電機(jī)學(xué)--第四篇-同步電機(jī)課件

1、第四篇 同步電機(jī)第一節(jié) 同步電機(jī)的基本知識第十章 同步發(fā)電機(jī)的運行原理一、同步電機(jī)的特點 勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢 。 頻率：大?。翰ㄐ危河?可知，波形取決于 的空間分布。相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定?？梢姡?dāng)電機(jī)的極對數(shù)、轉(zhuǎn)速一定時，電機(jī)發(fā)出的交流電動勢的頻率也是一定的。 作為同步電動機(jī)運行時，需要在定子繞組上施以三相交流電壓，電機(jī)內(nèi)部便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這時轉(zhuǎn)子繞組上加上直流勵磁，則轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下，沿定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 n=n1=60f/p 由此可見，同步電機(jī)的特點是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n

2、與電網(wǎng)頻率f之間具有固定不變的關(guān)系，轉(zhuǎn)速n稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載的大小無關(guān)。二、同步電機(jī)的基本類型按運行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機(jī)類別,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等。汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。（一）、隱極同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子鐵心：硅鋼片疊成。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。

3、電樞繞組：三相對稱繞組銅線制成定子(電樞)轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護(hù)環(huán)：保護(hù)勵磁繞組受離心力時不甩出勵磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵磁繞組中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動轉(zhuǎn)子 隱極同步電機(jī)都采用臥式結(jié)構(gòu)，有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。三、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式各種電機(jī) 引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心1、定子鐵心2、定子繞組3、轉(zhuǎn)子鐵心4、勵磁繞組機(jī)械端口電端口ABC轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心（二）、凸極同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、立式水輪發(fā)電機(jī)2、臥式水輪發(fā)電機(jī)阻尼繞組在同步發(fā)電機(jī)中，起抑制轉(zhuǎn)子

4、轉(zhuǎn)速振蕩的作用，在同步電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)中，主要作為起動繞組用。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機(jī)四、同步電機(jī)的勵磁方式 同步電機(jī)運行時，必須在勵磁繞組中通人直流電流，通常稱之為勵磁電流。所謂勵磁方式是指同步電機(jī)獲得直流勵磁電流的方式，而供給勵磁電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。（一）直流勵磁機(jī)勵磁同步電機(jī)的勵磁方式有以下幾種：（二）靜止的交流整流勵磁系統(tǒng) 同一軸上有三臺交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵磁機(jī)和交流副勵磁機(jī)。副勵磁機(jī)的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(有時采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機(jī)，而主

5、勵磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵磁繞組。 1、他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)2、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)，如圖所示。主勵磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。交流主勵磁機(jī)的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷

6、勵磁系統(tǒng)。 （三）旋轉(zhuǎn)的交流整流勵磁系統(tǒng)五、冷卻方式 ：在中、小型電機(jī)中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機(jī)的容量很大時，電機(jī)內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。1）在大型汽輪發(fā)電機(jī)中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，是氫氣與空氣混合后，有爆炸危險，必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電機(jī)內(nèi)部。2）目前在更大容量的發(fā)電機(jī)中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體，冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機(jī)的溫升。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣及水等。 六、 同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值有：1）額定電壓：是指在正常運

7、行時，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。電壓的單位用V或kV表示。2）額定電流：流過定子繞組的線電流 。3）額定功率：是指在正常運行時，電機(jī)的輸出功率 。A：對于發(fā)電機(jī)而言：輸出的是電功率。B：對于電動機(jī)而言：輸出的是機(jī)械功率。單位是KW。4. 相數(shù)m ：一般m=3。5. 額定頻率:我國額定工業(yè)頻率規(guī)定 =50Hz.6）額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速即為電機(jī)的同步速，在一定極數(shù)及頻率時，它的轉(zhuǎn)速是定值。第二節(jié) 空載和負(fù)載時同步電機(jī)的磁場一、同步電機(jī)的空載運行一 空載磁場1 空載運行：同步發(fā)電機(jī)空載運行是指同步發(fā)電機(jī)被原動機(jī)拖動到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流勵磁電流而定子繞組開路時的運行工況。 2

