復(fù)件 機同步電機ppt課件

1、同步電機的特點：同步電機的特點： 轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=n=定子磁場轉(zhuǎn)速定子磁場轉(zhuǎn)速=60f/p -=60f/p -同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速50Hz50Hz的電網(wǎng)工頻電能，同步轉(zhuǎn)速的電網(wǎng)工頻電能，同步轉(zhuǎn)速=3000/p=3000/p= 3000 3000，1500,1000,750,r/min1500,1000,750,r/min， 根本特點與構(gòu)造根本特點與構(gòu)造57,64,9057,64,90同步電機廣泛用作三相交流發(fā)電機。同步電機廣泛用作三相交流發(fā)電機。 同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)理，在不要求調(diào)速的同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)理，在不要求調(diào)速的場所，可以提高運轉(zhuǎn)效率。場所，可以提高運轉(zhuǎn)效率。 同

2、步電機還可以接于電網(wǎng)作為同步伐相機。專門用同步電機還可以接于電網(wǎng)作為同步伐相機。專門用于電網(wǎng)的無功補償，以改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。于電網(wǎng)的無功補償，以改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。 一一 定子定子電樞電樞 圖圖12-112-1 鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，嵌放三相對稱鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，嵌放三相對稱交流繞組。這種同步電機的定子又稱為電樞，定子交流繞組。這種同步電機的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。 12 同步電機的構(gòu)造同步電機的構(gòu)造 二二 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 鐵心鐵心:-:-磁極，磁極上繞有勵磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時，在電磁繞組，通以

3、直流電流時，在電機的氣隙中構(gòu)成分布磁場，稱為機的氣隙中構(gòu)成分布磁場，稱為勵磁磁場勵磁磁場( (也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場場) )。型式：凸極式；隱極式。型式：凸極式；隱極式。汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機 極數(shù)較少，轉(zhuǎn)速高，用隱極式極數(shù)較少，轉(zhuǎn)速高，用隱極式水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機 轉(zhuǎn)速慢，極對數(shù)多，用凸極轉(zhuǎn)速慢，極對數(shù)多，用凸極式式主要構(gòu)造部件：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承；主要構(gòu)造部件：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承；定子：定子鐵心、電樞繞組、機座以及假定子：定子鐵心、電樞繞組、機座以及假設(shè)干緊固銜接部件構(gòu)成；設(shè)干緊固銜接部件構(gòu)成； 轉(zhuǎn)子：鐵心、勵磁繞組、滑環(huán)集電環(huán)轉(zhuǎn)子：鐵心、勵磁繞組、滑環(huán)集電環(huán) 和阻尼

4、繞組。和阻尼繞組。 勵磁方式勵磁方式主要分為兩大類：主要分為兩大類： 直流發(fā)電機勵磁直流發(fā)電機勵磁 交流整流勵磁。交流整流勵磁。 1 直流發(fā)電機勵磁 與同步發(fā)電機同軸的小容量直流并勵發(fā)電機勵磁與同步發(fā)電機同軸的小容量直流并勵發(fā)電機勵磁 改動直流機勵磁改動直流機勵磁改動同步機勵磁改動同步機勵磁1 直流發(fā)電機勵磁容量稍大的同步機，采用他勵直流機勵磁容量稍大的同步機，采用他勵直流機勵磁 勵磁電壓升高很快，調(diào)理方便，電壓較穩(wěn)定。勵磁電壓升高很快，調(diào)理方便，電壓較穩(wěn)定。 直流機勵磁原理簡單，但復(fù)雜、本錢高、維護(hù)困難直流機勵磁原理簡單，但復(fù)雜、本錢高、維護(hù)困難大容量的發(fā)電機組用非同軸的直流發(fā)電機勵磁。大容

5、量的發(fā)電機組用非同軸的直流發(fā)電機勵磁。2晶閘管整流勵磁晶閘管整流勵磁(1)(1)自勵式晶閘管勵磁自勵式晶閘管勵磁 同步發(fā)電機發(fā)出的交流電進(jìn)展整流后又供應(yīng)同步發(fā)同步發(fā)電機發(fā)出的交流電進(jìn)展整流后又供應(yīng)同步發(fā)電機作為勵磁電流。調(diào)理方便電機作為勵磁電流。調(diào)理方便2晶閘管整流勵磁晶閘管整流勵磁(2)(2)他勵式交流發(fā)電機他勵式交流發(fā)電機-晶閘管勵磁晶閘管勵磁 二級勵磁二級勵磁: : 副勵磁機副勵磁機400Hz, 400Hz, 主勵磁機主勵磁機1000Hz1000Hz，與同步發(fā)電機同軸，與同步發(fā)電機同軸 安裝較復(fù)雜，但運轉(zhuǎn)維護(hù)方便安裝較復(fù)雜，但運轉(zhuǎn)維護(hù)方便, ,技術(shù)性能較好技術(shù)性能較好 我國我國10030

6、0 MVA100300 MVA大容量汽輪發(fā)電機中廣泛運用。大容量汽輪發(fā)電機中廣泛運用。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 (3)三次諧波勵磁系統(tǒng) 凸極式同步發(fā)電機的主磁極繞組多為集中繞凸極式同步發(fā)電機的主磁極繞組多為集中繞組，三次諧波的含量大。組，三次諧波的含量大。 為此，在發(fā)電機的定子裝三次諧波繞組為此，在發(fā)電機的定子裝三次諧波繞組: : 極距極距3=13=13 3 諧波繞組中基波電動勢為諧波繞組中基波電動勢為0 0， 三次諧波經(jīng)整流后作為勵磁電流三次諧波經(jīng)整流后作為勵磁電流 -發(fā)電機的效率高，節(jié)約設(shè)備。發(fā)電機的效率高，節(jié)約設(shè)備。 諧波的電動勢隨負(fù)載變化，能自動穩(wěn)壓諧波的電動勢隨負(fù)載變化，能自動穩(wěn)壓. .

