發(fā)電機(jī)端電壓基本不變，所以對(duì)端電壓基本不變，所以對(duì) U%的要求大為放寬。的要求大為放寬。 凸極式同步發(fā)電機(jī)的凸極式同步發(fā)電機(jī)的 U%

38、大體在大體在18%30%以內(nèi)；以內(nèi)； 汽輪發(fā)電機(jī)由于電樞反應(yīng)較大，故汽輪發(fā)電機(jī)由于電樞反應(yīng)較大，故 U%也較大，大也較大，大體在體在3048%這一范圍內(nèi)（均為這一范圍內(nèi)（均為cos 滯后的數(shù)值）。滯后的數(shù)值）。 2. 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性保持保持 n = n1、U = UN、cos = cos N時(shí)，時(shí)， If 與與 I 的關(guān)系的關(guān)系,即即 If = f ( I )。OIf Icos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1調(diào)整特性的變化趨勢(shì)與外特性正好相反，對(duì)于感性和調(diào)整特性的變化趨勢(shì)與外特性正好相反，對(duì)于感性和純阻性負(fù)載，為補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用及電樞漏阻純阻性負(fù)載，為補(bǔ)償

39、電樞反應(yīng)的去磁作用及電樞漏阻抗壓降，隨著負(fù)載的增加，若要保持端電壓為常數(shù)，抗壓降，隨著負(fù)載的增加，若要保持端電壓為常數(shù)，就必須增加勵(lì)磁電流；就必須增加勵(lì)磁電流；所以這兩種情況下的調(diào)節(jié)特性都是上升的。所以這兩種情況下的調(diào)節(jié)特性都是上升的。 在容性負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載的增加，必須減少勵(lì)磁電流，在容性負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載的增加，必須減少勵(lì)磁電流，以維持端電壓恒定。以維持端電壓恒定。 （三）、穩(wěn)態(tài)的功角特性（三）、穩(wěn)態(tài)的功角特性功角特性：保持功角特性：保持 n、If 、U 不變時(shí)，電磁功率不變時(shí)，電磁功率PM 與功與功率角率角 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 PM = f ( ) 。同步電機(jī)的電磁功率除了可用電勢(shì)、電樞

40、電流以及它同步電機(jī)的電磁功率除了可用電勢(shì)、電樞電流以及它們之間的夾角來表示外，還可以用便于計(jì)算、調(diào)節(jié)和們之間的夾角來表示外，還可以用便于計(jì)算、調(diào)節(jié)和更能顯示電機(jī)內(nèi)部物理過程的一些物理量來表示，即更能顯示電機(jī)內(nèi)部物理過程的一些物理量來表示，即勵(lì)磁電勢(shì)勵(lì)磁電勢(shì)E0、端電壓、端電壓U和功率角和功率角 等。等。 正如轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的基本變量一樣，對(duì)于并聯(lián)運(yùn)正如轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的基本變量一樣，對(duì)于并聯(lián)運(yùn)行于電網(wǎng)的同步電機(jī)來說，功率角是它的一個(gè)基本物行于電網(wǎng)的同步電機(jī)來說，功率角是它的一個(gè)基本物理量。理量。 1. 隱極式同步發(fā)電機(jī)的功角特性隱極式同步發(fā)電機(jī)的功角特性 PM = P2 = 3UIcos =

41、 3 E0Icos 因在同步發(fā)電機(jī)中因在同步發(fā)電機(jī)中ra TM + T0有功功率的調(diào)節(jié)方法如下：有功功率的調(diào)節(jié)方法如下： = 0，T1 = T0 nn1TM n n = n1穩(wěn)定穩(wěn)定T1 = TM + T079原動(dòng)機(jī)輸入功率的增加也不是無限制的原動(dòng)機(jī)輸入功率的增加也不是無限制的。對(duì)于隱極發(fā)電機(jī)，當(dāng)對(duì)于隱極發(fā)電機(jī)，當(dāng)=90 時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值Pmax時(shí)，若再增加輸入功率，則時(shí)，若再增加輸入功率，則90 ，這時(shí)電磁功，這時(shí)電磁功率將隨著率將隨著的增大而減小的增大而減??；輸入功率扣掉空載損耗和減小了的電磁功率后還有剩輸入功率扣掉空載損耗和減小了的電磁功率后還有剩余，剩余的功