8、 空載磁場空載時氣隙中的磁場僅有直流勵磁電流產(chǎn)生的勵磁磁場， 稱為空載磁場或主磁場。3 主磁路(0的路徑)主極鐵心氣隙電樞齒電樞磁軛電樞齒氣隙另一主極鐵心轉(zhuǎn)子磁軛。凸極同步電機(jī)的空載磁勢勵磁繞組為集中繞組，磁勢波為矩形波對于凸極發(fā)電機(jī)來說，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個電樞圓周分布不均勻，極面下氣隙較小，磁阻較小；極間氣隙較大，極間磁阻很大。同一個極面下，氣隙徑向磁通密度的分布近似于平頂?shù)拿毙?。極靴以外的氣隙磁通密度減少很快，相鄰兩極中線上的磁通密度為零。氣隙磁密用付立葉諧波分析分解出空間基波和一系列諧波。 AXBCYz+A+A0感應(yīng)電勢的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關(guān)。在設(shè)計和制

9、造電機(jī)時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧垣@得盡可能接近正弦分布的氣隙磁密，從而得到較高品質(zhì)的感應(yīng)電勢。 二空載特性1. 空載感應(yīng)電勢的大小與頻率n基波電動勢：E0=4.44fWkW100 ：磁極的基波每極磁通。W：每相定子繞組串聯(lián)匝數(shù)。2空載特性：當(dāng)轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，為磁路的磁化特性與曲線相似(成比例)( )c1d0If(Ff)一般將發(fā)電機(jī)的空載額定電壓設(shè)計于彎曲部分C點3.電機(jī)磁路的飽和系數(shù)氣隙線:將空載特性的直線部分延長得線段2，稱為氣隙線。( )abc12ngd0Ff0F設(shè)oa代表額定電壓， 則ac為產(chǎn)生額定電壓所需磁勢:( )abc12ngd0Ff0Fab=F：不計飽和時產(chǎn)生oa電壓所需磁

10、勢，稱為氣隙磁勢。bc=FFe：由于飽和，使得產(chǎn)生oa電壓的磁勢增大的部分， FFe用以克服鐵心磁阻所需磁勢。且FFe鐵心越飽和越大。c當(dāng)E0=UN 時：abc1ngd0If(Ff)Ff0F電機(jī)運行于曲線剛好彎曲處：1、充分利用材料；2、不會過分飽和;空載特性的工程應(yīng)用 將設(shè)計好的電機(jī)的空載特性與常規(guī)空載特性相比較，如果兩者接近，說明電機(jī)設(shè)計合理，反之，則說明該電機(jī)的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。如太飽和，將使勵磁繞組用銅過多，且電壓調(diào)節(jié)困難如飽和度太低，則負(fù)載變化時電壓變化較大，且鐵心利用率較低，鐵心耗材較多結(jié)合短路特性可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性

11、以及勵磁系統(tǒng)的故障。 必須掌握（*）三、對空載電勢的要求三相對稱。頻率恒定。波形接近正弦。有一定幅值。電樞反應(yīng):電機(jī)帶上負(fù)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, 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 和勵磁磁動勢基波 之間的相對位置，即與空載電動勢 和電樞電流 之間的夾角 有關(guān).勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別基波波形大小位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向勵磁磁動勢正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機(jī)的轉(zhuǎn)速決定由原動機(jī)決定電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由磁極對數(shù)和電流頻率決定由電流相序決定2.2同步電機(jī)的電樞反應(yīng) 一、 時的電樞反應(yīng)空載電

