電機拖動原理-課件-第6章同步電機

1、第 6 章 同步電機n6.1 同步電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)n6.2 同步發(fā)電機的空載運行n6.3 同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)n6.4 同步發(fā)電機的負載運行n6.5 同步發(fā)電機的并聯(lián)運行n6.6 同步發(fā)電機和同步調(diào)相機交流電機分：交流電機分：同步同步電機電機-n=ns(ns為同步轉(zhuǎn)速）為同步轉(zhuǎn)速） 異步異步電機電機-n ns一、同步電機分類：一、同步電機分類：旋轉(zhuǎn)電樞旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞旋轉(zhuǎn)，主極固定，因電樞功率式：電樞旋轉(zhuǎn)，主極固定，因電樞功率不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，實用少。實用少。旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極旋轉(zhuǎn)，電樞固定，電樞功率由式：磁極旋轉(zhuǎn)

2、，電樞固定，電樞功率由靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)型式。步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)型式。同步電機同步電機 6.16.1同步電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)同步電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁極式式隱極隱極式轉(zhuǎn)子：不計齒槽時氣隙均勻；機械強度高，適用于高轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子：不計齒槽時氣隙均勻；機械強度高，適用于高轉(zhuǎn)速；一般用于汽輪發(fā)電機；外形細長。速；一般用于汽輪發(fā)電機；外形細長。凸極凸極式轉(zhuǎn)子：氣隙不均勻，極弧下較小，極間較大；機械強度式轉(zhuǎn)子：氣隙不均勻，極弧下較小，極間較大；機械強度比隱極機低，適用于低轉(zhuǎn)速；一般用于水輪發(fā)電機，外形扁盤比

3、隱極機低，適用于低轉(zhuǎn)速；一般用于水輪發(fā)電機，外形扁盤形。形。二、二、隱極隱極同步電機同步電機（只有臥式支撐）（只有臥式支撐）1、隱極式隱極式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 隱極式隱極式轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極沒有凸出的磁極，如圖，如圖6-1所示。沿所示。沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，槽中嵌放勵磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約槽中嵌放勵磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)成部分沒有開槽，構(gòu)成所謂大齒，所謂大齒，是磁極的中心區(qū)。勵磁繞組通入勵磁是磁極的中心區(qū)。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn)會出現(xiàn) N 極極和和 S 極。極。圖圖6-1 隱極式

4、隱極式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2 2、隱極式隱極式轉(zhuǎn)子特點轉(zhuǎn)子特點：在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子圓周：在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高線速度極高，最大可達最大可達170170米米/ /秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機都做成力，大型汽輪發(fā)電機都做成細長細長的隱極式的隱極式圓柱體圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。 轉(zhuǎn)子長度轉(zhuǎn)子長度/ /直徑直徑=2.5=2.5 6.56.5，且容量愈大比值

5、愈大。，且容量愈大比值愈大。3、汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機 （如圖（如圖6-2） 主要結(jié)構(gòu)部件有：定子、轉(zhuǎn)主要結(jié)構(gòu)部件有：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承。子、端蓋和軸承。 定子定子定子定子大體上與異步電機相同大體上與異步電機相同，定子鐵心由定子鐵心由0.35mm,0.5mm0.35mm,0.5mm或或其它厚度的電工鋼片疊成。其它厚度的電工鋼片疊成。圖圖6-2 汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機 三、三、凸極凸極同步電機（臥式、立式支撐）同步電機（臥式、立式支撐）1支撐支撐：臥式、立式臥式、立式支撐。立式支撐。立式水輪發(fā)電機據(jù)推力軸承的不同安放位置又分：水輪發(fā)電機據(jù)推力軸承的不同安放位置又分：懸式（推力軸承在轉(zhuǎn)子上部）、傘

6、式。懸式（推力軸承在轉(zhuǎn)子上部）、傘式。2、水輪發(fā)電機的、水輪發(fā)電機的特點特點是：極數(shù)多，直徑大，是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。3、定子定子：水輪發(fā)電機的：水輪發(fā)電機的直徑很大直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。4、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：水輪發(fā)電機由于水輪機的：水輪發(fā)電機由于水輪機的轉(zhuǎn)速較低轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機的極