7、諧波繞組是靜止的，整流設(shè)備的維護(hù)較容易諧波繞組是靜止的，整流設(shè)備的維護(hù)較容易 較適用小容量發(fā)電機組。較適用小容量發(fā)電機組。 12.312.3同步電機的額定值：同步電機的額定值：1 1、額定電壓、額定電壓UN(kV)UN(kV)：線電壓；：線電壓；2 2 、額定電流、額定電流ININA A：線電流；：線電流； 3 3、額定功率、額定功率PNPN： 發(fā)電機指輸出的電功率發(fā)電機指輸出的電功率KWKW; ; 電動機指輸出的機械功率電動機指輸出的機械功率KWKW; ; 調(diào)相機指輸出線端的無功功率調(diào)相機指輸出線端的無功功率KVarKVar；4 4 相數(shù)相數(shù); m=3; m=35 5、額定頻率、額定頻率fN

8、 fN ：我國規(guī)范工頻為：我國規(guī)范工頻為50 Hz50 Hz。6 6、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速nNnNr/minr/min：電機的同步轉(zhuǎn)速。：電機的同步轉(zhuǎn)速。7 7、額定效率、額定效率 ：指額定運轉(zhuǎn)時的效率；：指額定運轉(zhuǎn)時的效率；N額定值之間的關(guān)系：額定值之間的關(guān)系：三相交流發(fā)電機：三相交流發(fā)電機：三相交流電動機：三相交流電動機：NNNNIUPcos3NNNNNIUPcos3600MW汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機300MW汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機200MW汽輪發(fā)電機定子汽輪發(fā)電機定子200MW汽輪發(fā)電機定子鐵心汽輪發(fā)電機定子鐵心現(xiàn)場運轉(zhuǎn)的水輪發(fā)電機現(xiàn)場運轉(zhuǎn)的水輪發(fā)電機冷卻v氫冷v水冷空心導(dǎo)線水內(nèi)冷v 定轉(zhuǎn)子雙水

9、內(nèi)冷 發(fā)電機任務(wù)原理發(fā)電機任務(wù)原理原動機拖動轉(zhuǎn)子原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場電樞電樞( (定子定子) )繞組感應(yīng)電勢繞組感應(yīng)電勢EoEo 輸出輸出I I定子同步旋轉(zhuǎn)磁場定子同步旋轉(zhuǎn)磁場磁場扭曲磁場扭曲 電樞反響電樞反響電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩TemTem 磁力線逆磁力線逆TemTem扭曲扭曲定子等效磁極滯后轉(zhuǎn)子定子等效磁極滯后轉(zhuǎn)子輸入機械轉(zhuǎn)矩抑制電磁轉(zhuǎn)矩，機械能輸入機械轉(zhuǎn)矩抑制電磁轉(zhuǎn)矩，機械能電能電能電網(wǎng)。電網(wǎng)。同步機電磁轉(zhuǎn)矩同步機電磁轉(zhuǎn)矩: :阻止定轉(zhuǎn)子磁場相位角差阻止定轉(zhuǎn)子磁場相位角差, ,使二者同步運動使二者同步運動第13章轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子同步電機的運轉(zhuǎn)方式同步電機的運轉(zhuǎn)方式 Tem轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子r

10、定子定子b定子定子s轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子rTem發(fā)電發(fā)電:r領(lǐng)先領(lǐng)先(拖拖)s電動電動: s 領(lǐng)先領(lǐng)先(拖拖)r電磁關(guān)系電磁關(guān)系第13章主磁極主磁極If IfFfFfooEoEo 電樞電樞 主磁路電樞反響主磁路電樞反響Fa,aFa,aEaEa 漏漏漏抗漏抗XXEoEoooI IaaEaEa(E,I-(E,I-右旋右旋) )第13章將將I I電樞反響磁場的電電樞反響磁場的電勢勢EaEa歸為電抗電勢歸為電抗電勢: :RxS0EIUU=E0-IU=E0-I* *繞組繞組Ra-Ij(Ra-Ij(電樞反響電抗電樞反響電抗Xa+Xa+漏電抗漏電抗X)X) =E0-RaI- =E0-RaI-同步電抗同步電抗XsjIXs

