勘察設(shè)計公共基礎(chǔ) 電氣工程基礎(chǔ)課程 2015-7-15晚上課件

1、注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試注冊電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試 專業(yè)基礎(chǔ)部分專業(yè)基礎(chǔ)部分第四章第四章 電氣工程基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)第九講 同步電機考試大綱要求大綱考點大綱考點額定值、額定值、電樞反應(yīng)、電樞反應(yīng)、同步電抗同步電抗同步電機的并同步電機的并網(wǎng)條件與功率網(wǎng)條件與功率調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)同步電機的運行特性絕緣系統(tǒng)、溫升要求和冷卻方式；勵磁系統(tǒng)介紹以及運行維護要點出題頻率1-2題復(fù)習(xí)要求公式不多，重在理解分析，計算較為簡易，抓住核心第九講 同步電機第九講 同步電機以汽輪發(fā)電機為例以汽輪發(fā)電

2、機為例: :定子鐵心：硅鋼片疊成。定子鐵心：硅鋼片疊成。機座：鋼板焊接面成，有足夠的強度和鋼度。機座：鋼板焊接面成，有足夠的強度和鋼度。電樞繞組：三相對稱繞組電樞繞組：三相對稱繞組銅線制成銅線制成定子定子( (電樞電樞) )轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護環(huán)：保護勵磁繞組受離心力時不甩出護環(huán)：保護勵磁繞組受離心力時不甩出勵磁繞組：銅線制成勵磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進入勵磁繞組滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進入勵磁繞組中心環(huán)：支持護環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動中心環(huán)：支持護環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子汽輪同步電機的基本結(jié)

3、構(gòu)汽輪同步電機的基本結(jié)構(gòu)機械端口機械端口轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心電端口電端口ABC汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)（1 1）定子鐵心）定子鐵心汽輪汽輪發(fā)電發(fā)電機結(jié)機結(jié)構(gòu)構(gòu) （2 2）定子定子繞組繞組汽輪發(fā)汽輪發(fā)電機結(jié)電機結(jié)構(gòu)構(gòu)水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)(1)(1)立式水輪發(fā)電機立式水輪發(fā)電機(2)(2)臥式水輪發(fā)電機臥式水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)(3)燈泡貫流式水燈泡貫流式水輪發(fā)電機輪發(fā)電機水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)(4)(4)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW10000kW水輪機轉(zhuǎn)子水輪機轉(zhuǎn)子發(fā)電環(huán)節(jié)發(fā)電環(huán)節(jié)各種電機各種電機 引進引進600MW汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機國產(chǎn)

4、國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機國產(chǎn)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子汽輪發(fā)電機定子國產(chǎn)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子鐵心汽輪發(fā)電機定子鐵心現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機同步電機的基本工作原理及其分類同步電機的基本工作原理及其分類一、三相同步發(fā)電機的基本工作原理一、三相同步發(fā)電機的基本工作原理大小大?。?110444kfN.Ew頻率頻率：60pnf 勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢 n0E相序：相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。由轉(zhuǎn)子的

5、轉(zhuǎn)向決定。波形波形：由：由 可知，波形取決于可知，波形取決于 的空間分布。的空間分布。lvBe(x)(x)BXAZBCYNSn三相同步發(fā)電三相同步發(fā)電機的物理過程機的物理過程可用圖示表示可用圖示表示同步電機的分類同步電機的分類按運行方式，同步電機分發(fā)電機、電動機和調(diào)相機。按運行方式，同步電機分發(fā)電機、電動機和調(diào)相機。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機類別按原動機類別, ,同步電機分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機等。同

6、步電機分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機等。汽輪發(fā)電機一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機均為汽輪發(fā)電機一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機均為2 2極，轉(zhuǎn)速為極，轉(zhuǎn)速為30003000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分鐘，水輪發(fā)電機采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。分鐘，水輪發(fā)電機采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機、柴油發(fā)電機和調(diào)相機一般作成凸極式。同步電動機、柴油發(fā)電機和調(diào)相機一般作成凸極式。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分，有空外冷、氫冷、水內(nèi)冷按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分，有空外冷、氫冷、水內(nèi)冷同步電機的型號和額定值同步電機的型號和額定值一、型號一、型號發(fā)電機型號表示該發(fā)電機的類型和特點發(fā)電機型號表示該發(fā)電機的類型和特點 QFQS-