42、率將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，余，剩余的功率將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，角繼續(xù)增大，角繼續(xù)增大，電磁功率電磁功率PM繼續(xù)減小，功率再不能保持平衡，發(fā)電機(jī)繼續(xù)減小，功率再不能保持平衡，發(fā)電機(jī)將將“失去同步失去同步”，或叫做失去，或叫做失去“靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定”。2. 靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定指電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面出現(xiàn)某些微小擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)能指電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面出現(xiàn)某些微小擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)能在這種瞬時(shí)擾動(dòng)消除后，繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行狀在這種瞬時(shí)擾動(dòng)消除后，繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行狀態(tài)。就稱這時(shí)的同步發(fā)電機(jī)是態(tài)。就稱這時(shí)的同步發(fā)電機(jī)是“靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定”的，否則的，否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定。就是靜態(tài)不穩(wěn)定。0PM/T 90o a0PM/T 9

43、0o aT T1= T + T0a 點(diǎn)點(diǎn)： 干擾使干擾使 T1 T 抑制了抑制了 進(jìn)一步增大進(jìn)一步增大 b 點(diǎn)。點(diǎn)。bT1 = T + T0 干擾消失后，較大的干擾消失后，較大的 T，使機(jī)組恢復(fù)到使機(jī)組恢復(fù)到 a 點(diǎn)運(yùn)行。點(diǎn)運(yùn)行。a 點(diǎn)點(diǎn)： 干擾使干擾使 T1 n T n T 失步失步。 干擾消失后，干擾消失后，n 不可能恢不可能恢復(fù)到復(fù)到 n1，即工作點(diǎn)不可能，即工作點(diǎn)不可能恢復(fù)到恢復(fù)到 a 點(diǎn)運(yùn)行。點(diǎn)運(yùn)行。穩(wěn)定穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)運(yùn)行區(qū)結(jié)論：結(jié)論：凡處于功角特性曲線上升部分的工作點(diǎn)，都是凡處于功角特性曲線上升部分的工作點(diǎn)，都是靜態(tài)穩(wěn)定的，下降部分的工作都是靜態(tài)不穩(wěn)定的?；蜢o態(tài)穩(wěn)定的，下降部分的工作都

44、是靜態(tài)不穩(wěn)定的?；蛘哒f在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時(shí)增大，者說在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時(shí)增大，或同時(shí)減小的那一部分是靜態(tài)穩(wěn)定的?；蛲瑫r(shí)減小的那一部分是靜態(tài)穩(wěn)定的。靜態(tài)穩(wěn)定的判斷依據(jù)：比整步功率靜態(tài)穩(wěn)定的判斷依據(jù)：比整步功率(kW/rad)0McxdPPd對(duì)隱極發(fā)電機(jī)，比整步功率為對(duì)隱極發(fā)電機(jī)，比整步功率為:0cosMcxsE UdPPmdx 電機(jī)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，電機(jī)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，Pcx 越大，電機(jī)穩(wěn)定增長(zhǎng)性越好。越大，電機(jī)穩(wěn)定增長(zhǎng)性越好。Pcx可以表示發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定度。可以表示發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定度。當(dāng)當(dāng) =90 時(shí)，時(shí)，Pcx=0，正處在，正處在穩(wěn)定的交界。穩(wěn)定的交界。如圖，當(dāng)如圖，當(dāng)