11、jI 同步電抗同步電抗Xs=Xs=電樞反響電抗電樞反響電抗Xa+Xa+漏電抗漏電抗XX Xa,Xs-1: Xa,Xs-1:受主磁路飽和影響受主磁路飽和影響, ,非常數(shù)非常數(shù) 2: 2:數(shù)值大數(shù)值大, ,標(biāo)么值標(biāo)么值1.01.0U0EaRISxI jI電樞的等效電路電樞的等效電路 第13章RxS0EIU功率角功率角內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角外功率因數(shù)角外功率因數(shù)角IxsU0E0ESxI jI EUExI jEUS0忽略電樞電阻忽略電樞電阻Eo與與U=E角差角差 -功率角功率角- = 轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場中軸線角差轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場中軸線角差 發(fā)電機發(fā)電機Eo領(lǐng)先領(lǐng)先U;電動機電動機U領(lǐng)先領(lǐng)先Eo13

12、.4凸極同步機方程向量圖v凸極同步機氣隙不均勻，凸極同步機氣隙不均勻，v -極面氣隙小電感大，極間氣隙大電感小極面氣隙小電感大，極間氣隙大電感小v電流分解電流分解 Ia= 直軸分量直軸分量Id + 交軸分量交軸分量Iqv磁場方向磁場方向 | o ov磁場途徑磁場途徑 極面小氣隙極面小氣隙, 極間大氣隙極間大氣隙vI相量方向相量方向 Eo |Eov總電抗總電抗 直軸電抗直軸電抗Xd 大大 交軸電抗交軸電抗Xq小小v方程方程 向量圖向量圖略電阻略電阻U=E0 - Id jXd - Iq jXq(標(biāo)么值標(biāo)么值 1.0 .6.7 )IqIaoIdEoUIdjXdIqjXq例(標(biāo)么值)E,IId,Iq

13、E0=1.7;psai=-pi/3;Ia=0.8E0=1.7;psai=-pi/3;Ia=0.8* *exp(jexp(j* *psai)psai)Xd=1.05;Xq=0.67;Xd=1.05;Xq=0.67;Id=imag(Ia)Id=imag(Ia)* *j,Iq=real(Ia)j,Iq=real(Ia)U=E0-IdU=E0-Id* *j j* *Xd-IqXd-Iq* *j j* *XqXqcompass(U,Ia,Id,Iq,E0)compass(U,Ia,Id,Iq,E0)abs(U,Ia,Id,Iq,E0)abs(U,Ia,Id,Iq,E0)angle(U,Ia,Id,Iq,

14、E0)angle(U,Ia,Id,Iq,E0)* *180/pi180/pians ans E0 Ia Id Iq U E0 Ia Id Iq U 1.7000 0.8000 0.6928 0.4000 1.0088 1.7000 0.8000 0.6928 0.4000 1.0088 0 0 -60.00 -60.00 -90.0 -90.0 0 0 -15.40 -15.40 注注:U+IajXq=Eo-Idj(Xd-Xq):U+IajXq=Eo-Idj(Xd-Xq)與與E E同向同向知知U,IaU,IaE,Id,IqE,Id,Iq計算方法計算方法: : 內(nèi)功角內(nèi)功角 =arctan(|U

15、|sin+Ia =arctan(|U|sin+Ia* *Xq)/(|U|cos)Xq)/(|U|cos) 功率角功率角 =- =-以以E0E0為參考為參考: U=|U|(-): U=|U|(-) Id=-j|Ia|sin, Iq=|Ia|cos Id=-j|Ia|sin, Iq=|Ia|cos E0=U+Id E0=U+Id* *jXd+IqjXd+Iq* *jXqjXqU=1;fai=pi/6;Ia=1,Xd=1.05;Xq=0.67;U=1;fai=pi/6;Ia=1,Xd=1.05;Xq=0.67;psai=atan(Upsai=atan(U* *sin(fai)+Iasin(fai)+

16、Ia* *Xq)/(UXq)/(U* *cos(fai)cos(fai)Ia=IaIa=Ia* *exp(-jexp(-j* *psai)psai)Id=imag(Ia)Id=imag(Ia)* *j;Iq=real(Ia)j;Iq=real(Ia)delt=psai-fai;delt=psai-fai;U=UU=U* *exp(-jexp(-j* *delt)delt)E0=real(U+IdE0=real(U+Id* *j j* *Xd+IqXd+Iq* *j j* *Xq)Xq)compass(U,Ia,Id,Iq,E0)compass(U,Ia,Id,Iq,E0)abs(U,Ia,Id

17、,Iq,E0)abs(U,Ia,Id,Iq,E0)angle(U,Ia,Id,Iq,E0)angle(U,Ia,Id,Iq,E0)* *180/pi180/pi例例: :凸極同步機計算凸極同步機計算U,IU,IE0(E0(標(biāo)么標(biāo)么值值) ) IaIaIqIqIdIdU UIajXqIajXq EoEo結(jié)果 ans U, Ia, Id, Iq, E0ans U, Ia, Id, Iq, E0 1.0000 1.0000 0.8038 0.5949 1.7611 1.0000 1.0000 0.8038 0.5949 1.7611 -23.49 -23.49 -53.49 -53.49 -90.0