7、200-2表示定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷的二極汽輪發(fā)電機，容量為表示定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷的二極汽輪發(fā)電機，容量為200MW。 854/210-40854/210-40表示立式同步水輪發(fā)電機，定子鐵心外徑為表示立式同步水輪發(fā)電機，定子鐵心外徑為854cm854cm，定子鐵心長度為，定子鐵心長度為210cm210cm，有，有4040個磁極。個磁極。對同步發(fā)電機額定值之間關(guān)系為：對同步發(fā)電機額定值之間關(guān)系為：NNcosIUcosSPNNNN3)(kVUN額定電壓額定運行時加在三相定子繞組上額定運行時加在三相定子繞組上的線電壓。的線電壓。NNPS 額定功率額定容量 指

8、電機額定運行時，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是指電機額定運行時，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVAKVA或或KWKW。電動機額定容。電動機額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位是量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位是KWKW。調(diào)相機用。調(diào)相機用KVAKVA或或KvarKvar表示。表示。)(AIN額定電流在額定運行狀態(tài)下三相定子在額定運行狀態(tài)下三相定子繞組的線電流繞組的線電流.fNfNNNNUInf額定勵磁電壓額定勵磁電流額定轉(zhuǎn)速額定效率額定頻率額定功率因數(shù)Ncos二、額定值二、額定值同步發(fā)電機的電樞

9、反應(yīng)同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子由原動機拖動到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵磁電流，定子電樞繞組開路，這種運行狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子由原動機拖動到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵磁電流，定子電樞繞組開路，這種運行狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機的空載運行。同步發(fā)電機的空載運行。一、同步發(fā)電機的空載特性一、同步發(fā)電機的空載特性勵磁電流勵磁電流I If單獨建立的勵磁磁動勢單獨建立的勵磁磁動勢F Ff f產(chǎn)生的主、漏磁通。產(chǎn)生的主、漏磁通。主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞繞組中感應(yīng)電動勢主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞

10、繞組中感應(yīng)電動勢； 漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換. . fIfF0f0E空載時電磁關(guān)系空載時電磁關(guān)系：01104.44kfNEw空載特性空載特性：空載電動勢空載電動勢 大小大小：0E)f(IE,I ,nnfN00空載特性曲線空載特性曲線：氣隙線氣隙線)f(F)f(IEff0000ENUffFIfI0fI電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng): :電機帶上負載后，電樞磁動勢的基波在氣隙中使氣隙電機帶上負載后，電樞磁動勢的基波在氣隙中使氣隙磁通的大小及位置均發(fā)生變化磁通的大小及位置

11、均發(fā)生變化, , 這種影響稱為電樞反應(yīng)這種影響稱為電樞反應(yīng). .電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動勢基波電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動勢基波 和勵磁磁動勢基波和勵磁磁動勢基波 之間的相對位置，之間的相對位置，即與空載電動勢即與空載電動勢 和電樞電流和電樞電流 之間的夾角之間的夾角 有關(guān)有關(guān). .0EIfFaF勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別基波基波波形波形大小大小位置位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向勵磁磁動勵磁磁動勢勢正弦正弦波波恒定，由勵恒定，由勵磁電流決定磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置由轉(zhuǎn)子位置決定決定由原動機的轉(zhuǎn)速由原動機的轉(zhuǎn)速決定決定由原動機由原動機決定決定電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)磁動勢磁動勢正弦正弦波

