第5章同步電機(jī)的基本理論

*5.9

微型同步電動(dòng)機(jī)5.12

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第5章同步電機(jī)的基本理論5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.7

三相同步電動(dòng)機(jī)的的運(yùn)行特性5.8

三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.11

三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.13

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行5.2

三相同步電機(jī)的工作原理電機(jī)與拖動(dòng)*5.14

同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路返回主頁(yè)5.1

同步電機(jī)的用途和種類5.4

三相同步電機(jī)的型號(hào)和額定值高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.1同步電機(jī)的用途和種類一、同步電機(jī)的用途同步電機(jī)最主要的用途是用作發(fā)電機(jī)。三相同步發(fā)電機(jī)是當(dāng)前所有發(fā)電廠中所采用的發(fā)電機(jī)。二、同步電機(jī)的種類按能量轉(zhuǎn)換的不同——同步電動(dòng)機(jī)和同步發(fā)電機(jī)。按相數(shù)的不同——單相同步電機(jī)和三相同步電機(jī)。按安裝方式的不同——臥式同步電機(jī)和立式同步電機(jī)。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同——凸極式同步電機(jī)和隱極式同步電機(jī)。按原動(dòng)機(jī)的不同——汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)等。高等教育出版社高等教育電子音像出版社V1V2W2W1U1U2NS5.2

三相同步電機(jī)的工作原理定子+Uf－If轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組一、三相同步電動(dòng)機(jī)

定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子直流磁極。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步第5章同步電機(jī)的基本理論60f1pn=n0=高等教育出版社高等教育電子音像出版社V1V2W2W1U1U2NS

同步電動(dòng)機(jī)中的磁通勢(shì)定子——電樞。電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)Fam轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F0m氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)Fm

NSSNn0n0θ

電樞反應(yīng)——Fam對(duì)Fm

的影響。NSSN電動(dòng)機(jī)狀態(tài)n0n0理想空載狀態(tài)F0mFamFmθ功角5.2

三相同步電機(jī)的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社

同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθF0m電樞三相繞組中感應(yīng)E0Fm電樞三相繞組中感應(yīng)E1E0在時(shí)間上滯后于E1θ角F0m在空間上滯后于Fmθ角－E0在時(shí)間上滯后于－

E1θ角5.2

三相同步電機(jī)的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、三相同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)→F0m旋轉(zhuǎn)的F0m和Φ0E0原動(dòng)機(jī)電樞三相繞組中感應(yīng)SNn0NSn0θ發(fā)電機(jī)運(yùn)行NSSNn0n0

理想空載狀態(tài)V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθ5.2

三相同步電機(jī)的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社三相同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電樞（定子）：I1(Fam

)=0轉(zhuǎn)子每極磁通：Φ0

空載電動(dòng)勢(shì)：E0

=4.44kw1

N1f1Φ0

或電樞相電壓：U0P

=E0電樞線電壓（Y形聯(lián)結(jié)）：E0

=－j4.44kw1

N1f1Φ0E0

的頻率：f1

=pn60如果：f1

=50Hz，則：pn=30005.2

三相同步電機(jī)的工作原理U0L

=√3E0高等教育出版社高等教育電子音像出版社

三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)Fam轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F0m氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)Fm

同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθF0m電樞三相繞組中感應(yīng)E0Fm電樞三相繞組中感應(yīng)E1E0在時(shí)間上超前于E1θ角F0m在空間上超前于Fmθ角5.2

三相同步電機(jī)的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社三、三相同步電機(jī)的可逆運(yùn)行NSSNn0n0θ電動(dòng)機(jī)狀態(tài)NSSNn0n0理想空載狀態(tài)SNn0NSn0θ發(fā)電機(jī)運(yùn)行5.2

三相同步電機(jī)的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、主要部件1.定子（電樞）2.轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。對(duì)稱三相繞組。(1)定子鐵心：(2)定子繞組：(3)機(jī)座和端蓋等。(1)轉(zhuǎn)子鐵心：由整塊鑄（鍛）鋼制成。(2)勵(lì)磁繞組：工作時(shí)施加直流勵(lì)磁。(3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組第5章同步電機(jī)的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、勵(lì)磁方式1.直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。2.靜止整流器勵(lì)磁交流勵(lì)磁機(jī)→整流→直流電3.旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁交流勵(lì)磁機(jī)→整流→直流電→勵(lì)磁繞組。電刷集電環(huán)勵(lì)磁繞組。5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社NS+－3~×3~·····×××××+－NS凸極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子高等教育出版社高等教育電子音像出版社勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社小浪底電站水輪機(jī)組安裝5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社水力發(fā)電5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社火力發(fā)電廠勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社燃燒室燃料鍋爐的爐膛循環(huán)水汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)3600r/min升壓變壓器超熱高壓蒸汽電能輸出電能的產(chǎn)生5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社