18、0 -90.00 0 0 0 0 隱極同步機計算vE=U+IajXs E=U+IajXs 較簡單較簡單13.5同步發(fā)電機的空載特性同步發(fā)電機的空載特性 同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子由原動機帶動。轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速。同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子由原動機帶動。轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子繞組加上直流激磁，而電樞繞組開路，即為同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組加上直流激磁，而電樞繞組開路，即為同步發(fā)電機的空載運轉(zhuǎn)空載運轉(zhuǎn)空載運轉(zhuǎn)特性空載運轉(zhuǎn)特性-轉(zhuǎn)子直流激磁電流轉(zhuǎn)子直流激磁電流I fI f和空載電勢和空載電勢E0E0的關(guān)系的關(guān)系 利用空載特性可以求取同步電機的參數(shù)和特性利用空載特性可以求取同步電機的參數(shù)和特性 發(fā)電廠中經(jīng)常測取空載特性，發(fā)電廠中

19、經(jīng)常測取空載特性， 以檢查三以檢查三相電樞繞組的對稱性，用它和歷年所測數(shù)據(jù)相電樞繞組的對稱性，用它和歷年所測數(shù)據(jù)或該同步發(fā)電機的出廠數(shù)據(jù)相對比，假設(shè)所或該同步發(fā)電機的出廠數(shù)據(jù)相對比，假設(shè)所得曲線發(fā)現(xiàn)有下降，那么闡明該發(fā)電機轉(zhuǎn)子得曲線發(fā)現(xiàn)有下降，那么闡明該發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組能夠有些線匝發(fā)生了短路缺點，須用其繞組能夠有些線匝發(fā)生了短路缺點，須用其它方法進(jìn)一步進(jìn)展缺點撿測。它方法進(jìn)一步進(jìn)展缺點撿測。同步發(fā)電機的短路特性同步發(fā)電機的短路特性 v同步同步( (速速) )發(fā)電機三相穩(wěn)態(tài)短路時，電樞短路電流發(fā)電機三相穩(wěn)態(tài)短路時，電樞短路電流IkIk與激磁電與激磁電流流IfIf間的關(guān)系曲線。間的關(guān)系曲線。v 空載

20、與短路特性結(jié)合可以測定同步電機的同步電抗?？蛰d與短路特性結(jié)合可以測定同步電機的同步電抗。 空載空載短路短路由于由于IdId完全反磁完全反磁, ,總磁通小總磁通小, ,磁路不飽和磁路不飽和略電阻略電阻: :不飽和值不飽和值Xs=Xd=Xs=Xd=不飽和不飽和Eo1/Ik1Eo1/Ik1 飽和值飽和值Xs=XdXs=Xd飽和飽和Eo2/Ik2Eo2/Ik2 Xq0.65Xd Xq0.65Xd零功率因數(shù)曲線，零功率因數(shù)曲線，或稱感應(yīng)性負(fù)載特性曲線或稱感應(yīng)性負(fù)載特性曲線 IIN，90度，度，cos0時的時的Uf (I f )。Eo=INXd+UEo=INXd+U對應(yīng)相量圖對應(yīng)相量圖空載和空載和0 0功

21、曲線求同步電抗功曲線求同步電抗XsXdXsXd飽和值飽和值INXINXs sUNUN也可結(jié)合空載和也可結(jié)合空載和0 0功曲線求漏抗功曲線求漏抗XX轉(zhuǎn)差法求不飽和轉(zhuǎn)差法求不飽和Xd,XqXd,Xqv將同步機拖到小轉(zhuǎn)差將同步機拖到小轉(zhuǎn)差(s1%),(s變壓器變壓器Xk* (5%) 同步機同步機U*= 2040% 變壓器變壓器U*=5%1414章章 同步發(fā)電機并網(wǎng)同步發(fā)電機并網(wǎng)條件條件-雙方應(yīng)：雙方應(yīng)： 1 1相序一樣；相序一樣； 2 2電壓相等；電壓相等； 3 3 頻率相等或相近頻率相等或相近; 4 ; 4 相位一樣或相近相位一樣或相近 優(yōu)點優(yōu)點: :提高提高 可靠性與效率可靠性與效率 并網(wǎng)-準(zhǔn)同

22、期法(a)燈光黑暗法燈光黑暗法指示燈：指示燈： A-a，B-b，C-c合閘并網(wǎng)條件：合閘并網(wǎng)條件： 燈暗，黑燈暗，黑 機機-網(wǎng)相位相近網(wǎng)相位相近.機機-網(wǎng)頻率相近時燈電壓網(wǎng)頻率相近時燈電壓.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-3-2-10123 燈光旋轉(zhuǎn)法燈光旋轉(zhuǎn)法指示燈：指示燈： A-a，B-c，C-b 頻率相近時，燈光頻率相近時，燈光 依次亮或暗依次亮或暗同頻同相時同頻同相時, 燈燈A-a黑暗黑暗,可合閘并網(wǎng)?？珊祥l并網(wǎng)。并網(wǎng)-準(zhǔn)同期法并網(wǎng)并網(wǎng)自同期法自同期法1 1 激磁繞組先用電阻短路激磁繞組先用電阻短路2 2 原動機拖同步發(fā)電機至接近同步速度原動機拖同步發(fā)電機至

23、接近同步速度 相差相差約約(2(2一一5 5)3 3 合閘并網(wǎng)合閘并網(wǎng), ,合閘后立刻加直流激磁合閘后立刻加直流激磁, , 發(fā)電機的轉(zhuǎn)子便將牽入同步。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子便將牽入同步。 優(yōu)點優(yōu)點: : 操作簡便、迅速操作簡便、迅速. . 缺陷缺陷: :合閘沖擊電流較大。合閘沖擊電流較大。 - -常用于緊急情況下的發(fā)電機并車。常用于緊急情況下的發(fā)電機并車。 同步電機電磁功率同步電機電磁功率,轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 -功矩角特性功矩角特性功角特性功角特性電磁功率電磁功率( (略電阻功耗略電阻功耗,1%),1%)cossin(3cos3qdemIIUUIPsin;cos0UxIUExIqqdd2sin)11(23sin3