7、數(shù)就比較多，做成凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單。凸極式轉(zhuǎn)子上的極數(shù)就比較多，做成凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單。凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈，如圖有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈，如圖6-4所示。所示。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心：由厚度為：由厚度為13mm的的鋼片鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來抑制短路電流和減弱來

8、抑制短路電流和減弱電機振蕩，在電動機中電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。作為起動繞組用。勵磁繞組勵磁繞組：勵磁線圈中：勵磁線圈中通過直流勵磁電流后，通過直流勵磁電流后，每個磁極就出現(xiàn)一定的每個磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為極性，相鄰磁極交替為 N 極和極和 S 極。極。圖圖6-4 凸極式凸極式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子同步電機的運行原理同步電機的運行原理 一、同步發(fā)電機工作原理一、同步發(fā)電機工作原理參考同步電機結(jié)構(gòu)模型圖參考同步電機結(jié)構(gòu)模型圖6-56-51 1、定子定子上：三相繞組，空間互上：三相繞組，空間互差差1201200 0電角度，匝數(shù)相等電角度，匝數(shù)相等 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上：上：I If f, ,由由轉(zhuǎn)

9、子轉(zhuǎn)子N N極出極出來來氣隙氣隙定子鐵心定子鐵心氣隙氣隙轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子S S極極原動機原動機n n逆時針恒速旋轉(zhuǎn)逆時針恒速旋轉(zhuǎn)定子定子上導(dǎo)體切割磁力線上導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生產(chǎn)生e e 圖圖6-56-56.2 同步發(fā)電機的空載運行同步發(fā)電機的空載運行空載運行：原動機帶動空載運行：原動機帶動發(fā)電機在同步轉(zhuǎn)速下運行發(fā)電機在同步轉(zhuǎn)速下運行,勵磁（轉(zhuǎn)子）繞組通過適勵磁（轉(zhuǎn)子）繞組通過適當(dāng)?shù)膭畲烹娏鳟?dāng)?shù)膭畲烹娏?電樞（定子）繞組不帶任何負載（開路）時的運行情況，稱電樞（定子）繞組不帶任何負載（開路）時的運行情況，稱為空載運行。為空載運行?？蛰d運行是同步發(fā)電機最簡單的運行方式，其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢空載運行是同步發(fā)電

10、機最簡單的運行方式，其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢Ff（勵（勵磁磁勢）單獨建立，稱勵磁磁場。磁磁勢）單獨建立，稱勵磁磁場。一、空載氣隙磁場一、空載氣隙磁場 1、主磁通主磁通：既與轉(zhuǎn)子交鏈，又經(jīng)氣隙與定子交鏈的磁通。為一以同步轉(zhuǎn)：既與轉(zhuǎn)子交鏈，又經(jīng)氣隙與定子交鏈的磁通。為一以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，磁密波形沿氣隙圓周近似作正弦分布，其基波分量的速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，磁密波形沿氣隙圓周近似作正弦分布，其基波分量的每極磁通用每極磁通用 0 0表示，表示， 0 0參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。2、漏磁通漏磁通 1 1 ：除：除 0 0外的所有諧波成分，及勵磁磁場中僅與轉(zhuǎn)子勵磁繞組外的所有諧波成分，

11、及勵磁磁場中僅與轉(zhuǎn)子勵磁繞組交鏈而不與定子交鏈的磁通。交鏈而不與定子交鏈的磁通。 1 1 不參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。不參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。二、二、空載空載特性特性E E0 0 = f(If(If f) )或或E E0 0 = f(Ff(Ff f) ) ：1、空載運行時、空載運行時, 勵磁電勢隨勵磁電流變化的關(guān)系勵磁電勢隨勵磁電流變化的關(guān)系 稱為同步發(fā)電機的空載特性。稱為同步發(fā)電機的空載特性。2、轉(zhuǎn)子同步速為、轉(zhuǎn)子同步速為n n1 1，三相基波電勢有效值為，三相基波電勢有效值為E E0 0=4.44fNkN1N1 0 0 3、 E E0 0 = f(Ff(Ff f) )：改變改變If f，可