熱電廠1煤傳送帶2加煤機(jī)3粉碎機(jī)4鍋爐5煤渣6空氣預(yù)熱器7靜電除塵8煙囪9汽輪機(jī)10冷凝器11變壓器12冷卻塔13發(fā)電機(jī)14輸電線5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)高等教育出版社高等教育電子音像出版社大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步電機(jī)5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

更多的圖片高等教育出版社高等教育電子音像出版社三相同步電機(jī)5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

更多的圖片高等教育出版社高等教育電子音像出版社同步發(fā)電機(jī)5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

更多的圖片高等教育出版社高等教育電子音像出版社大連理工大學(xué)電氣工程系小型同步電機(jī)5.3

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

更多的圖片5.4

三相同步電機(jī)的型號(hào)和額定值5.4

三相同步電機(jī)的型號(hào)和額定值1.型號(hào)T2500－4/2150三相同步電動(dòng)機(jī)功率(kW)磁極數(shù)定子鐵心外徑（mm）高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.4

三相同步電機(jī)的型號(hào)和額定值2.額定功率PN

：輸出功率的額定值3.額定電壓UN：線電壓的額定值。4.額定電流IN：線電流的額定值。5.額定頻率fN

：50Hz。6.額定轉(zhuǎn)速nN：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。PN

=√3UNINNN三相同步發(fā)電機(jī)：PN

=√3UNINN三相同步電動(dòng)機(jī)：高等教育出版社高等教育電子音像出版社一、三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析第5章同步電機(jī)的基本理論1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0mFU1→I1→FamE1電樞感應(yīng)→Φ合成磁通勢(shì)U1=R1I1－E－E1E

=－j

X

I1※漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：※R1、X——定子每相繞組的電阻、漏電抗。5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析R1I1E漏磁通E1E高等教育出版社高等教育電子音像出版社(勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)不變)(電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨負(fù)載變化)如果不計(jì)磁路飽和，則Uf→If→F0m→Φ0U1→I1→Fam→E0→Φa→Ea

→ER1I1E1=E0

+EaU1=－E1+(R1＋

j

X

)I1所以Ea

=－j

Xa

I1※Xa

——電樞反應(yīng)電抗。5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1=－E0－Ea－E＋R1I1高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=－E0＋(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1※

Xs=X＋Xa——同步電抗。一般：R1＜＜

Xs，忽略R1，則U1=－E0＋j

XsI12.等效電路R1jXs+U1－I1－

+E05.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社3.相量圖U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1U1(a)電感性I1R1I1jXsI1－E0Ψ——功率因數(shù)角。Ψ——內(nèi)功率因數(shù)角。已知：－E0滯后于－E1θ角，U1=－E1＋(R1＋j

X)

I1θ因此－E0滯后于

U1θ?！郑璄1（忽略R1和X）(b)電阻性U1I1－E0jXsI1R1I1θ=Ψ(c)電容性U1I1R1I1jXsI1－E0θΨ

=±5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Ψ高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=－E0＋jXsI1(a)電感性U1I1jXsI1－E0如果忽略R1，則有同樣有關(guān)系

Ψ=±(b)電阻性U1I1－E0jXsI1θ=Ψ(c)電容性U1I1jXsI1－E05.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析θΨΨ高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.5.1】某三相隱極同步電動(dòng)機(jī)，PN=50kW，UN=380V，Y形聯(lián)結(jié)，IN=90A，N=0.8（電感性），R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求在上述條件下運(yùn)行時(shí)的E0、、和。解：電樞相電壓和相電流為U1=UN3I1=IN=90A

=arccos0.8=36.87o取參考相量：

U1=220

0oV則I1=90

－36.87oA=V=220V38035.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社由此求得

E0=

159.72V

θ=

28.34oΨ=

－θ

=8.53o－E0=U1－(R1＋jXs)I1

=［220

0o－(0.2＋j1.2

)×90－36.87o］V=159.72－28.34oV

5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社F0m二、三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析