24、20dqdemXXUXUEP同步電機電磁功率同步電機電磁功率,轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩-功角特性功角特性功率角功率角電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩: Tem=9.55Pem/n1: Tem=9.55Pem/n12sin)11(23sin32101dqdemXXUXUEP矩角特性矩角特性 Tem=Pem/1 Tem=Pem/12sin)*1*1(2*sin*20dqdememXXUXEUTP凸極機凸極機標(biāo)么值標(biāo)么值 根本電磁轉(zhuǎn)矩根本電磁轉(zhuǎn)矩 需勵磁需勵磁 E0 E0U U，EoEo對應(yīng)定轉(zhuǎn)子磁場對應(yīng)定轉(zhuǎn)子磁場 - -磁吸磁轉(zhuǎn)矩磁吸磁轉(zhuǎn)矩附加電磁轉(zhuǎn)矩附加電磁轉(zhuǎn)矩不需勵磁不需勵磁E0E0凸極磁路不對稱產(chǎn)生凸極磁路不對稱產(chǎn)生-磁吸

25、鐵轉(zhuǎn)矩磁吸鐵轉(zhuǎn)矩ME0=1.4;U=1;Xd=1;Xq=0.6;d=-pi:0.01:pi;P1=E0*U*sin(d)/Xd;P2=U2*(1/Xq-1/Xd)*sin(2*d);P=P1+P2;plot(d,P1,d,P2,d,P)同步發(fā)電機并網(wǎng)同步發(fā)電機并網(wǎng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 原動機輸入原動機輸入P1=p + PemP1=p + Pem如如P1P1那么那么T1Tem T1Tem 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子nn Tem,PemTem,Pem T1=Tem,n=n1 T1=Tem,n=n1 平衡平衡穩(wěn)穩(wěn)定定部部分分sin*sin300SememSemXEUPTXUEP隱極機功角特性隱極機功角特性-(Xd=X

26、q=Xs)-(Xd=Xq=Xs)定子磁路對稱定子磁路對稱, ,無磁阻附加功率無磁阻附加功率, ,轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩同步發(fā)電機并網(wǎng)同步發(fā)電機并網(wǎng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 原動機輸入原動機輸入P1=p + PemP1=p + Pem如如P1P1那么那么T1Tem T1Tem 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子nn Tem,PemTem,Pem T1=Tem,n=n1 T1=Tem,n=n1 平衡平衡穩(wěn)穩(wěn)定定部部分分14.514.5同步發(fā)電機同步發(fā)電機PQPQ功率調(diào)理功率調(diào)理,V,V線線隱極機隱極機Eo*=U*+I*jXs* ,并網(wǎng)并網(wǎng)U*=1,取為參考相量取為參考相量: I* =Ir*-jIL* =S*= 發(fā)出有功發(fā)出有功P*-j發(fā)出感

27、性無功發(fā)出感性無功Q* Eo*=(U*+Q*Xs)+jP*Xs* P*=Pem*=Eo*U*sin/Xs* 14.514.5同步發(fā)電機同步發(fā)電機PQPQ功率調(diào)理功率調(diào)理,V,V線線 有功功率調(diào)理 -由機械輸入P1決議(調(diào)理) P1,T1增大轉(zhuǎn)子動態(tài)加速功角增大 Tem,Pem增大 至T1-損耗To=Tem平衡,n=n1仍為同步速 如Eo不變: Q*=(Eo*cos-U*)/Xs* 隨P*()增大而減小1: 適勵磁適勵磁, I同相同相U, -不發(fā)出無功功率不發(fā)出無功功率U0ErI0srZI I*=S*=P*-jQ*=P*最小最小0EUrIsrZI2: 過勵磁過勵磁, Eo,I滯后滯后U,-發(fā)出感

28、性無功功率發(fā)出感性無功功率0LIsLZI0EUrIsrZI 3欠勵磁欠勵磁, Eo,I超前超前U, 發(fā)出容性無功功率發(fā)出容性無功功率 吸收感性無功功率吸收感性無功功率CIsCZI同步發(fā)電機功率調(diào)理同步發(fā)電機功率調(diào)理單機發(fā)電單機發(fā)電假設(shè)發(fā)出的感性無功缺乏假設(shè)發(fā)出的感性無功缺乏(Eo(Eo過低過低) )輸出電壓下降輸出電壓下降 而發(fā)出的感性無功過量而發(fā)出的感性無功過量(Eo(Eo過高過高) )輸出電壓升高輸出電壓升高并網(wǎng)發(fā)電總體情況也類似并網(wǎng)發(fā)電總體情況也類似 EoEo影響網(wǎng)壓程度影響網(wǎng)壓程度, ,分布與穩(wěn)定分布與穩(wěn)定 網(wǎng)壓網(wǎng)壓U U* *=1=1時時: Eo: Eo* *=(1+Q=(1+Q*