12、改變，可改變 0 0及及E E0 0，由此得空載特性曲線如圖，由此得空載特性曲線如圖6-6。 空載特性空載特性與電機磁路的磁化曲線與電機磁路的磁化曲線具有具有類似類似的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。 勵磁電流勵磁電流較小較小時，由于磁通時，由于磁通較小，電機磁路沒有飽和，空載特較小，電機磁路沒有飽和，空載特性性呈直線呈直線（將其延長后的射線稱（將其延長后的射線稱氣氣隙線隙線）。）。圖圖6-6 空載特性曲線空載特性曲線E E0 0 隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進入飽和段。為合理隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進入飽和段。為合理利用材料，利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計在空載

13、特性的彎曲處空載額定電壓一般設(shè)計在空載特性的彎曲處，如圖中的，如圖中的c點。點。 空載特性可以通過計算或試驗得到。試驗測定的方法與直流發(fā)電機空載特性可以通過計算或試驗得到。試驗測定的方法與直流發(fā)電機類似。同步電機的空載特性也常用標么值表示，空載電勢以額定電壓為基類似。同步電機的空載特性也常用標么值表示，空載電勢以額定電壓為基值，此時的勵磁電流值，此時的勵磁電流 (稱為額定勵磁電流稱為額定勵磁電流)為勵磁電流的基值。用標么值表為勵磁電流的基值。用標么值表示的空載特性具有典型性，不論電機容量的大小，電壓的高低，其空載特示的空載特性具有典型性，不論電機容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。

14、性彼此非常接近。 4、空載特性空載特性在同步發(fā)電機理論中有著重要在同步發(fā)電機理論中有著重要作用作用： 根據(jù)設(shè)計好的電機的根據(jù)設(shè)計好的電機的空載特性，可判斷該電機的磁路是否過于飽和或者材料是否充分利用?？蛰d特性，可判斷該電機的磁路是否過于飽和或者材料是否充分利用。空載特性結(jié)合短路特性空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹在后面介紹 )可以求取同步電機的參數(shù)?？梢郧笕⊥诫姍C的參數(shù)。發(fā)電廠發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。5、飽和系數(shù)：、飽和系數(shù)： 飽和電機中飽和電機中E E0 0一定時，一定時，氣隙線氣隙線上的橫坐

15、標為氣隙磁動勢空載特性上的橫坐標上的橫坐標為氣隙磁動勢空載特性上的橫坐標為為勵磁磁動勢為為勵磁磁動勢飽和系數(shù)飽和系數(shù)k k =勵磁磁動勢勵磁磁動勢/氣隙磁動勢氣隙磁動勢=ac/ab= E E0 0 /U UN N三、空載運行時空矢量圖（見圖三、空載運行時空矢量圖（見圖6-7）1、凸極機中：、凸極機中： d軸軸-直軸，轉(zhuǎn)子磁極軸線直軸，轉(zhuǎn)子磁極軸線 q軸軸-交軸，交軸，N、S之間的中心線，與之間的中心線，與d軸垂直。軸垂直。2、時空矢量圖（取定子繞組的時間參考軸、時空矢量圖（取定子繞組的時間參考軸即即時軸與相軸重合時軸與相軸重合）F Ff f中的基波分量中的基波分量F Ff1 f1 (空間矢量）

16、空間矢量）與由它產(chǎn)生的與由它產(chǎn)生的Bf1 f1 (空間矢量）空間矢量）及及 0 0 (時間矢量）同相位時間矢量）同相位，波幅為直軸正方向；，波幅為直軸正方向；E E0 0 (時間矢量）時間矢量）滯后滯后 0 0 900 0 。. . 6.3 同步電機的電樞反應(yīng)同步電機的電樞反應(yīng)一、負載后磁勢分析一、負載后磁勢分析 空載空載時，同步電機中只有時，同步電機中只有一個一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵磁磁勢勵磁磁勢F Ff f ，它在電樞，它在電樞繞組中感應(yīng)出三相對稱交流電勢，稱為勵磁電勢。繞組中感應(yīng)出三相對稱交流電勢，稱為勵磁電勢。當(dāng)電樞繞組接三相對稱當(dāng)電樞繞組接三相對稱負載負載后，電樞繞組和