特點(diǎn)：氣隙不均勻。同樣的Fam→產(chǎn)生不同的Φa→對(duì)應(yīng)不同的Xa。V1V2W2W1U1U2NSFamFam

如果磁路不飽和：將I1分解為兩個(gè)分量。直軸交軸－E0I1IqΨId直軸分量：Id

=I1sinΨ交軸分量：Iq

=I1cosΨI1=

Id＋I(xiàn)q——雙反應(yīng)理論。5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0m→Φ0→E0U1→I1→Id→Iq→Fad→Faq→Φad→Φaq→Ead→EaqΦ

→E

R1I1U1=－E0－Ead－Eaq－E＋R1I1Ead

=－jXad

Id※Xad

——

直軸電樞反應(yīng)電抗。

Xaq

——

交軸電樞反應(yīng)電抗。Eaq

=－jXaq

Iq5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析E0EEadEaq高等教育出版社高等教育電子音像出版社E=－jXσI1I1=Id＋I(xiàn)qU1=－E0＋j

Xad

Id＋j

Xaq

Iq＋j

XσI1＋R1I1=－E0＋j

(Xad＋X)

Id＋j

(Xaq＋X)

Iq＋R1I1U1=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq＋R1I1※Xd

=

Xad＋X——直軸同步電抗。

Xq

=

Xaq＋X——交軸同步電抗。

如果忽略R1，則U1

=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq

5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社Ψ－E0I1IqId－E0I1IqΨId－j(Xd－Xq)IdEQ

設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)EQ

=E0－j(Xd－Xq

)Id2.等效電路(a)I1滯后于－E0時(shí)jIdEQ(b)I1超前于－E0時(shí)jId結(jié)論：EQ

與E0同相位。U1

=－E0＋R1I1＋jXd

Id＋jXq

Iq－jXq

Id＋jXq

Id

U1=－EQ＋(R1＋jXq

)I15.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析－j(Xd－Xq)Id高等教育出版社高等教育電子音像出版社※

隱極電動(dòng)機(jī)可視為凸極電動(dòng)機(jī)的特例：

Xd=Xq=Xs

EQ=E0R1jXq+U1－I1－

+EQ5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社3.相量圖

設(shè)已知U1、I1、、Xd、Xq

。

取U1=U10o(1)畫(huà)I1。(2)畫(huà)R1I1

和jXq

I1。(3)畫(huà)(－EQ)

，確定(－E0)的方位。(4)由I1分解出Id

和Iq。(5)畫(huà)jXd

Id

和jXq

Iq。(6)畫(huà)(－E0)。5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社(a)電感性(b)電阻性5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0R1I1IdU1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1I1R1I1jXqI1－EQIqIdjXd

IdjXq

Iq－E0(c)電容性高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1jXqI1－EQIdIqjXd

IdjXq

Iq－E0

忽略R1時(shí)的相量圖(簡(jiǎn)化相量圖)

(a)電感性jXq

IqU1I1jXqI1－EQIqIdjXd

Id－E0(b)電阻性U1=－EQ

＋jXq

I1U1=－E0＋jXdId＋jXq

Iq

－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ(c)電容性5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社

由相量圖求得

Ψ=±θ

由簡(jiǎn)化相量圖還可以求得tanΨ=U1sin±XqI1U1cos※電感性時(shí)取“－”，電容性時(shí)取“＋”。5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Xd=E0－U1cosθIdXq=U1sinθIq－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=UN3=V=3468.21V60001.732

【例5.5.2】

一臺(tái)三相凸極同步電動(dòng)機(jī)，UN=6000V，IN=57.8A，Y形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電壓和電流為額定值、功率因數(shù)

=0.8（電容性）時(shí)，相電動(dòng)勢(shì)E0=6300V，Ψ=58o，R1忽略不計(jì)。求該電動(dòng)機(jī)的Xd

和Xq。

解：電樞相電壓和相電流為I1=IN=57.8A由此求得

Id=I1sinΨ=57.8×sin58oA=49.02AIq=I1cosΨ=57.8×cos58oA=30.63A

=Ψ－=58o－36.87o=21.13o5.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社Xd=E0－U1cosθId=Ω=62.52Ω6300－3468.21×cos21.13o49.02Xq=U1sinθIq=Ω=40.82Ω3468.21×sin21.13o30.635.5

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率1.輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率）

P1=3U1I1cos2.電樞銅損耗

PCu=3R1I123.電磁功率

Pe

=P1－PCu5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1R1I1jXsI1－E0ΨU1R1I1jXsI1－E0ΨI1