12、動勢 和電樞電流 同相位.d軸q軸 U軸U1U2 W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng) 二、 時的電樞反應(yīng)空載電動勢 超前電樞電流 d軸q軸 U軸U1U2 W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng) 三、 時的電樞反應(yīng)空載電動勢 滯后電樞電流 d軸q軸 U軸U1U2 W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)四、一般情況下的電樞反應(yīng)空載電動勢 超前電樞電流 角, d軸q軸 U軸U1U2 W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸,還有直軸去磁電樞反應(yīng)此種情況下-直軸分量-交軸分量-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

13、勢上升下降 上升下降下降下降不變不變下降R、C增強(qiáng)交軸直軸助磁d、q軸R、L削弱交軸直軸去磁d、q軸C增強(qiáng)直軸助磁d軸L削弱直軸去磁d軸R波形畸變交軸q軸 負(fù)載性質(zhì)對電機(jī)的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作夾角 位置綜合以下分析可以看出：當(dāng)同步發(fā)電機(jī)供給滯后電流時，電樞磁勢除了一部分產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)外，還有一部分產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)；當(dāng)電機(jī)供給超前電流時，電樞磁勢除了一部分產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)外，還有一部分產(chǎn)生直軸增磁電樞反應(yīng)。這個結(jié)論十分重要，它對發(fā)電機(jī)性能的影響將在后面內(nèi)容提到。1 隱極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)：隱極同步電機(jī)有一個特點就是定轉(zhuǎn)子之間的氣隙是均勻分布的。電樞磁動勢作用在任一位置，其效果是一樣的已知：

14、其中的 稱為電樞反應(yīng)電抗。在同樣大小電流情況下,如果 越大，電樞反應(yīng)電勢也越大，表示著電樞磁勢所產(chǎn)生的電樞磁通很強(qiáng)。因此 的大小可以說明電樞反應(yīng)的強(qiáng)弱。當(dāng)然，電樞電流除了產(chǎn)生主磁通外，還要產(chǎn)生一定的漏磁通，由于漏磁通也會交鏈電樞繞組，所以對應(yīng)產(chǎn)生電動勢所以在三相對稱電流通過電樞繞組后，所產(chǎn)生的匝鏈定子繞組的磁通為（ ），兩者在電樞繞組中所產(chǎn)生的全部電勢為式中 稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗。這樣同步發(fā)電機(jī)在負(fù)載下，電樞反應(yīng)磁通及漏磁通所產(chǎn)生的作用，可以通過同步電抗壓降的形式來表示了。同步電機(jī)在正常狀態(tài)下工作，磁路略呈飽和。磁路的飽和程度越高，它的磁阻便越大，所對應(yīng)的電抗便函越小。所以 或 的大小是

15、隨著磁路飽和程度的改變而改變的。2、凸極同步電機(jī)： 凸極同步電機(jī)的特點就是氣隙分布不均勻。這樣我們就不能用分析隱極式同樣的方法來分析凸極同步電機(jī)的電抗。在凸極電機(jī)中，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大。 很顯然，由于直軸處的氣隙比交軸處小，故直軸磁導(dǎo)比交軸磁導(dǎo)大。這樣，同樣大小的電樞磁動勢作用在直軸和交軸上時，所產(chǎn)生的電樞磁場將有明顯的差別。而不同的磁阻將對應(yīng)著不同的電抗。 所以，在這里，我們將磁動勢 分解成沿直軸和交軸方向的兩個分量。直軸電樞磁勢固定地作用在直軸磁路上，對應(yīng)于一個恒定不變的磁阻，產(chǎn)生磁通 。交軸電樞磁勢固定地作用在交軸磁路，也對應(yīng)于一個恒定不變的磁阻，產(chǎn)生磁通 。磁通 與 分別