17、負載一起構(gòu)成后，電樞繞組和負載一起構(gòu)成閉合通路閉合通路，通，通路中流過的是三相對稱的交流電流路中流過的是三相對稱的交流電流 ，三相對稱電流流過三相對稱繞組時將，三相對稱電流流過三相對稱繞組時將會會產(chǎn)生產(chǎn)生一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢。旋轉(zhuǎn)磁勢。結(jié)論：結(jié)論：同步發(fā)電機接三相對稱負載以后，電機中除了隨軸同轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機接三相對稱負載以后，電機中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁轉(zhuǎn)子磁勢勢F Ff f (稱為稱為機械旋轉(zhuǎn)磁勢機械旋轉(zhuǎn)磁勢)外，又多了一個外，又多了一個電樞旋轉(zhuǎn)磁勢電樞旋轉(zhuǎn)磁勢F Fa a(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢勢) 。兩旋轉(zhuǎn)磁勢的。兩旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速均為同步速，轉(zhuǎn)速均為同步

18、速，而且而且轉(zhuǎn)向一致轉(zhuǎn)向一致，二者在空間，二者在空間處于處于相對靜止相對靜止狀態(tài)，可以用矢量加法將其合狀態(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個合成磁勢成為一個合成磁勢F 。氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機的氣隙中。氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機的氣隙中建立起來的磁場。建立起來的磁場。 也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。1、電樞磁勢的存在，將使氣隙磁場的大小和位置發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱、電樞磁勢的存在，將使氣隙磁場的大小和位置發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)會對電機性能產(chǎn)生重大影響。為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)會對電機性能產(chǎn)生重大影響。 2、電樞反應(yīng)的性質(zhì)（去磁、助磁或交

19、鏈）電樞反應(yīng)的性質(zhì)（去磁、助磁或交鏈）決定于空間相量決定于空間相量Fa a 和和F Ff1f1之間之間的相對位置的相對位置，這一相對位置僅與，這一相對位置僅與時間相量時間相量E0 0 和和Ia 之間的相位差之間的相位差y y相關(guān)連相關(guān)連。稱為稱為內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角，其大小由負載的性質(zhì)決定。，其大小由負載的性質(zhì)決定。 E0 0超前，超前， y y大于大于0。二、電樞反應(yīng)二、電樞反應(yīng)3、電樞反應(yīng)的性質(zhì)、電樞反應(yīng)的性質(zhì) (參圖參圖6-7） y y=00 (參圖參圖6-13中中a）Fa a和和Ff1f1之間的夾角為之間的夾角為90度，即二者正交，轉(zhuǎn)子磁勢作用在直軸上，而電度，即二者正交，轉(zhuǎn)子磁勢

20、作用在直軸上，而電樞磁勢作用在交軸上，這種作用在交軸上的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)，樞磁勢作用在交軸上，這種作用在交軸上的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)，簡稱交磁作用。簡稱交磁作用。 結(jié)論：結(jié)論： Fa a對對 大小無影響，但合成磁勢大小無影響，但合成磁勢F 的軸線位置從空載時直軸處逆的軸線位置從空載時直軸處逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角，幅值增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角，幅值增大.Ff1f1Fa aF a a、y y=0圖圖6-7 交直軸電交直軸電樞磁動勢作用樞磁動勢作用b b、y y=90Ff1f1Fa aF E0 0Ea a. . . .E0 0. .E0 0. .Ia ay y=900 (參圖參圖6-7中

21、中b） E0 0超前超前Ia a 900 Fa a和和Ff1f1與之間的夾角為與之間的夾角為180度度 ，即二者反相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用，即二者反相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫铣纱艅莸姆禍p小，這一在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫铣纱艅莸姆禍p小，這一電樞反應(yīng)稱為直軸去磁電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)稱為直軸去磁電樞反應(yīng)。 Ff1f1Fa aF E0 0Ea a. . .y y=-900 (參圖參圖6-8） Ia a超前超前 E0 0 900 此時此時Fa a和和Ff1f1與之間的夾角為與之間的夾角為00 ，即二者同相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢即二