29、*Xs)+jPXs)+jP* *XsXs* * 實踐經(jīng)過調(diào)實踐經(jīng)過調(diào)EoEo自動穩(wěn)定網(wǎng)壓自動穩(wěn)定網(wǎng)壓 發(fā)電與負(fù)載的發(fā)電與負(fù)載的P,QP,Q自動平衡自動平衡 同步發(fā)電機同步發(fā)電機 V形曲線形曲線If,Eo ,電機電機: 欠勵欠勵 適勵適勵 過勵過勵發(fā)出無功發(fā)出無功Q: 容性容性 阻性阻性 感性感性I*=S*=P*-jQ* : 最小最小 If(Eo)I曲線呈曲線呈V形形MXs=1.05; P0=0; Q=-1:0.01:1;S=P0-j*Q; E=1+S*j*Xs; DP=1/4; DE=DP*j*Xs;plot(abs(E),abs(S),abs(E+DE),abs(S+DP),abs(E+2*

30、DE),abs(S+2*DP),abs(E+3*DE),abs(S+3*DP),abs(E+4*DE),abs(S+4*DP)欠勵欠勵吸收吸收QLQL過勵過勵發(fā)出發(fā)出QLQL第15章 同步電動機2sin)11(23sin320dqdemXXUXUEP由同步發(fā)電機功角特性由同步發(fā)電機功角特性負(fù)負(fù)PemPem負(fù)負(fù)電動電動電動機特征電動機特征: : 定子定子超前轉(zhuǎn)子超前轉(zhuǎn)子o,o, 即即U U超前超前EoEo定定TemTem轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)ooTemTem U U Eo Eo o o2sin)11(23sin31210dqdemXXUXUET同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩-矩角特性矩角特性根本轉(zhuǎn)矩根本轉(zhuǎn)矩

31、定子旋轉(zhuǎn)磁場定子旋轉(zhuǎn)磁場(U)與轉(zhuǎn)子磁場與轉(zhuǎn)子磁場(Eo)產(chǎn)生產(chǎn)生磁阻附加轉(zhuǎn)矩磁阻附加轉(zhuǎn)矩 不需轉(zhuǎn)子勵磁不需轉(zhuǎn)子勵磁定子旋轉(zhuǎn)磁場定子旋轉(zhuǎn)磁場(U)與轉(zhuǎn)子不對稱磁路與轉(zhuǎn)子不對稱磁路XdXq產(chǎn)產(chǎn)生生凸極轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場凸極轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場 中可轉(zhuǎn)動中可轉(zhuǎn)動(2) 使最大電磁轉(zhuǎn)矩增大使最大電磁轉(zhuǎn)矩增大 過載才干增大過載才干增大隱極機無此項轉(zhuǎn)矩隱極機無此項轉(zhuǎn)矩TmaxTmax同步電動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性同步電動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLTmaxTLTem: TLTem轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子nn Tem=TL,n=n1Tem=TL,n=n1穩(wěn)穩(wěn)定定部部分分TmaxTmax負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLTL最大最大TmaxTmax時時

32、 失步失速失步失速TmaxTmax失步轉(zhuǎn)矩失步轉(zhuǎn)矩過載才干過載才干=Tmax/TN=23.5=Tmax/TN=23.5IXSU0EREo=U-IEo=U-I* *(R+jXs)(R+jXs) =U-Ir =U-Ir* *jXs-ILjXs-IL* *jXsjXsEoEoU UILILIrIrI IIjXsIjXsU*=1Ir*=P*Eo*Q*=IL*P*jXsQ*Xs*并網(wǎng)并網(wǎng) U*=1, 設(shè)吸收設(shè)吸收P*與感性與感性Q* Eo*=(U*-Q*Xs)-jP*Xs* P*=Pem*=Eo*sin/Xs*15.3 15.3 同步電動機同步電動機PQPQ功率調(diào)理功率調(diào)理,V,V線線 有功功率P(=P

33、em)調(diào)理 -由機械負(fù)載P2=T2*n2/9.55決議 P2,T2增大轉(zhuǎn)子減速功角增大 Tem,Pem增大至Tem=T1+損耗To平衡,n=n1仍為同步速 U*=1Ir*=P*Eo*Q*=IL*P*jXsQ*Xs*15.3 15.3 同步電動機同步電動機PQPQ功率調(diào)理功率調(diào)理,V,V線線U*=1Ir*=P*Eo*Q*=IL*P*jXsQ*Xs*1: 欠勵欠勵( EL) 吸收感性吸收感性QL2: 適勵適勵( Er) 無無Q3: 過勵過勵( Ec) 吸收容性吸收容性Qc-發(fā)出感性無功發(fā)出感性無功QL-與發(fā)電機無功調(diào)理一樣與發(fā)電機無功調(diào)理一樣結(jié)論：同步電動機中結(jié)論：同步電動機中1 1 有功有功P