16、切割定子繞組而在其中感應(yīng)出電勢 及 。由于交軸及直軸的磁阻都恒定不變，所以 正比于 ， 正比于 ，因此，和隱極電機(jī)一樣，直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗各和定子漏抗相加，便可以得到直軸同步電抗和交軸同步電抗，即注意：在直軸磁路上，由于氣隙小，磁阻小，所以 較大。在交軸磁路上，由于氣隙很大，磁阻大，所以 較小。當(dāng)直軸及交軸的同步電抗相等時，就是隱極電機(jī)。(1) 隱極發(fā)電機(jī)的電磁過程第三節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程及同步電抗一、不計飽和時的分析疊加原理（電動勢合成）(2) 隱極同步發(fā)電機(jī)的電勢方程式：同步發(fā)電機(jī)在對稱負(fù)載下運行，氣隙中存在著兩種磁勢，即定子上的電樞磁勢和轉(zhuǎn)子的磁極磁勢。在不考慮磁路的飽和現(xiàn)

17、象時，應(yīng)用迭加原理，認(rèn)為它們各自獨立地產(chǎn)生相應(yīng)磁通，并在電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 (3) 隱極發(fā)電機(jī)的相量圖已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)cos及參數(shù)ra 、xt當(dāng)功率因數(shù)cos 滯后時的相量圖 在圖中， 與 的夾角用表示； 與的 夾角用表示； 與 的夾角用 表示。在以上三個角度間存在有下列關(guān)系：根據(jù)圖的相量關(guān)系，將電壓按 角分解成 及 后，可以得到的計算公式：(4) 隱極發(fā)電機(jī)的等效電路：raxt只要去掉 ra 即可得到簡化等效電路當(dāng)凸極同步發(fā)電機(jī)在對稱負(fù)載下運行時，氣隙中也存在著兩種旋轉(zhuǎn)磁勢，即轉(zhuǎn)子上磁極磁勢和定子上電樞磁勢。由于凸極電機(jī)中，轉(zhuǎn)子直軸和交軸上的氣隙不等，在分析電樞磁

18、勢影響時，必須按照式前面我們所分析的將磁動勢分解成直軸和交軸兩個分量，然后和處理隱極電機(jī)一樣，不計及磁路的飽和現(xiàn)象，應(yīng)用迭加原理認(rèn)為它們各自獨立地產(chǎn)生相應(yīng)的磁通，并在電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 第四節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程及同步電抗一、不考慮飽和凸極發(fā)電機(jī)的電磁過程這樣，產(chǎn)生的端電壓為：整理得：可以把漏抗壓降分解成兩個分量，即：這就是凸極發(fā)電機(jī)的電動勢平衡方程式，這樣我們就可以作出相應(yīng)的相量圖。但是很明顯，要做出向量圖還缺 和 兩個分量。也就是要知道 與 之間的夾角。凸極發(fā)電機(jī)的相量圖的作法已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)及參數(shù)ra 、xd、xq 。1、已知內(nèi)功率因數(shù)角按照電勢方程式

19、的關(guān)系作出相量圖2、未知內(nèi)功率因數(shù)角1）利用方程式求出：2）利用公式求出：第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)功率及轉(zhuǎn)矩方程一、同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程二、同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程本章小結(jié)同步電機(jī)按其工作狀態(tài)可分為同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)，同步發(fā)電機(jī)有可分為隱極式和凸極式，其同步轉(zhuǎn)速為 （r/min）；同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)取決于電樞電流與感應(yīng)電動勢之間的夾角。通常情況下，起交磁兼去磁作用；隱極同步發(fā)電機(jī)不飽和時的電動勢平衡方程為: 其中的同步電抗，是表征對稱穩(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)，其大小對同步電機(jī)的性能有很大影響。凸極同步發(fā)電機(jī)不飽和時的電動勢平衡方程為: 其中的直軸同步

20、電抗和交軸同步電抗，意義與隱極電機(jī)的相同。只是由于凸極電機(jī)氣隙不均勻，由雙反應(yīng)理論導(dǎo)出了兩個同步電抗，且有 。習(xí)題：10-17，10-18，10-19第十一章 同步發(fā)電機(jī)的特性及參數(shù)測定 同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速保持恒定、負(fù)載功率因數(shù)不變的運行條件下，有三個主要變量，即端壓U、負(fù)載電流及勵磁電流三個量中確定一個量不變，其他兩個量相隨變化的函數(shù)關(guān)系，稱為同步發(fā)電機(jī)的特性。 同步發(fā)電機(jī)特性分成基本特性和運行特性兩類?；咎匦园蛰d特性、短路特性及零功率因數(shù)的負(fù)載特性，可通過實驗求得，用來測定參數(shù)及判斷電機(jī)性能；運行特性包括外特性和調(diào)節(jié)特性，是操作、運行發(fā)電機(jī)時的依據(jù)。（一）、空載特性和短路特性、零功率因