22、者同相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相同，電一同作用在直軸上，方向相同，電樞反應(yīng)為純助磁作用，合成磁勢的樞反應(yīng)為純助磁作用，合成磁勢的幅值增大，這一電樞反應(yīng)稱為直軸幅值增大，這一電樞反應(yīng)稱為直軸助磁電樞反應(yīng)。助磁電樞反應(yīng)。 圖圖6-8 y y=-900交直交直軸電樞磁動勢作用軸電樞磁動勢作用y y=(0900 ) (參圖參圖6-9） 滯后滯后 一個銳角一個銳角 . .E0 0Ia a. .Id d=Ia asiny y Iq q=Ia acosy yA、直軸分量、直軸分量Id d直軸去磁作用直軸去磁作用B、交軸分量、交軸分量 Iq q交磁作用，交磁作用， F ，其其軸線位置從空載時

23、直軸處逆轉(zhuǎn)軸線位置從空載時直軸處逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角子轉(zhuǎn)向后移一個銳角. .Ff1f1Fa aF E0 0Ia a. .FadadFaqaqIq q(Id d)圖圖6-96.4 6.4 同步發(fā)電機的負載運行同步發(fā)電機的負載運行 一、不飽和時：一、不飽和時：1、電磁關(guān)系、電磁關(guān)系疊加原理計算疊加原理計算E E 轉(zhuǎn)子勵磁電流轉(zhuǎn)子勵磁電流If Ff Ff 1 0 E0 If 定子三相電流定子三相電流 I Fa1 a Ea Ia Ea=-jIX=-jIXa E Ia E =-jIX=-jIX X Xa - -電樞反應(yīng)電抗電樞反應(yīng)電抗 X X -漏電抗漏電抗. . . . . . . . . . .

24、.2、電勢方程：、電勢方程： 由圖由圖6-10. .E . .E = =E E0 0+E+Ea a =U+IR=U+IRa a+jIX+jIX . . . . . .Ea. .E . .E0. .I. .U圖圖6-10. . 諧波諧波基波基波E E0 0=-E=-Ea a+U+IR+U+IRa a +jIX+jIX =U+IR=U+IRa a +jIX+jIX +jIX+jIXa a =U+IR=U+IRa a+jIX+jIXt tX Xt t =X=X + + X Xa a大?。捍笮。篍 E0 0=4.44f=4.44f1NKNKN1 0X Xt t-隱極機同步電抗，表征對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞反

25、應(yīng)基波磁場和漏磁場隱極機同步電抗，表征對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞反應(yīng)基波磁場和漏磁場綜合效應(yīng)的電磁參數(shù)。綜合效應(yīng)的電磁參數(shù)。. . .U. .I. .IRa. .E0. .E jIXjIX .jIXjIXa a. .Ea. . 03 3、相量圖：、相量圖：如右圖如右圖 忽略磁滯效應(yīng)忽略磁滯效應(yīng) 與與 同相位同相位. . a. .Fa. . a. .Fa. .Ea. . . .E E y y 4 4、 y y及及E E0 0的求?。旱那笕。簓 y： 與與I I之間的夾角之間的夾角 : U: U與與I I之間的夾角之間的夾角矢量法矢量法：利用：利用2 2中的平衡方程求解中的平衡方程求解設(shè)設(shè)U U或或I I

26、初相角為初相角為0 00 0進行矢量運算即可進行矢量運算即可 標量法標量法：根據(jù)：根據(jù)相量圖進行代數(shù)運算相量圖進行代數(shù)運算，運算簡單，運算簡單tantany y=(IXt+Usin=(IXt+Usin )/(IRa+Ucos)/(IRa+Ucos ) )Eo=UcosEo=Ucos +I RacosRacosy y+IXtsin+IXtsiny y. .E0. . . . . .5 5、等效電路：、等效電路：如圖如圖6-11圖圖6-11 不計飽和時隱極同步發(fā)電機等效電路圖不計飽和時隱極同步發(fā)電機等效電路圖. .E0X Xa a . .Ea. .E Ra. .UE E .X X . .E0X X