在隱極同步電動(dòng)機(jī)中

Pe=3E0I1cosΨ

在凸極同步電動(dòng)機(jī)中

Pe=3EQI1cosΨ5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩4.空載損耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad鐵損耗機(jī)械損耗附加損耗高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.輸出功率

P2=Pe－P06.總損耗

Pal=

PCu＋PFe＋Pme＋Pad7.功率平衡方程式

P1

－P2=

Pal

8.效率

P1PCuPeP0P2

=×100%

P2P15.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、轉(zhuǎn)矩1.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

T2=T－T04.空載轉(zhuǎn)矩2.輸出轉(zhuǎn)矩5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩3.電磁轉(zhuǎn)矩T2

=P2Ω==9.55P2n60P22nT

=PeΩ==9.55Pen60Pe2nT0

=P0Ω==9.55P0n60P02n高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)T2=TL

忽略T0，

則

T=T2=TL

高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.6.1】

已知某三相同步電動(dòng)機(jī)，n=1500r/min，Xd

=6Ω，Xq

=4Ω，Y形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓UN=380V，轉(zhuǎn)子加負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=30N·m時(shí)，電樞電流I1=10A，功率因數(shù)

=0.8（電容性），Ψ=40o，E0=228V。求P1、Pe、P2、PCu、P0和T2、T、T0。

解：P1=3U1I1cos=3×

I1cosUN3=3×

×10×0.8W=5295.2W3801.732Id=I1sinΨ=10sin40oA=6.43AEQ=E0－(Xd－Xq)Id

=［228－(6－4)×6.43］V=215.14V5.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社Pe=

3EQI1cosΨ=3×215.14×10×cos40oW=4944.2WPCu=P1－Pe=(5259.2－4944.2)W=315WP0=Pe－P2=(4944.2－4710)W=234.2WT2=TL=30N·mT0=T－T2=(31.49－30)N·m=1.49N·m

P2=

T2n260=

TLn260=×30×1500W=4710W2×3.1460T

=60Pe2n=N·m=31.49N·m604944.26.28

15005.6

三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.7

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

運(yùn)行特性當(dāng)U1=UN，f1=fN，

If=常數(shù)時(shí)，I1、T、、

=f(P2)的關(guān)系。當(dāng)U1與E0（即n

和If）為常數(shù)時(shí)：

Pe

=f(θ)

T

=f(θ)——功角特性——矩角特性一、隱極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性如果忽略R1，則有

第5章同步電機(jī)的基本理論

U1sinθ=Xs

I1cosΨ高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1jXs

I1－E0θΨΨPe

=3sinθ

U1E0XsT

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※當(dāng)θ=90o時(shí):

Pe

=PeM，T

=TM5.7

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性代入Pe和T的公式，可得高等教育出版社高等教育電子音像出版社

電動(dòng)機(jī)為電容性時(shí)

U1sin=XqI1cosΨXd

Id

=E0－U1cosEQ

=E0－(Xd－

Xq)Id二、凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性U1I1jXqI1－EQjXd

IdjXq

Iq－E0θΨΨ5.7

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

電動(dòng)機(jī)為電感性時(shí)

U1sin=XqI1cosΨXd

Id

=U1cos－E0EQ

=E0＋(Xd－

Xq)Id高等教育出版社高等教育電子音像出版社Pe代入Pe

和T的公式可得

3U1E0Xd

=sin1Xq＋

(

－

)

sin23U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin1Xq+(

－

)

sin23U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T＋T

5.7

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性高等教育出版社高等教育電子音像出版社

討論：(1)3U1E0Xd

Pe'=sinPe'∝E0，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即If≠0時(shí)存在。

(2)1XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，與If

是否存在無(wú)關(guān)。

結(jié)論：(1)

Pe"使PeM。(2)

PeM產(chǎn)生在θ＜90o

處。(3)

功角特性與矩角特性不再是正弦波?！痉至??！郊臃至?。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"5.7

三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.8

三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)

同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)

調(diào)節(jié)If

→

調(diào)節(jié)cos→－90o＜＜90o(純電容性)(純電感性)

調(diào)節(jié)If

改變cos的原理以隱極同步電動(dòng)機(jī)為例，并忽略R1和T0。調(diào)節(jié)If時(shí)，U1、f1、TL都不變，則T和Pe

不變，即T和P1不變。根據(jù)：Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos第5章同步電機(jī)的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社可得如下關(guān)系：E0sinθ=常數(shù)

