電機學(xué)同步電機第六章第7講

1、電機學(xué)自動化學(xué)院電氣工程系羅 玲324房間88431336(O)，2016. 11上講內(nèi)容上講內(nèi)容 電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定同步發(fā)電機的并聯(lián)運行同步發(fā)電機的并聯(lián)運行功率關(guān)系功率關(guān)系同步發(fā)電機的并聯(lián)運行同步發(fā)電機的并聯(lián)運行 并聯(lián)的條件并聯(lián)的條件并聯(lián)的方法并聯(lián)的方法本講內(nèi)容本講內(nèi)容 電磁功率方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程電磁功率方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程功角特性功角特性有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定無功功率調(diào)節(jié)和無功功率調(diào)節(jié)和V V形曲線形曲線1 1功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程 功率流程功率流程1PmecpFep

2、adp1PemP2PemP2P1cup211emcumecFeadPPpPppp1 1功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程 電磁功率方程電磁功率方程212cosemcuaPPpmUImI RjIXEicosimE I(cos)amI UIR1PmecpFepadp1PemP2PemP2P1cup1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 不飽和的隱極電機不飽和的隱極電機0aaEUIRjIXjIXaEUIRjIX0coscosiEEjIXEi 不飽和的隱極電機不飽和的隱極電機0coscosiEE0cosemPmE IcosemiPmE I1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 1.11.1電磁功率方程電

3、磁功率方程 jIXEicosemiPmE I隱極電機隱極電機0cosemPmE I 不飽和的凸極電機不飽和的凸極電機aEUIRjIX0addqqEUIRjI XjI XUIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 不飽和的凸極電機不飽和的凸極電機0coscos()cosiQdddqEEEI XI XUIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.11.1電磁功率方程電磁功率方程 不飽和的凸極電機不飽和的凸極電機cosemiPmE I0cos()cosiddqEEIXX0cos()

4、emdqdqPmE ImI IXX0()cosemddqPmI EIXX1.11.1電磁功率方程電磁功率方程UIaIRjIXqIXEicosiEddI XdqI X0EQEdIqIqqjI X1.21.2轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程 1()emmecfeadPPppp10emTTT等式兩端同除以轉(zhuǎn)子機械角速度等式兩端同除以轉(zhuǎn)子機械角速度1PmecpFepadp1PemP2PemP2P1cup2 2功角特性功角特性 電磁功率與功率角之間的關(guān)系電磁功率與功率角之間的關(guān)系功率角？功率角？2 2功角特性功角特性 2.1 2.1 功率角功率角勵磁電動勢和電壓之間勵磁電動勢和電壓之間的夾角，用的夾角，用表示。

5、表示。物理意義是什么？物理意義是什么？2 2功角特性功角特性內(nèi)功率角：勵磁電動勢和內(nèi)功率角：勵磁電動勢和氣隙合成電動勢之間的夾氣隙合成電動勢之間的夾角，用角，用i i表示。表示。內(nèi)功率角內(nèi)功率角i i又又表示表示勵磁磁勵磁磁動勢和氣隙合成磁動勢之動勢和氣隙合成磁動勢之間的夾角間的夾角。2 2功角特性功角特性aEUIRjIX忽略電阻和漏抗壓降忽略電阻和漏抗壓降EUi2 2功角特性功角特性功率角功率角：可近似認為是：可近似認為是Ff和和B之間的空間相角差之間的空間相角差i即主磁極軸線和氣隙合成即主磁極軸線和氣隙合成磁場軸線之間的夾角磁場軸線之間的夾角 2 2功角特性功角特性 轉(zhuǎn)子主極軸線超前氣隙合