27、t t. .U 1、電磁關(guān)系、電磁關(guān)系不能再用疊加原理計算不能再用疊加原理計算E E ， + ，轉(zhuǎn)子勵磁電流轉(zhuǎn)子勵磁電流If Ff Ff 1定子三相電流定子三相電流 I Fa1 IaF 1. . . .E . .E E . . . . 0. . a. .E . .E0+. .Ea基波基波二、飽和時：二、飽和時： 與與 滿足空載特性。滿足空載特性。F . .E 2、磁勢方程、磁勢方程 =Ff1+Fa1 (* *) )F 13、電勢方程：、電勢方程： = + = + RaRa. .E . .E. .E E . .U I I.或或. .E =. .U + I I.Ra+jIXRa+jIX .4、飽和

28、時，由、飽和時，由F 1求求 （磁勢（磁勢Fa1折算）：折算）： 求作用在主磁路上的合成磁勢求作用在主磁路上的合成磁勢F ，然后利用電機，然后利用電機的磁化曲線（的磁化曲線（空載特性空載特性）求負載時氣隙合成電勢）求負載時氣隙合成電勢 。. .E . .E Ff1= Ff Kf Ff = Ka Ff1 Kf = Ff1/Ff =( 8sinv /2)/ 2v -勵磁磁勢曲線波形系數(shù)勵磁磁勢曲線波形系數(shù) Ka = 1/ Kf -電樞反應(yīng)系數(shù)（電樞反應(yīng)系數(shù)（0.971.035)Fa = Ka Fa1 Fa 的基波幅值等于的基波幅值等于Fa1 Fa -折算到直流勵磁磁動勢梯形波的等效電樞磁動折算到直

29、流勵磁磁動勢梯形波的等效電樞磁動勢勢(* *) )式兩側(cè)同時乘式兩側(cè)同時乘Ka Ka F 1 = Ka Ff1+ Ka Fa1 F = Ff + Fa F -折算到直流勵磁磁動勢梯形波的等效折算到直流勵磁磁動勢梯形波的等效氣隙氣隙磁動磁動勢勢 小結(jié)：由小結(jié)：由Fa1得得Fa ，加上，加上Ff得得F ，再再查空載特性求查空載特性求 。. .E 5 5、相量圖：相量圖：. .I. .E . .URa. .IjIXjIX . .E0FfFf1Fa Fa1 Fa F F 圖圖6-12 計飽和時隱極同步發(fā)電機時計飽和時隱極同步發(fā)電機時空矢量圖空矢量圖6.5 6.5 同步發(fā)電機的并聯(lián)運行同步發(fā)電機的并聯(lián)運

30、行單機供電的缺點：不能保證供電質(zhì)量單機供電的缺點：不能保證供電質(zhì)量( (電壓和頻率的穩(wěn)定性電壓和頻率的穩(wěn)定性) )和可靠性和可靠性( (發(fā)生發(fā)生故障就得停電故障就得停電) )；無法實現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟性。這些缺點可通過多機并聯(lián)；無法實現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟性。這些缺點可通過多機并聯(lián)來改善。來改善。通過并聯(lián)可將幾臺電機或幾個電站并成一個電網(wǎng)。現(xiàn)代發(fā)電廠都是把幾臺通過并聯(lián)可將幾臺電機或幾個電站并成一個電網(wǎng)?，F(xiàn)代發(fā)電廠都是把幾臺同步發(fā)電機并聯(lián)起來接在共同的匯流排上，一個地區(qū)總有多個發(fā)電廠并聯(lián)起同步發(fā)電機并聯(lián)起來接在共同的匯流排上，一個地區(qū)總有多個發(fā)電廠并聯(lián)起來組成一個強大的電力系統(tǒng)來組成一個強大的電

31、力系統(tǒng)( (電網(wǎng)電網(wǎng)) )。電網(wǎng)供電優(yōu)點電網(wǎng)供電優(yōu)點：提高了供電提高了供電可靠性可靠性。一臺電機故障或檢修不會引起停電事故。一臺電機故障或檢修不會引起停電事故。提高了供電的提高了供電的經(jīng)濟性和靈活性經(jīng)濟性和靈活性。若水電廠與火電廠并聯(lián)，在枯水期和旺水。若水電廠與火電廠并聯(lián)，在枯水期和旺水期兩種電廠可以調(diào)配發(fā)電。用電高峰期和低谷期可靈活決定投入電網(wǎng)的發(fā)電期兩種電廠可以調(diào)配發(fā)電。用電高峰期和低谷期可靈活決定投入電網(wǎng)的發(fā)電機數(shù)量，提高發(fā)電效率和供電靈活性。機數(shù)量，提高發(fā)電效率和供電靈活性。提高了提高了供電質(zhì)量供電質(zhì)量。電網(wǎng)容量大。電網(wǎng)容量大( (相對于單臺發(fā)電機或個別負載可視為無窮相對于單臺發(fā)電機或