I1cos=常數(shù)另一方面:

因此，改變If

而使E0

改變時(shí)，I1、θ和均要改變。當(dāng)If→E0→θ。當(dāng)If

→E0

→θ。U1=－E0＋j

XsI15.8

三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1－E0θ－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"I1高等教育出版社高等教育電子音像出版社(1)正常勵(lì)磁當(dāng)If=If0時(shí)，I1與U1同相，

=1,電機(jī)呈電阻性。(2)欠勵(lì)磁

當(dāng)If

＜If0時(shí)，I1(I1'

)滯后于U1，電機(jī)呈電感性。If

→

，感性程度。(3)過(guò)勵(lì)磁當(dāng)If

＞If0時(shí)，電機(jī)呈電容性，

If

→||

，容性程度

。I1(I1")超前于U1，5.8

三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1－E0－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θI1高等教育出版社高等教育電子音像出版社同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線當(dāng)U1=

UN、f1

=

fN、TL不變時(shí)：

I1=f(If

)OI1IfP2'P2"欠勵(lì)過(guò)勵(lì)

If0＜cos=15.8

三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)高等教育出版社高等教育電子音像出版社*5.9

微型同步電動(dòng)機(jī)

微型同步電動(dòng)機(jī)的額定功率：零點(diǎn)幾瓦至數(shù)百瓦。應(yīng)用

電報(bào)傳真機(jī)、磁帶錄音機(jī)、精確計(jì)時(shí)或記錄裝置。

分類

按定子繞組電源的相數(shù)分：?jiǎn)蜗?、三相。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分：永磁式、磁阻式、磁滯式。一、永磁式同步電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)子：永久磁鋼，隱極式或凸極式。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、和高、成本也高。第5章同步電機(jī)的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社*5.9

微型同步電動(dòng)機(jī)鼠籠槽反應(yīng)槽二、磁阻式同步電動(dòng)機(jī)又稱為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子：由導(dǎo)磁材料制成，凸極式。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、和較低。

磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式(a)外反應(yīng)式(b)內(nèi)反應(yīng)式(c)內(nèi)外反應(yīng)式高等教育出版社高等教育電子音像出版社*5.9

微型同步電動(dòng)機(jī)三、磁滯式同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子：由硬磁材料制成，轉(zhuǎn)子外表呈光滑圓柱形。1.渦流轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子導(dǎo)電→感應(yīng)渦流渦流轉(zhuǎn)矩當(dāng)n=n0

時(shí)，渦流轉(zhuǎn)矩=0。2.磁滯轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁→被磁化→磁極轉(zhuǎn)子磁極軸線滯后于合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線3.特點(diǎn)可以運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，也可以運(yùn)行于異步轉(zhuǎn)速。自身具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁滯現(xiàn)象高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0I1→Fam→Φa→EaΦ→ER1I1U1=E0＋Ea＋E－R1I1＋U1－I1第5章同步電機(jī)的基本理論一、三相隱極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析E0EaE

高等教育出版社高等教育電子音像出版社Ea

=－j

Xa

I1E

=－j

X

I1※Xa

——電樞反應(yīng)電抗。

X——電樞漏電抗。U1=E0－(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I1※Xs=Xa＋X——同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXsI15.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社2.等效電路3.相量圖根據(jù)負(fù)載的功率因數(shù)和電路方程作相量圖。并設(shè)：

U1=U10o。+U1－R1jXsI1＋－E０U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I15.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社(c)電容性(a)電感性(b)電阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ

忽略R1時(shí)：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.10.1】

某三相同步發(fā)電機(jī)，PN=50kW，UN=400V，Y形聯(lián)結(jié)，N=0.8（電感性）。R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求空載電壓等于額定電壓，電樞電流等于額定電流，內(nèi)功率因數(shù)角Ψ=53.1o時(shí)的相電壓U1

、線電壓U1L、功率因數(shù)角和功角。解：E0=UN3=

V=231.21V4001.732I1=IN=PN3UNN=A=90.32A50×1031.732×400×0.8取參考相量：則I1=90.32

0oAE0=231.2153.1oV5.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=E0－(R1＋jXs)I1=［231.2153.1o－(0.2＋j1.2