12、波恒定，由電恒定，由電樞電流決定樞電流決定由電流瞬時由電流瞬時值決定值決定由磁極對數(shù)和電由磁極對數(shù)和電流頻率決定流頻率決定由電流相由電流相序決定序決定準備工作準備工作1.三個角三個角1)1)內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角:是是 與與 之間的時間相位角之間的時間相位角, ,與電機參數(shù)及負載有關(guān)與電機參數(shù)及負載有關(guān). .0EI2)2)外功率因數(shù)角外功率因數(shù)角:是是 與與 之間的時間相位角之間的時間相位角, ,與負載有關(guān)與負載有關(guān). .UI3)3)功率角功率角( (功角功角) ):是是 與與 之間的時間相位角之間的時間相位角. .0EU三個角之間的關(guān)系為三個角之間的關(guān)系為IUI0EU0E2.四個軸四個軸直

13、軸直軸( (縱軸、縱軸、d d軸）軸）：主磁極軸線位置。：主磁極軸線位置。交軸（橫軸、交軸（橫軸、q q軸）軸）：與直軸成與直軸成90900 0電角度的位置。電角度的位置。 相軸相軸：每相繞組的軸線位置。每相繞組的軸線位置。時軸時軸：時間相量在其上投影可時間相量在其上投影可得到時間量的瞬時值。得到時間量的瞬時值。q軸軸 A AX X Z ZB BCYNSd軸軸C軸軸B軸軸A軸軸1. 1. 時的電樞反應(yīng)時的電樞反應(yīng)00d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fFaFF090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)空載電動勢空載電動勢 和電樞電流和電樞電流 同

14、相位同相位. .0EI090角為之間夾與afFFaqaFF 為記d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fF2. 2. 時的電樞反應(yīng)時的電樞反應(yīng)090空載電動勢空載電動勢 超前電樞電流超前電樞電流 0EI090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)aF090角為之間夾與afFFadaFF 為記d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fF3. 3. 時的電樞反應(yīng)時的電樞反應(yīng)090空載電動勢空載電動勢 滯后電樞電流滯后電樞電流 0EI090電樞反應(yīng)性質(zhì)電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)直軸助磁電樞反應(yīng)aF090角為之間夾與afF

15、FadaFF 為記d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC軸軸B軸軸fF空載電動勢空載電動勢 超前電樞電流超前電樞電流 角角0EI090角為之間夾與afFFaF090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸既有交軸,還有直軸還有直軸去磁電樞反應(yīng)去磁電樞反應(yīng)4. 4. 的電樞反應(yīng)的電樞反應(yīng)00900此種情況下此種情況下, ,IcosIIsinIIIIqdqd-直軸分量直軸分量-交軸分量交軸分量0090成與EId同相位與0EIqcosFFsinFFFFFaaqaadaqada-直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢-交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁

16、動勢0EdIqIIadFaqFaFfF090一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）上升上升下降下降 上升上升下降下降下降下降下降下降不變不變不變不變下降下降R R、C C增強增強交、直交、直助助d d、q q軸軸R R、L L削弱削弱交、直交、直去去d d、q q軸軸C C增強增強直、助直、助d d軸軸L L削弱削弱直、去直、去d d軸軸R R波形波形畸變畸變交軸交軸q q軸軸 負載負載性質(zhì)性質(zhì)對電機的影響對電機的影響電樞反電樞反應(yīng)性質(zhì)應(yīng)性質(zhì)記作記作夾角夾角 位置位置aFafFFaFaqFadFaqadFF adFaqadFF F000900900090000090090)f

17、(nU三、電磁轉(zhuǎn)矩三、電磁轉(zhuǎn)矩 同步發(fā)電機帶上負載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場，它與勵磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電同步發(fā)電機帶上負載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場，它與勵磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換。 輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸電樞反應(yīng)越強，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸電樞反應(yīng)越強，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為了保持電機的轉(zhuǎn)速不變，要求原動機輸入更大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩了保持電機的轉(zhuǎn)速不變，要求原動機輸入更大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)有功功率。調(diào)節(jié)有功功率。1.1.有功電流產(chǎn)生電磁力有功電流產(chǎn)生電磁力, ,