45、=0時(shí)，時(shí)，Pcx最大，最大，故同步發(fā)電機(jī)在空載時(shí)最為故同步發(fā)電機(jī)在空載時(shí)最為穩(wěn)定。穩(wěn)定。此時(shí)發(fā)電機(jī)保持同步的能力此時(shí)發(fā)電機(jī)保持同步的能力為零，故該點(diǎn)即為靜態(tài)穩(wěn)定為零，故該點(diǎn)即為靜態(tài)穩(wěn)定的極限。的極限。當(dāng)當(dāng) 90時(shí)，時(shí)，Pcx為負(fù)值，發(fā)電機(jī)便失去了穩(wěn)定為負(fù)值，發(fā)電機(jī)便失去了穩(wěn)定。3. 無功功率的調(diào)節(jié)無功功率的調(diào)節(jié)以隱極發(fā)電機(jī)為例，不計(jì)磁路飽和電樞電阻，分析同步以隱極發(fā)電機(jī)為例，不計(jì)磁路飽和電樞電阻，分析同步發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)，無功功率與勵(lì)磁電流的關(guān)系。發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)，無功功率與勵(lì)磁電流的關(guān)系。(1)空載運(yùn)行空載運(yùn)行空載時(shí)電樞電流和電樞磁動(dòng)勢(shì)為零，空載時(shí)電樞電流和電樞磁動(dòng)勢(shì)為零，E0=U

46、，F(xiàn)f=F ，這時(shí)的勵(lì)磁電流稱為這時(shí)的勵(lì)磁電流稱為“正常正?！眲?lì)磁電流勵(lì)磁電流If0。如圖所示。如圖所示。UE0Ff =F 若若增大勵(lì)磁電流增大勵(lì)磁電流(If If0),則則E0 U，由于電網(wǎng)電壓不變，發(fā)電機(jī)必然由于電網(wǎng)電壓不變，發(fā)電機(jī)必然輸出一個(gè)滯后的無功電流輸出一個(gè)滯后的無功電流(感性感性)，它產(chǎn)生去磁的電它產(chǎn)生去磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)樞磁動(dòng)勢(shì)Fa,以維以維持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)F 不變不變(F =Ff+Fa)；這時(shí)勵(lì)磁電流稱為過勵(lì)的這時(shí)勵(lì)磁電流稱為過勵(lì)的勵(lì)磁電流。如圖所示。勵(lì)磁電流。如圖所示。UE0Ff F Fa IjxsIUE0Ff F Fa IjxsI若減小若減小勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流(

47、IfIf0)，則則E0U，發(fā)，發(fā)電機(jī)輸出一個(gè)電機(jī)輸出一個(gè)超前超前的無功電流的無功電流(容容性性)，它產(chǎn)生它產(chǎn)生助助磁的電磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)樞磁動(dòng)勢(shì)Fa，以維持，以維持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)F 不變不變(F =Ff+Fa)；這時(shí)勵(lì)磁電流稱為欠激的勵(lì)磁電流。如圖所示。這時(shí)勵(lì)磁電流稱為欠激的勵(lì)磁電流。如圖所示。結(jié)論結(jié)論：當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)發(fā)當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流變化時(shí)，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出的無功功率也將發(fā)生變化，過勵(lì)時(shí)發(fā)出感性的無功出的無功功率也將發(fā)生變化，過勵(lì)時(shí)發(fā)出感性的無功功率，欠勵(lì)時(shí)發(fā)出容性的無功功率。功率，欠勵(lì)時(shí)發(fā)出容性的無功功率。(2)負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，不改變?cè)?/p>

48、動(dòng)機(jī)的輸入，有功功率將調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，不改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的輸入，有功功率將保持不變，保持不變，由電磁功率表達(dá)式可得由電磁功率表達(dá)式可得Pe = 3 sin U1E0Xs= 3UIcos = =常數(shù)常數(shù)(1) 正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If = If0 時(shí)，時(shí)， = 0，cos = 1，Q2 = 0，發(fā)電機(jī)不輸出無功功率。，發(fā)電機(jī)不輸出無功功率。 I與與U 同相，同相， UE0j xsII即：即：E0 sin = 常數(shù)常數(shù) Icos = 常數(shù)常數(shù)在恒定的有功功率下調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)，電流相量在恒定的有功功率下調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)，電流相量I端端點(diǎn)的軌跡為點(diǎn)的軌跡為AB線（見下圖），電動(dòng)勢(shì)相量線（見下圖），電動(dòng)勢(shì)相量