6、成磁場軸線轉(zhuǎn)子主極軸線超前氣隙合成磁場軸線i i角，則磁通從主極發(fā)出后向角，則磁通從主極發(fā)出后向后扭斜，產(chǎn)生的切向電磁力使轉(zhuǎn)子受到一個制動的電磁轉(zhuǎn)矩，它與后扭斜，產(chǎn)生的切向電磁力使轉(zhuǎn)子受到一個制動的電磁轉(zhuǎn)矩，它與原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相平衡，從而將轉(zhuǎn)軸輸入的機械能轉(zhuǎn)換為定子繞原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相平衡，從而將轉(zhuǎn)軸輸入的機械能轉(zhuǎn)換為定子繞組輸出的電能，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。組輸出的電能，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。 i i=稱為功率角稱為功率角2 2功角特性功角特性2.22.2功角特性功角特性221cosemcuaPPpmUImI R忽略電樞忽略電樞 繞組銅耗繞組銅耗2cosemPPmUI1PmecpFepadp1Pe

7、mP2PemP2P1cup2 2功角特性功角特性coscos()coscossinsinemPmUImUImUImUIqIdIcossinemqdPmUImUI2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUIsinqqI XUsin/qqIUX2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUI0sddI XEUco0(s )/ddIEUcoX2 2功角特性功角特性cossinemqdPmUImUI0(s )/ddIEUcoXsin/qqIUX20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX2 2功角特性功角特性20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX勵

8、磁（基本）電磁功率勵磁（基本）電磁功率凸極（附加凸極（附加/ /磁阻）磁阻）電磁功率電磁功率2 2功角特性功角特性20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX勵磁（基本）電磁功率勵磁（基本）電磁功率0 0隱極同步電機隱極同步電機qdXX2 2功角特性功角特性0sinemtE UPmX隱極同步電機隱極同步電機2 2功角特性功角特性凸極同步電機凸極同步電機02sin11()sin22emdqdE UPmXUmXX2 2功角特性功角特性凸極同步電機凸極同步電機20sin11()sin22emdqdE UUPmmXXX沒有勵磁電流，甚至于沒有勵磁繞組情況沒有勵磁電流，甚至于沒有勵磁繞組情

9、況下，能通過磁阻功率實施機電能量轉(zhuǎn)換，下，能通過磁阻功率實施機電能量轉(zhuǎn)換，這是凸極同步電機獨有的運行特點。這是凸極同步電機獨有的運行特點。2 2功角特性功角特性相同條件下：相同條件下：凸極電機的最大電磁功率大于隱極電機凸極電機的最大電磁功率大于隱極電機凸極電機最大電磁功率對應(yīng)的功率角小于凸極電機最大電磁功率對應(yīng)的功率角小于9090度度2 2功角特性功角特性 只有當(dāng)交軸電流分量不等于零，功率角只有當(dāng)交軸電流分量不等于零，功率角才不等于零，電機才有電磁功率產(chǎn)生。才不等于零，電機才有電磁功率產(chǎn)生。 交軸電樞反應(yīng)是電機實施交軸電樞反應(yīng)是電機實施機電能量轉(zhuǎn)換的基本條件機電能量轉(zhuǎn)換的基本條件20sin11

10、()sin22emdqdE UUPmmXXX3 3有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié) 以隱極電機為例以隱極電機為例不計飽和影響，忽略電樞電阻不計飽和影響，忽略電樞電阻視電網(wǎng)為視電網(wǎng)為“無窮大電網(wǎng)無窮大電網(wǎng)”，即，即U U和和f f保持恒定保持恒定 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（1 1）發(fā)電機并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時發(fā)電機并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時原動機輸入的功率恰好補償各原動機輸入的功率恰好補償各種損耗，種損耗，=0=0，P Pemem=0=0 ?？赡芸赡蹺 E0 0UU而有電流輸出，但而有電流輸出，但是無功電流，即只有直軸分量是無功電

11、流，即只有直軸分量I Id d，而沒有交軸分量，而沒有交軸分量I Iq q 。 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（2 2）增加原動機輸入功率）增加原動機輸入功率P P1 1增大輸入轉(zhuǎn)矩增大輸入轉(zhuǎn)矩T T1 1，使，使T T1 1T T0 0，則轉(zhuǎn)軸，則轉(zhuǎn)軸上就會出現(xiàn)剩余轉(zhuǎn)矩上就會出現(xiàn)剩余轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子瞬時加速，并使發(fā)電機的轉(zhuǎn)子瞬時加速，并使發(fā)電機的勵磁磁動勢勵磁磁動勢F Ff f開始超前于氣隙合開始超前于氣隙合成磁場成磁場B B 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（2 2）增加原動機輸入功率）增加原動機輸入功率P P1 1勵磁電動勢勵磁電動勢E E0 0就會超前于電機端電就會超前于電機端電壓亦