18、形成電磁轉(zhuǎn)矩形成電磁轉(zhuǎn)矩當發(fā)電機帶有功負載當發(fā)電機帶有功負載( (阻性負載阻性負載) )時時, ,可以近似認為可以近似認為0即，電樞繞組流過有功電流時即，電樞繞組流過有功電流時, ,產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場。勵磁繞組載流體在該磁場作用產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場。勵磁繞組載流體在該磁場作用產(chǎn)生電磁力，并形成制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生電磁力，并形成制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。2.2.無功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩?zé)o功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩 說明發(fā)電機帶感性說明發(fā)電機帶感性( (或容性或容性) )無功負載時無功負載時, ,不需要原動機增加能量。不需要原動機增加能量。 但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對氣隙磁場有去磁（

19、或助磁）作用，致使但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對氣隙磁場有去磁（或助磁）作用，致使發(fā)電機端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵磁電流需要相應(yīng)增加（或發(fā)電機端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵磁電流需要相應(yīng)增加（或減?。p?。┱{(diào)節(jié)無功功率。調(diào)節(jié)無功功率。發(fā)電機帶電感或電容負載發(fā)電機帶電感或電容負載( (無功負載無功負載) )時時, ,可以認為可以認為0090或90產(chǎn)生直軸去磁產(chǎn)生直軸去磁( (或助磁或助磁) )電樞反應(yīng)磁場。勵磁繞組載流體在該磁場作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電樞反應(yīng)磁場。勵磁繞組載流體在該磁場作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩。同步發(fā)電機的電動勢方程和相量圖同步發(fā)電機

20、的電動勢方程和相量圖一、同步電抗一、同步電抗 由于定子漏磁通的路徑主要是氣隙，磁路不飽和，所以漏抗為常數(shù)。由于定子漏磁通的路徑主要是氣隙，磁路不飽和，所以漏抗為常數(shù)。 漏磁通dIadFadadEqIaqFaqaqEEI不考慮磁路飽和時不考慮磁路飽和時,各電動勢與其對應(yīng)的電流成正比各電動勢與其對應(yīng)的電流成正比,即有即有addadxI jEadx對應(yīng)對應(yīng) 的直軸電樞反應(yīng)電抗的直軸電樞反應(yīng)電抗adaqqaqxI jEaqx對應(yīng)對應(yīng) 的交軸電樞反應(yīng)電抗的交軸電樞反應(yīng)電抗aqxI jEx對應(yīng)對應(yīng) 的漏電抗的漏電抗對于凸極同步電機對于凸極同步電機, ,由于直軸氣隙比交軸氣隙小，直軸磁阻比交軸磁阻小，所以有

21、由于直軸氣隙比交軸氣隙小，直軸磁阻比交軸磁阻小，所以有aqadxx對隱極同步電機，由于氣隙均勻，交、直軸的磁阻大小相等，即認為對隱極同步電機，由于氣隙均勻，交、直軸的磁阻大小相等，即認為 aaqadxxx 電樞反應(yīng)電抗為三相對稱電樞電流產(chǎn)生合成的電樞反應(yīng)磁場感應(yīng)于一相的電樞電動勢與其對應(yīng)的相電流的比值，它綜合反映三電樞反應(yīng)電抗為三相對稱電樞電流產(chǎn)生合成的電樞反應(yīng)磁場感應(yīng)于一相的電樞電動勢與其對應(yīng)的相電流的比值，它綜合反映三相對稱電流產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場對定子一相的影響相對稱電流產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場對定子一相的影響。 aaxI jEax隱極發(fā)電機對應(yīng)隱極發(fā)電機對應(yīng) 的電樞反應(yīng)電抗的電樞反應(yīng)電

22、抗aaaqad 當三相對稱電流流過電樞繞組時，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通和漏磁通，分別在電樞繞組中感應(yīng)電樞反應(yīng)電動勢和漏感電動勢。當三相對稱電流流過電樞繞組時，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通和漏磁通，分別在電樞繞組中感應(yīng)電樞反應(yīng)電動勢和漏感電動勢。對隱極電機，全部電動勢為對隱極電機，全部電動勢為 taaxI jxI jxI jEExxxat 稱為隱極電機的同步電抗，是電樞反應(yīng)電抗和漏抗之和。同步發(fā)電機正常運行時，磁路略呈飽和，磁路越飽和，所對應(yīng)的電稱為隱極電機的同步電抗，是電樞反應(yīng)電抗和漏抗之和。同步發(fā)電機正常運行時，磁路略呈飽和，磁路越飽和，所對應(yīng)的電抗越小?？乖叫　?tx對凸極電機對凸極電機xxxxxxaqqad