49、E0端點(diǎn)的端點(diǎn)的軌跡為軌跡為CD線，不同勵(lì)磁電流時(shí)的線，不同勵(lì)磁電流時(shí)的E0和和I的相量端點(diǎn)的相量端點(diǎn)在軌跡線上有不同位置。在軌跡線上有不同位置。(2) 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 （當(dāng)（當(dāng)If If0 時(shí)）時(shí)） If E0 。 發(fā)電機(jī)輸出電容性無功功率；發(fā)電機(jī)輸出電容性無功功率； If Q2 。(3) 過勵(lì)磁過勵(lì)磁 (當(dāng)當(dāng)If If0 時(shí)時(shí)) If E0 。 發(fā)電機(jī)輸出電感性無功功率；發(fā)電機(jī)輸出電感性無功功率； If Q2 。UE0Ijxs IE0CDjxsIAB I ( I ) 超前于超前于U，I E0jxs II I ( I ) 滯后于滯后于U， 說明說明: 電網(wǎng)電壓不變，氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，由于過電

50、網(wǎng)電壓不變，氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，由于過勵(lì)時(shí)主極磁動(dòng)勢(shì)增大，為保持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，勵(lì)時(shí)主極磁動(dòng)勢(shì)增大，為保持氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)不變，電樞反應(yīng)的去磁分量必然要增大，即電樞反應(yīng)的去磁分量必然要增大，即 角增大，電流角增大，電流變成滯后；反之，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)，變成滯后；反之，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)，IfIf0，E02E0，則電樞則電樞電流除有功分量外，還出現(xiàn)一個(gè)超前的無功分量，即電流除有功分量外，還出現(xiàn)一個(gè)超前的無功分量，即輸出一個(gè)容性的無功功率。輸出一個(gè)容性的無功功率。發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功就可以改變發(fā)電

51、機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能改變無功功率的性質(zhì)。功率的大小，而且能改變無功功率的性質(zhì)。過勵(lì)時(shí)，電樞電流滯后，發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率；過勵(lì)時(shí)，電樞電流滯后，發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率；欠勵(lì)時(shí)，電樞電流超前，欠勵(lì)時(shí)，電樞電流超前，發(fā)發(fā)電機(jī)輸出容性無功功率。電機(jī)輸出容性無功功率。結(jié)論：結(jié)論：并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表示電樞電流變時(shí)，表示電樞電流I和勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流If的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線I=f(If)稱為稱為“U”形曲線。形曲線。對(duì)于一個(gè)給定的有功功率輸出就有一條對(duì)于一個(gè)給定的有功功率輸出就有一條U形曲線，形曲

52、線，有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇“U”形曲線。特點(diǎn)如下：形曲線。特點(diǎn)如下：3. U形曲線形曲線(1)每條曲線的最低點(diǎn)每條曲線的最低點(diǎn), cos =1 ,定子電流最小定子電流最小，且且全為有功電流，這些點(diǎn)的連全為有功電流，這些點(diǎn)的連線向右傾斜；線向右傾斜；表明要輸出純有功功率，必表明要輸出純有功功率，必須相應(yīng)增加勵(lì)磁電流。須相應(yīng)增加勵(lì)磁電流。表明輸出有功功率越多，維持表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵(lì)磁電流也越大。穩(wěn)定所需的勵(lì)磁電流也越大。而在其左方，發(fā)電機(jī)處于欠勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)，功率因數(shù)是而在其左方，發(fā)電機(jī)處于欠勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)，功率因數(shù)是超前的，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出容性的無功功率。超前的，發(fā)電機(jī)