32、個別負載可視為無窮大大) )，單臺發(fā)電機投入與停機、個別負載變化對電網(wǎng)影響甚微，衡量供電質(zhì)量，單臺發(fā)電機投入與停機、個別負載變化對電網(wǎng)影響甚微，衡量供電質(zhì)量的電壓和頻率可視為恒定不變的常數(shù)。同步發(fā)電機并聯(lián)到電網(wǎng)后其電壓、頻的電壓和頻率可視為恒定不變的常數(shù)。同步發(fā)電機并聯(lián)到電網(wǎng)后其電壓、頻率和電網(wǎng)一致不能單獨變化。率和電網(wǎng)一致不能單獨變化。 一、并聯(lián)條件：一、并聯(lián)條件：把同步發(fā)電機并聯(lián)至電網(wǎng)的過程稱為投入并聯(lián)把同步發(fā)電機并聯(lián)至電網(wǎng)的過程稱為投入并聯(lián)( (并列、并車、整步并列、并車、整步) )。并車。并車時必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步發(fā)電機受到損壞（電磁沖擊、時必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流

33、，以防止同步發(fā)電機受到損壞（電磁沖擊、機械沖擊）、電網(wǎng)遭受干擾。機械沖擊）、電網(wǎng)遭受干擾。并聯(lián)條件：并聯(lián)條件： 波形相同；波形相同；頻率相同；頻率相同； 相序相同；相序相同； 相位相同；相位相同；相序相同相序相同（多相系統(tǒng)相容的基本要求）。（多相系統(tǒng)相容的基本要求）。 若以上條件中的任何一個不滿足則在開關(guān)兩端會出現(xiàn)差額電壓，如果閉若以上條件中的任何一個不滿足則在開關(guān)兩端會出現(xiàn)差額電壓，如果閉合開關(guān)，在發(fā)電機和電網(wǎng)組成的回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。合開關(guān)，在發(fā)電機和電網(wǎng)組成的回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。上述條件中上述條件中相序一致是絕對條件相序一致是絕對條件，其它條件是相對的，因為通常電機可

34、，其它條件是相對的，因為通常電機可以承受一些小的沖擊電流。以承受一些小的沖擊電流。 二、并聯(lián)方法二、并聯(lián)方法 1 1、準確同步法準確同步法：將發(fā)電機調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后的合閘操作過程：將發(fā)電機調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后的合閘操作過程稱準確同步法稱準確同步法調(diào)整過程常用調(diào)整過程常用同步指示器來判斷同步指示器來判斷條件的滿足情況。最簡單的條件的滿足情況。最簡單的同步指示器同步指示器由三相相燈組成，并有由三相相燈組成，并有直接接法、交叉接法直接接法、交叉接法。 直接接法（燈光明暗法）直接接法（燈光明暗法） 接線圖：接線圖： 三只燈泡直接跨接于電網(wǎng)與三只燈泡直接跨接于電網(wǎng)與發(fā)電機的對應(yīng)相之間。發(fā)電機

35、的對應(yīng)相之間。采用直接接法，每組燈上電采用直接接法，每組燈上電壓相同，假設(shè)壓相同，假設(shè)發(fā)電機與發(fā)電機與電網(wǎng)的電網(wǎng)的電壓幅值相同，而頻率不同，電壓幅值相同，而頻率不同，其相量圖見右圖其相量圖見右圖6-13。U U.以頻率（以頻率（f f2 2-f-f1 1) )在在(02)U(02)U1 1之間之間交變，即三組相燈以頻率交變，即三組相燈以頻率f f2 2-f-f1 1閃爍，同暗同亮。閃爍，同暗同亮。 U UA1A1. U UA2A2. U UB1B1. U UC1C1. U UB2B2. U UC2C2.U UA A.w2 2w1 1圖圖6-13 直接接法的相量圖直接接法的相量圖并車方法并車方法