12、即電網(wǎng)電壓壓亦即電網(wǎng)電壓U U一個一個角角 P Pemem00，發(fā)電機開始向電網(wǎng)輸出有功，發(fā)電機開始向電網(wǎng)輸出有功電流，即出現(xiàn)交軸分量電流，即出現(xiàn)交軸分量I Iq q，從而轉(zhuǎn)子，從而轉(zhuǎn)子會受到相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩會受到相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T Temem的制動作用的制動作用 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)（2 2）增加原動機輸入功率）增加原動機輸入功率P P1 1當(dāng)當(dāng)增大到某一數(shù)值增大到某一數(shù)值a a使電磁轉(zhuǎn)矩使電磁轉(zhuǎn)矩T Temem正好與剩余轉(zhuǎn)矩正好與剩余轉(zhuǎn)矩T T1 1-T-T0 0相等時，相等時，轉(zhuǎn)子便不再加速，而平衡在功率角轉(zhuǎn)子便不再加速，而平衡在功率角a a處處 原動機輸入的有效機械功率與電

13、機原動機輸入的有效機械功率與電機輸出的電磁功率平衡輸出的電磁功率平衡 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)u 要增加發(fā)電機輸出功率要增加發(fā)電機輸出功率( (有功功率有功功率) )，就必須增加原動機輸入功率，使電機就必須增加原動機輸入功率，使電機的功率角的功率角增大增大 3.13.1有功功率調(diào)節(jié)有功功率調(diào)節(jié)l當(dāng)當(dāng)角增至角增至9090使輸出電磁功率達使輸出電磁功率達最大值最大值P Pemmaxemmax時，若繼續(xù)增加輸入時，若繼續(xù)增加輸入功率，則輸入和輸出之間的平衡關(guān)功率，則輸入和輸出之間的平衡關(guān)系被破壞，電機亦無力自行維持平系被破壞，電機亦無力自行維持平衡，致使電機轉(zhuǎn)子不斷加速并最終衡，致使電機

14、轉(zhuǎn)子不斷加速并最終失步，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行構(gòu)成沖擊。失步，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行構(gòu)成沖擊。l繼續(xù)增加原動機輸入功率，繼續(xù)增加原動機輸入功率，角隨之會進一步增角隨之會進一步增大，輸出電磁功率也會進一步增加。大，輸出電磁功率也會進一步增加。 3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定l靜態(tài)穩(wěn)定：靜態(tài)穩(wěn)定： 當(dāng)電網(wǎng)或原動機偶然發(fā)生微小擾動時，若在當(dāng)電網(wǎng)或原動機偶然發(fā)生微小擾動時，若在擾動消失后發(fā)電機能自行回復(fù)到原運行狀態(tài)擾動消失后發(fā)電機能自行回復(fù)到原運行狀態(tài)穩(wěn)定運行；穩(wěn)定運行；l靜態(tài)不穩(wěn)定：靜態(tài)不穩(wěn)定： 不是靜態(tài)穩(wěn)定不是靜態(tài)穩(wěn)定 3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定A:A:輸入功率為輸入功率為P PT T，穩(wěn)態(tài)運行，功率角，穩(wěn)態(tài)

15、運行，功率角 A:A:輸入功率波動，輸入功率波動，P PT T, , 功率角增加功率角增加 B B點：穩(wěn)態(tài)運行，點：穩(wěn)態(tài)運行，P PT T + + P PT T = P= PemBemB3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定B B點：輸入功率波動消失，輸入功率恢復(fù)為點：輸入功率波動消失，輸入功率恢復(fù)為P PT T ，P PT T P PemBemB, ,動轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子減速，動轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子減速，功率角減小功率角減小A:PA:PT T, , 3.23.2靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定C C點：點： P PT T + + P PT T, , + + D: PD: PemDemDP180180，P Pemem01.71.7，即額，即額定負載時最大