23、d分別稱為直軸和交軸同步電抗。分別稱為直軸和交軸同步電抗。 直軸磁路的氣隙較小，應(yīng)當考慮鐵心飽和的影響，因而直軸磁路的氣隙較小，應(yīng)當考慮鐵心飽和的影響，因而 具有飽和值和不飽和值之分；而交軸磁路氣隙較大，可認為具有飽和值和不飽和值之分；而交軸磁路氣隙較大，可認為 只有只有非飽和值，為常量。非飽和值，為常量。 dxqx 同步電抗同步電抗是同步電機的一個重要參數(shù)，它是表征同步發(fā)電機穩(wěn)定運行時電樞反應(yīng)磁場和電樞漏磁場對電樞電路作用的一個綜是同步電機的一個重要參數(shù)，它是表征同步發(fā)電機穩(wěn)定運行時電樞反應(yīng)磁場和電樞漏磁場對電樞電路作用的一個綜合參數(shù)。同步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機端電壓隨負載波動的程度和

24、在大電網(wǎng)運行時的穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機短路電流合參數(shù)。同步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機端電壓隨負載波動的程度和在大電網(wǎng)運行時的穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機短路電流大小。大小。 一、凸極同步發(fā)電機的電動勢方程和相量圖一、凸極同步發(fā)電機的電動勢方程和相量圖fIfF0f0E(三相系統(tǒng)三相系統(tǒng))(合成旋轉(zhuǎn)磁動勢合成旋轉(zhuǎn)磁動勢)arIadFadadEaqFaqaqEEIaF若正方向按圖規(guī)定，則有若正方向按圖規(guī)定，則有qqddaxI jxI jr IUE0空載情況下aaqadr IUEEEE0XI jEXI jEXI jEaqqaqaddadqdIII代入代入得到凸極發(fā)電機的電動勢方程得到凸極發(fā)電機的電動勢

25、方程或或負載情況下ar IUEE注意：方程式中的電壓、電動勢和電流均為相值。注意：方程式中的電壓、電動勢和電流均為相值。凸極同步發(fā)電機的相量圖作圖步驟凸極同步發(fā)電機的相量圖作圖步驟;IU)(和根據(jù)已知條件繪出1;IEExI jrIUE)(ONONqaON的夾角與及作出根據(jù)2;III)(qd和分解成角將根據(jù)3004E,xI jxI jD,xI jxI jrIUE)(ddqqqqdda得到及點依次作出從根據(jù)cosUIrsinUIxtanaq1若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取二、隱極同步發(fā)電機的電動勢方程、等效電路和相量圖二、隱極同步發(fā)電機的電動勢方程、等效電

26、路和相量圖電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：fIfF0f0EaFaaEEI電動勢平衡方程電動勢平衡方程taxI jr IUE0ar IUEEaar IUEEE0或或代入代入xI jExI jEaa可得到隱極發(fā)電機的電動勢方程可得到隱極發(fā)電機的電動勢方程根據(jù)電動勢方程，可以作出隱極發(fā)電機的等效電路和相量圖根據(jù)電動勢方程，可以作出隱極發(fā)電機的等效電路和相量圖等效電路等效電路根據(jù)相量圖可求出根據(jù)相量圖可求出220taIxsinUIrcosUEatrIcosUIxsinUtan1相量圖相量圖)(0由相量圖可知由相量圖可知0EUIartxUIar ItxI j0E同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機的運行特性一、空載特性一

27、、空載特性定義：定義：)I(fEU,I ,nnf0010 空載特性是發(fā)電機的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另空載特性是發(fā)電機的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負載特性配合，可確定電機的基本參數(shù)、一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負載特性配合，可確定電機的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓變化率等。額定勵磁電流和電壓變化率等。 實際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵實際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵磁繞組有無故障等磁繞組有無故障等。二、短路特性二、短路特性定義：定義：)I(fI ,U,nnfk