36、：A A、調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流大小使其端電壓與電網(wǎng)電壓相等；調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流大小使其端電壓與電網(wǎng)電壓相等；B B、調(diào)節(jié)相序，如果相序一致，燈光應(yīng)表現(xiàn)為明暗交替，如燈光不是明暗交替調(diào)節(jié)相序，如果相序一致，燈光應(yīng)表現(xiàn)為明暗交替，如燈光不是明暗交替說明相序不一致，應(yīng)調(diào)整發(fā)電機的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴格保證說明相序不一致，應(yīng)調(diào)整發(fā)電機的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴格保證相序一致；相序一致；C C、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，改變頻率，直到燈光明暗交替頻率很低，等待，改變頻率，直到燈光明暗交替頻率很低，等待燈光完全變暗的瞬間到來，即可合閘并車。燈光完全變暗的瞬間到來，即可合閘并車。 并聯(lián)后的自整步作用并聯(lián)

37、后的自整步作用若若f f2 2ff1 1，合閘后相量圖如圖合閘后相量圖如圖6-14。產(chǎn)生的環(huán)流產(chǎn)生的環(huán)流I Ih h滯后滯后 約約900 。對發(fā)電機相當(dāng)于。對發(fā)電機相當(dāng)于輸出電功率，軸上受制動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降，直到輸出電功率，軸上受制動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降，直到嚴格同步嚴格同步,f f2 2 = f f1 1 。同理。同理f f2 2 ff1 1 ,發(fā)電機軸上受驅(qū)發(fā)電機軸上受驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升 (圖略圖略) ，直到嚴格同步，直到嚴格同步,f f2 2 = f f1 1 。.U U.U U.U U.U U.U U2 2.U U1 1.U U1 1.- -.I Ih h 圖圖6-14 自整

38、步作用自整步作用6.6 6.6 同同 步步 電電 動動 機機 和和 調(diào)調(diào) 相相 機機一、同步電機三種運行狀態(tài)：一、同步電機三種運行狀態(tài)：發(fā)電機、發(fā)電機、電動機、調(diào)相機電動機、調(diào)相機1 1、發(fā)電機發(fā)電機狀態(tài)：狀態(tài)：相量圖如圖相量圖如圖6-15 超前于超前于 ，P Pemem、 均大于均大于0 0，轉(zhuǎn)子主轉(zhuǎn)子主極軸線沿轉(zhuǎn)向超前于氣隙合成磁場軸線，極軸線沿轉(zhuǎn)向超前于氣隙合成磁場軸線，故電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)，原動機輸入驅(qū)故電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)，原動機輸入驅(qū)動轉(zhuǎn)矩克服動轉(zhuǎn)矩克服制動制動作用的作用的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩。. .I. .URajIXjIXt t. .E0. .I圖圖6-15 發(fā)電機狀態(tài)相量圖發(fā)電機狀態(tài)相量圖. .E0. .U2 2、過渡狀態(tài)：、過渡狀態(tài)： 逐步減小原動機輸入功率，使轉(zhuǎn)子瞬時逐步減小原動機輸入功率，使轉(zhuǎn)子瞬時減速，減速，P Pemem、 相應(yīng)相應(yīng)減小減小， =0=0時，發(fā)電機時，發(fā)電機變?yōu)樽優(yōu)榭蛰d空載，輸入功率正好抵償空載損耗。，輸入功率正好抵償空載損耗。相量圖如圖相量圖如圖6-166-163 3、電動機狀態(tài)：、電動機狀態(tài)：繼續(xù)減小原動機輸入功率，繼續(xù)減小原動機輸入功率，P Pemem、 為負為負，電機要從電網(wǎng)吸收一部分電功率，與，電機要從電網(wǎng)吸收一部分電功率，與原動機輸入原動機輸入功率一起與功率一起與空載損耗平衡，維持轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。如拆去原動機，空載損耗平衡，維