34、P取決負(fù)載取決負(fù)載2 2 無功無功Q Q的性質(zhì)與大小取決勵磁的性質(zhì)與大小取決勵磁-可調(diào)可調(diào) - -最可貴的優(yōu)點最可貴的優(yōu)點同步電動機同步電動機 V形曲線形曲線與發(fā)電機類似與發(fā)電機類似欠勵欠勵吸收吸收QLQL過勵過勵發(fā)出發(fā)出QLQL轉(zhuǎn)子不動時，轉(zhuǎn)子不動時，=0360=0360旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為交變脈旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為交變脈振振, ,頻率頻率f f周期周期T=1/fT=1/fPemP2Pemn n增增P2PemP2n1 nn1 增增nn1 nn1 減減阻尼繞組阻尼繞組為防止過渡過程振蕩影響電網(wǎng)運轉(zhuǎn)為防止過渡過程振蕩影響電網(wǎng)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子加阻尼繞組轉(zhuǎn)子加阻尼繞組當(dāng)當(dāng)nn1時阻尼繞組產(chǎn)生異步電機轉(zhuǎn)矩時阻

35、尼繞組產(chǎn)生異步電機轉(zhuǎn)矩 -阻止轉(zhuǎn)差阻止轉(zhuǎn)差 從而減小振蕩從而減小振蕩,加快過渡到加快過渡到n=n1同步電機調(diào)速同步電機調(diào)速定子變頻調(diào)速定子變頻調(diào)速 15.5 15.5 同步伐相機同步伐相機-不帶機械負(fù)載的同步電動機不帶機械負(fù)載的同步電動機 吸收的有功僅為空載損耗吸收的有功僅為空載損耗 經(jīng)過改動勵磁調(diào)理無功功率經(jīng)過改動勵磁調(diào)理無功功率, ,就地補償無功就地補償無功 - -過勵磁發(fā)出感性無功供近端感性負(fù)載過勵磁發(fā)出感性無功供近端感性負(fù)載 減小網(wǎng)上無功功率減小網(wǎng)上無功功率, ,提高功率因數(shù)提高功率因數(shù) - -減小電網(wǎng)電流及損耗減小電網(wǎng)電流及損耗, ,堅持網(wǎng)壓穩(wěn)定。堅持網(wǎng)壓穩(wěn)定。 同步補償機同步補償機

36、( (調(diào)相機調(diào)相機) )作用作用: : 提供感性無功功率，減少無功功率遠(yuǎn)程保提供感性無功功率，減少無功功率遠(yuǎn)程保送，從而減少了線路中的損耗和電壓降，減輕了送，從而減少了線路中的損耗和電壓降，減輕了發(fā)電機變壓器的無功功率負(fù)擔(dān)發(fā)電機變壓器的無功功率負(fù)擔(dān), ,提高利用率。提高利用率。 特點特點額定容量是過勵形狀下的視在功率?？梢詮臄?shù)千千額定容量是過勵形狀下的視在功率?？梢詮臄?shù)千千伏安到數(shù)萬千伏安。伏安到數(shù)萬千伏安。 由于不拖動機械負(fù)載故在機械構(gòu)造上要求較低。為由于不拖動機械負(fù)載故在機械構(gòu)造上要求較低。為提高有效資料的利用率，它的轉(zhuǎn)軸細(xì)提高有效資料的利用率，它的轉(zhuǎn)軸細(xì), ,極數(shù)較少，極數(shù)較少，轉(zhuǎn)速較高

37、，空氣隙小。大容量的補償機還采用氫轉(zhuǎn)速較高，空氣隙小。大容量的補償機還采用氫冷或雙水內(nèi)冷，以減小損耗和節(jié)省資料。冷或雙水內(nèi)冷，以減小損耗和節(jié)省資料。(3) (3) 起動方法與同步電動機一樣起動方法與同步電動機一樣無功功率調(diào)理意義無功功率調(diào)理意義根據(jù)發(fā)電機與電網(wǎng)有功無功功率負(fù)載的分布根據(jù)發(fā)電機與電網(wǎng)有功無功功率負(fù)載的分布合理分配發(fā)電機輸出的有功無功功率合理分配發(fā)電機輸出的有功無功功率, -有功無功最近匹配有功無功最近匹配 減小有功無功平均流程減小有功無功平均流程 減小電網(wǎng)損耗減小電網(wǎng)損耗并網(wǎng)同步機一致公式并網(wǎng)同步機一致公式 發(fā)電機公式發(fā)電機公式: Eo*=(1 + Q*Xs*) + jP*Xs*

38、 , P*=Eo*sin/Xs*=Pem*=Tem* P,Q為發(fā)出的功率為發(fā)出的功率, 為為Eo*超前超前U*=1角度角度 P與與: + 發(fā)電機發(fā)電機, - 電動機電動機M: M: Xs= ;P= , Q= , Xs= ;P= , Q= , I=abs(P-j I=abs(P-j* *Q) % IQ) % I* *=S=S* * E=(1+Q E=(1+Q* *Xs)+jPXs)+jP* *Xs; Xs; E0=abs(E); angle(E) E0=abs(E); angle(E)* *180/pi180/piIr*=P*Eo*U*=1P*XsQ*Xs*Q Q* *=IL=IL* *例 Xs

39、=1.05 ;P=0.9,0.3, -0.9 , Xs=1.05 ;P=0.9,0.3, -0.9 , Q=0.4,0,0.4 ,Q=0.4,0,0.4 , I=abs(P-j I=abs(P-j* *Q);angle(P-jQ);angle(P-j* *Q)Q)* *180/pi180/pi E = (1+Q E = (1+Q* *Xs)+jPXs)+jP* *Xs ; Xs ; E0 = abs(E);angle(E) E0 = abs(E);angle(E)* *180/pi180/piP = 0.9000 0.3 -0.9000P = 0.9000 0.3 -0.9000Q = 0.4