28、01短路時的等效電路短路時的等效電路1.1.短路特性短路特性短路時短路時, ,090電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)為直軸去磁dx氣隙電動勢很小氣隙電動勢很小,感應(yīng)氣隙電動勢的氣隙磁通量很小感應(yīng)氣隙電動勢的氣隙磁通量很小,所以磁路不飽和所以磁路不飽和.fkIEI0所以短路特性是一條過原點的直線所以短路特性是一條過原點的直線. .xI jxI jr IUEa此時此時是常數(shù)是常數(shù),有有2.2.同步電抗的求取同步電抗的求取根據(jù)公式根據(jù)公式k0dIEx 求求x xd d不飽和值時不飽和值時, ,首先給定一勵磁電流首先給定一勵磁電流I If f，在空載特性的不飽和段或氣隙線上確定對應(yīng)，在空載特性的不飽和段或氣

29、隙線上確定對應(yīng)I If的的E E0 0值，然后在短路特性曲線上確定對應(yīng)值，然后在短路特性曲線上確定對應(yīng)I If的短路電流的短路電流I Ik k的值的值, ,則則 Nk)(dIEIEx00 不求取求取x xd d飽和值時，首先在空載特性上取對應(yīng)額定電壓飽和值時，首先在空載特性上取對應(yīng)額定電壓U UN N的勵磁電流的勵磁電流I If0f0，再從短，再從短路特性上取出對應(yīng)路特性上取出對應(yīng)I If0f0的短路電流的短路電流I Ik k，則，則 kN)(dIUx飽交軸同步電抗交軸同步電抗 dqx.x60三、外特性三、外特性定義：定義：)I(fU,Ccos,CI ,nnf1外特性曲線外特性曲線 當發(fā)電機帶

30、阻性和感性負載時，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去當發(fā)電機帶阻性和感性負載時，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降；帶容性負載時且（發(fā)電機負載的容抗大磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降；帶容性負載時且（發(fā)電機負載的容抗大于同步電抗）時，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流于同步電抗）時，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。在漏抗上的壓降。 為了在不同功率因數(shù)下時能得到額定電壓，感性負載時要增大勵磁電流，為了在不同功率因數(shù)下時能得到額定電壓，感性負載時要增大勵磁電流，容性負載時應(yīng)減小勵磁電流。容性負載時應(yīng)減小勵磁電流。 四、調(diào)

31、節(jié)特性四、調(diào)節(jié)特性定義：定義：)I(fI ,Ccos,CU,nnf1調(diào)整特性曲線調(diào)整特性曲線 在感性和阻性負載時，隨著負載電流的增加，必須增加勵磁電流，補償電在感性和阻性負載時，隨著負載電流的增加，必須增加勵磁電流，補償電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對容性負載，隨著負載電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對容性負載，隨著負載電流的增加，必須減小勵磁電流。流的增加，必須減小勵磁電流。 在功率因數(shù)一定情況下在功率因數(shù)一定情況下, ,根據(jù)調(diào)整特性曲線根據(jù)調(diào)整特性曲線, ,可確定在負載變化范圍內(nèi)可確定在負載變化范圍內(nèi), ,維持電壓維持電壓不變所需的勵磁電流的變化范圍。運行

32、人員可利用調(diào)整特性曲線不變所需的勵磁電流的變化范圍。運行人員可利用調(diào)整特性曲線, ,使系統(tǒng)中無功功使系統(tǒng)中無功功率的分配更合理一些。率的分配更合理一些。同步電機的額定值教材384頁額定容量SN電機出線端的額定視在功率，kVA或MVA發(fā)電機額定功率PN發(fā)電機輸出的額定有功功率，kW或MW電動機額定功率PN電動機軸上軸上輸出的有效機械功率，kW或MW額定電壓UN額定運行時電機定子三相線電壓三相線電壓，V或kV額定電流IN電機額定運行時流過定子的線電流，A額定功率因數(shù)電機在額定運行時的功率因數(shù)額定效率電機額定運行時的效率例題講解www.