21、數(shù)負(fù)載特性1、空載特性定義： 空載特性是發(fā)電機(jī)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(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、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、判斷勵磁繞組和定子鐵心有無故障等。 第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的空載特性和短路特性因 正比于 ，而勵磁電流又正比于勵磁磁勢，所以開路特性曲線與電機(jī)的磁化曲線在形狀上完全相同。開路特性主要有兩個用處： （1）開路特性可以反映出電機(jī)設(shè)計是否合理。如同前面所分析的情況一樣，額定電壓應(yīng)位于開路特性開始彎曲的部分，這樣才比較經(jīng)濟(jì)合理。（2）同步電抗是同步電機(jī)中一個極為

22、重要的參數(shù)，同步電機(jī)的許多性能由它所決定。開路特性配合短路特性可以求出同步電抗。2、短路特性定義：短路時的等效電路短路特性曲線 短路特性與空載特性配合可以求出電機(jī)的同步電抗。（二）、外特性和調(diào)整特性1、外特性定義：外特性曲線 當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)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(fù)載時且（發(fā)電機(jī)負(fù)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在漏抗上的壓降。2、調(diào)節(jié)特性定義：調(diào)整特性曲線 在感性和阻性負(fù)載時，隨著負(fù)載電流的增加，必須增加勵磁電流，補(bǔ)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(fù)載，隨著負(fù)載

23、電流的增加，必須減小勵磁電流。 在功率因數(shù)一定情況下,根據(jù)調(diào)整特性曲線,可確定在負(fù)載變化范圍內(nèi),維持電壓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)中無功功率的分配更合理一些。 同步發(fā)電機(jī)單機(jī)運行時，其頻率和端電壓會隨著負(fù)載的變化而變化，供電的質(zhì)量和可靠性較差，所以在電力系統(tǒng)中，一般由多個發(fā)電廠并聯(lián)組成電力系統(tǒng)，且每個發(fā)電廠的多臺發(fā)電機(jī)在一起并聯(lián)運行。這樣即使單機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化，對發(fā)電機(jī)的頻率和端電壓的影響甚微，而且并聯(lián)運行可以合理利用動力資源、便于發(fā)電設(shè)備輪流檢修，提高供電的質(zhì)量和可靠性。 電網(wǎng)對單臺發(fā)電機(jī)來說可看作無窮大電網(wǎng)，同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)后，其運行情況要受到電網(wǎng)的

24、制約，即發(fā)電機(jī)的電壓、頻率必須和電網(wǎng)的電壓、頻率一致而不能單獨變化?？梢姲l(fā)電機(jī)并聯(lián)運行與單機(jī)運行時的分析方法將會有所不同，本章主要介紹發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的條件和方法及并網(wǎng)運行時調(diào)節(jié)電機(jī)向電網(wǎng)輸送功率的方法。第十二章、同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行及同步電動機(jī)第一節(jié) 投入并聯(lián)運行的條件和方法一、投入并聯(lián)的條件（1）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓波形要相同；（2）發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率相同；（3）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓幅值相同（4）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)相位相同；（5）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序要相同。二、投入并聯(lián)的方法（一）準(zhǔn)同步法將發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全符合投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)的操作過程稱為準(zhǔn)確同步法。在調(diào)整過程中為了判斷發(fā)電機(jī)是否滿足并