40、000 0 0.4000Q = 0.4000 0 0.4000I = 0.9849 0.3 0.9849I = 0.9849 0.3 0.9849 -23.9625 0 -156.0375 -23.9625 0 -156.0375E0= 1.7057 1.0484 1.7057E0= 1.7057 1.0484 1.7057 33.6435 17.4844 -33.6435 33.6435 17.4844 -33.6435第16章同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)和短路 同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)對稱分量法對稱分量法 電機電流電機電流= = 正

41、序分量正序分量 + + 負(fù)序分量負(fù)序分量 + + 零序分量零序分量 磁場：磁場： 正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 不轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn) -轉(zhuǎn)子回路的反響不一樣轉(zhuǎn)子回路的反響不一樣 同步電機的正序、負(fù)序、零序電抗不同。同步電機的正序、負(fù)序、零序電抗不同。 同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)正序電流電抗正序電流電抗 即正常對稱運轉(zhuǎn)的同步電抗：即正常對稱運轉(zhuǎn)的同步電抗： X+Xs 。 同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)負(fù)序電流電抗：負(fù)序電流電抗： 負(fù)序磁場反轉(zhuǎn)，以兩倍同步速切割轉(zhuǎn)子繞組負(fù)序磁場反轉(zhuǎn)，以兩倍同步速切割轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組為短路繞組，按異步電機模型轉(zhuǎn)子繞組為短路繞組，按異步電機模型負(fù)序電抗負(fù)序

42、電抗 X- X- 定子漏抗定子漏抗X1+ X1+ 等效轉(zhuǎn)子漏抗等效轉(zhuǎn)子漏抗X2 X2 標(biāo)么值標(biāo)么值 X- X-* *0.2 0.2 Xq-Xd- Xq-取取 X-=(Xd- + Xq-)/2 X-=(Xd- + Xq-)/2 同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)零序電流電抗零序電流電抗 三相繞組零序電流的磁場等幅同相三相繞組零序電流的磁場等幅同相, , 空間空間互差互差120120電角度，合成氣隙磁場電角度，合成氣隙磁場00， 零序電流的電抗零序電流的電抗 Xo Xo 定子漏抗定子漏抗X1(X1(標(biāo)么值標(biāo)么值0.1) X-0.1) X-同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn) 由于

43、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模很大，在正常運轉(zhuǎn)時負(fù)載電流的嚴(yán)重不對稱是不常見的。 具有實踐意義的不對稱運轉(zhuǎn)情況為缺點形狀，如單相接地短路、二相短路和二相接地短路等。同步發(fā)電機不對稱穩(wěn)態(tài)短路同步發(fā)電機不對稱穩(wěn)態(tài)短路YoYo單相接地短路單相接地短路Ik1=Eo/( X+X-+X0)/3)=3Eo/( X+X-+X0 )Ik1=Eo/( X+X-+X0)/3)=3Eo/( X+X-+X0 ) 由于由于 X-+X0 X+ X-+X0 三相短路電流三相短路電流Ik3 =Eo/X+Ik3 =Eo/X+同步發(fā)電機的不對稱穩(wěn)態(tài)短路同步發(fā)電機的不對稱穩(wěn)態(tài)短路二相接地短路二相接地短路: :設(shè)設(shè)X-X0X+X-X0 Ik2,1

44、 1.5Eo/X+ 三相短路電流三相短路電流Ik3 Ik3 =Eo/X+=Eo/X+同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)主要危害主要危害:-:-產(chǎn)生負(fù)序電流產(chǎn)生負(fù)序電流 負(fù)序電流旋轉(zhuǎn)磁場影響負(fù)序電流旋轉(zhuǎn)磁場影響: : 轉(zhuǎn)子繞組和阻尼繞組有兩倍頻的電勢電流轉(zhuǎn)子繞組和阻尼繞組有兩倍頻的電勢電流 引起附加的銅損耗引起附加的銅損耗, , 轉(zhuǎn)子渦流損耗轉(zhuǎn)子渦流損耗, , 使轉(zhuǎn)子升溫使轉(zhuǎn)子升溫 轉(zhuǎn)子軸和定子機座振動。轉(zhuǎn)子軸和定子機座振動。 由于同步機負(fù)序由于同步機負(fù)序,(Yo)0,(Yo)0序電抗小序電抗小 不對稱短路電流不對稱短路電流 三相對稱短路電流三相對稱短路電流同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)同步發(fā)電機的不對稱運轉(zhuǎn)根據(jù)我國根據(jù)我國 規(guī)定：規(guī)定：在額定負(fù)載延續(xù)運轉(zhuǎn)時，汽輪發(fā)電機三相電在額定負(fù)載延續(xù)運轉(zhuǎn)時，汽輪發(fā)電機三相電流之差，不得超越額定值的流之差，不得超越額定值的l0l0；水輪發(fā)電；水輪發(fā)電機和同步補償機的三相電流之差，不得超越機和同步補償機的三相電流之差，不得超越額定值的額定值的2020，同時任一相的電流不得大