33、教材385-386頁同步電機作為發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子空載電動勢E0與電樞電流I之間不同相位差（內(nèi)功率因數(shù)角）情況下，勵磁磁動勢、電樞磁動勢、合成磁動勢的關(guān)系同步電機的電樞反應(yīng)同步電機的電樞反應(yīng)內(nèi)功率因數(shù)角為0度時空載電動勢E0與電樞電流I同相位空載磁動勢（勵磁磁動勢）Ff相位超前電樞磁動勢Fa90度合成磁動勢同步電機的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角為90度電樞電流滯后空載電動勢E0合成磁動勢數(shù)值關(guān)系同步電機的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角為-90度電樞電流超前空載電動勢E0

34、合成磁動勢同步電機的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角在0度與90度之間電樞電流I滯后空載電動勢E0任意一個角度合成磁動勢同步電機的電樞反應(yīng)對于隱極同步電機電樞磁動勢Fa產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通 在定子各繞組中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電動勢Ea，在不考慮磁路飽和的情況下，Ea與電樞電流I成正比，相位Ea滯后I 90度電樞反應(yīng)電抗越大，電樞反應(yīng)電動勢就越大，電樞反應(yīng)電抗大小體現(xiàn)了電樞反應(yīng)的強弱教材386頁同步電機的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗對于凸極同步電機氣隙不均勻，極弧下氣隙小，兩極之間氣隙大，同一電樞磁動勢作用在不同位置時電樞反應(yīng)便不

35、一樣，電樞反應(yīng)磁場波形復(fù)雜，給計算帶來很大困難布朗戴爾雙反應(yīng)法磁路不飽和采用的疊加原理：先把電樞基波磁動勢Fa分解為兩個磁動勢，一個作用于直軸上，叫直軸電樞反應(yīng)磁動勢（Fad）,一個作用于交軸上，叫交軸電樞反應(yīng)磁動勢（Faq）同步電機的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗同時把電樞電流I沿直軸（d）和交軸（q）分解為直軸分量Id和交軸分量Iq，由直軸分量Id建立直軸電樞磁動勢Fad，產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁通，在定子每相繞組中感應(yīng)直軸電樞反應(yīng)電動勢Ead，Ead與Id成正比，相位上滯后Id 90度同理，對于交軸同步電機的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗漏電抗同

36、步電機定子繞組流過電流I時產(chǎn)生的磁通有一部分只交鏈定子繞組本身而不進入轉(zhuǎn)子同步電機的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗同步電抗同步電機的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗對于隱極同步發(fā)電機Xc為同步電抗同步電機的等值電路與電動勢平衡式隱極同步發(fā)電機電動勢向量對于隱極電動機同步電機的等值電路與電動勢平衡式凸極同步發(fā)電機同步電機的等值電路與電動勢平衡式凸極同步發(fā)電機電動勢相量圖凸極同步電動機同步電機的

37、等值電路與電動勢平衡式同步發(fā)電機并入電網(wǎng)的條件和方法同步發(fā)電機及其轉(zhuǎn)子發(fā)電機組值班室儀表監(jiān)測盤教材391頁例題教材390-391頁同步發(fā)電機并入電網(wǎng)的條件和方法教材391頁例題調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的有功功率是通過調(diào)節(jié)原動機的輸入功率實現(xiàn)調(diào)節(jié)汽輪機汽門的開度、調(diào)節(jié)水輪機水門的開度對于并入電網(wǎng)的發(fā)電機，根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度進行調(diào)節(jié)，發(fā)電機的有功功率的變化按照發(fā)電機的功角特性變化輸出功率變大，功角增大；輸出功率變小，功角減小由于功角的變化不能超過允許的數(shù)值，為了保證發(fā)電機運行可靠性，提出了發(fā)電機靜態(tài)過載倍數(shù)（靜態(tài)過載能力）的要求同步電機有功功率與無功功率調(diào)節(jié)凸極同步發(fā)電機教材391-392頁同步發(fā)電機有功功率調(diào)節(jié)隱極同步發(fā)電機教材392頁同步發(fā)電機有功功率調(diào)節(jié)教材394頁例題 是靜態(tài)穩(wěn)定極