25、聯(lián)條件，常常采用同步指示器。最簡單的同步指示器由三個同步指示燈組成，它們有兩種接法即直接接法和交叉接法。 直接接法交叉接法 （二）自同步法投入的步驟是：首先校驗發(fā)電機(jī)的相序，并按照規(guī)定的轉(zhuǎn)向（和定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致）把發(fā)電機(jī)拖動到接近于同步轉(zhuǎn)速，勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路；然后把發(fā)電機(jī)拖入電網(wǎng)，再立即加上直流勵磁，此時依靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，即可把轉(zhuǎn)子自動牽入同步。自同步法的優(yōu)點是投入迅速，不需要復(fù)雜的設(shè)備，缺點是投人時定子電流沖擊較大。凸極同步發(fā)電機(jī)第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的功角特性隱極同步發(fā)電機(jī)由此，我們得到了隱極同步電機(jī)的功角特性表達(dá)式 ，即當(dāng)e0和u為常數(shù)時，電磁功率和功角之間的函

26、數(shù)關(guān)系。顯然，當(dāng)功角=900 時，電磁功率達(dá)到最大值。第三節(jié) 有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定和振蕩一、有功功率的調(diào)節(jié)：已知，在忽略銅耗的前提下，Pem=P2=而Pem和P1從功角特性可以看出是成正比關(guān)系的，所以，想要增加電機(jī)輸出的有功功率，從功率平衡的觀點來看，只有增加原動機(jī)的輸入功率P1。二、靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定：電機(jī)在運行時，受到外界的干擾，從而導(dǎo)致運行偏離原先的運行點，而當(dāng)干擾撤去后，電機(jī)又能自行回到原先的點繼續(xù)工作，就叫做電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定。這樣一來，如圖所示：作如下分析： 1）在a點， P1=Pem，即輸入P1和輸出Pem相等，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行； 2）來一個干擾，假定使得P1增加到P1，顯然電機(jī)的轉(zhuǎn)速將

27、增大，因為功角和轉(zhuǎn)速 成正比關(guān)系變化，所以，功角也將增大，推出Pem也增大 ，這樣一來，我們可以看出 在b點電機(jī)將達(dá)到一個新的平衡點，從而繼續(xù)穩(wěn)定運行。3）由此可以推出，當(dāng)功角在00-900之間變化時，發(fā)電機(jī)有自動保持同步的能力，是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運行區(qū)域。在穩(wěn)定運行范圍內(nèi)，電磁功率的改變只會改變功角的大小，而轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不會改變的，永遠(yuǎn)以同步速旋轉(zhuǎn)。 4）而在9001800之間，電機(jī)是不穩(wěn)定運行的，在功角=900時，輸入的機(jī)械功率到達(dá)與最大電磁功率相等，即 當(dāng)功角大于900時將失去同步，失去同步后，裝在電網(wǎng)與間的保護(hù)開關(guān)產(chǎn)生動作，將發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)上拉開。第四節(jié) 無功功率調(diào)節(jié)和V形曲線一、同步電機(jī)的可逆原理 同步電機(jī)的運行是可逆的，既可以用作發(fā)電機(jī)，還可以用作電動機(jī)。 同步電機(jī)運行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時，如圖所示。 轉(zhuǎn)子磁極軸線超前定子合成磁極軸線，0，電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。第五節(jié)、同步電動機(jī)和調(diào)相機(jī) 逐步減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，轉(zhuǎn)子將瞬時減速，角減小，相應(yīng)的電磁功率也減少。 當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率只能滿足空載損耗時，發(fā)電機(jī)處于空載運行狀態(tài)。 繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，則和 Pem變?yōu)樨?fù)值。卸動原動機(jī)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收功率滿足空載損耗，成為空轉(zhuǎn)的電動機(jī)。 電機(jī)軸上加上機(jī)械負(fù)載，負(fù)值的增大，由電網(wǎng)向電機(jī)輸入的電功率和相應(yīng)的電磁功率增大，轉(zhuǎn)子磁極軸線落后定子合成磁極軸線，轉(zhuǎn)子受到驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)