)×90.32

0o］V

=14332.36o

V由此求得

U1=143VU1L=

3U1=1.732×143

V=247.39V=32.36o=Ψ－

=53.1o－32.36o=20.74o5.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0

I1→Fad

→Faq

→Φad

→Φaq

→Id→Iq→Ead

→EaqΦ

→ER1I1

＋U1

－I1U1=E0+Ead+Eaq+Eσ－R1I1二、三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析EEaqE0Ead高等教育出版社高等教育電子音像出版社Ead

=－jXad

IdE

=－j

XI1Eaq

=－jXaqIq※Xad

——直軸電樞反應(yīng)電抗。

Xaq

——交軸電樞反應(yīng)電抗。

Xσ——電樞漏電抗。U1=E0－jXad

Id－jXaq

Iq－jXI1－R1I1=E0－j(Xad＋X)

Id－j(Xaq＋X)

Iq－R1I15.10

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析將得高等教育出版社高等教育電子音像出版社※Xd=Xad+

Xσ

——直軸同步電抗。

Xq

=Xaq

+

Xσ

——交軸同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXd

Id－j

Xq

IqU1=E0－jXd

Id－jXq

Iq－R1I15.10

三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社2.等效電路

設(shè)：EQ

=E0－j(Xd－Xq

)IdU1=EQ－R1I1－j

Xq

I1忽略R1，則U1=EQ－j

Xq

I13.相量圖

根據(jù)電路方程和負(fù)載性質(zhì)作相量圖。

設(shè)：U1=U10oI1R1jXq+U1－＋－EQ5.10

三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)電容性(a)電感性(b)電阻性

忽略R1時(shí)U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.10

三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.10.2】

某三相同步發(fā)電機(jī)，已知U1L=11kV，Y形聯(lián)結(jié)，I1=460A，

=0.8（電感性），Xd=16Ω，Xq=8Ω，R1忽略不計(jì)。求Ψ、、E0

。解：U1=U1L3==6358.38V11×1031.732VtanΨ=U1sin

＋XqI1U1cos6358.38×0.6＋8×4606358.38×0.8=V=1.47Ψ=arctan1.47=55.84o=Ψ－

=55.84o－36.87o=18.97o

E0=U1cos＋XdId=[(6358.38×cos18.97o＋16×460×sin55.84o)]V=12103.25V5.10

三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.11

三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、功率1.輸入功率2.空載損耗3.電磁功率4.銅損耗5.輸出功率6.總損耗P1=T1ΩP0

=PFe＋Pme＋PadPe

=P1－P0PCu=3R1I12P2=Pe－Pcu=3U1I1cosPal=PFe＋PCu＋Pad＋Pme第5章同步電機(jī)的基本理論7.功率平衡方程式P1－P2=Pal高等教育出版社高等教育電子音像出版社8.效率P1P0PePCuP2=×100%

P2P1二、轉(zhuǎn)矩1.輸入轉(zhuǎn)矩2.空載轉(zhuǎn)矩3.電磁轉(zhuǎn)矩4.轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1=P1Ω0T0

=P0Ω0T

=PeΩ0T1=T+T0=P1n602=P0n602=Pen6025.11

三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.12

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、外特性當(dāng)n=nN，If、

=常數(shù)時(shí)，U1L與I1L的關(guān)系，即

U1L=f(I1L)。調(diào)節(jié)If，使I1L=IN、

=N、U1L=UN時(shí)，

If=IfN。電壓調(diào)整率：保持nN、N、IfN時(shí)，OU1LI1Lcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINVR=×100%

E0－UNPUNP第5章同步電機(jī)的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、調(diào)節(jié)特性

保持n=nN、U1L=UN、=N

時(shí)，If與I1的關(guān)系，即If=f(I1)。OIfI1cos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1三、功角特性功角特性：保持n、If、U1不變時(shí)，Pe與

的關(guān)系，即Pe=f(

)。

矩角特性：保持n、If、U1不變時(shí)，T

與

的關(guān)系，即T

=f(

)?！?/p>

上述關(guān)系與同步電動(dòng)機(jī)的關(guān)系相同。5.12

三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.13

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行

并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)(1)提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。(2)減少發(fā)電廠備用機(jī)組的容量。(3)提高電能供應(yīng)的可靠性。(4)提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。一、并聯(lián)運(yùn)行的條件相序一致、頻率相同、電壓相等。以避免電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生大的沖擊電流和在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。第5章同步電機(jī)的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社U

＋U1A

－S＋

U1B－1.電壓相等如果則U1A≠U1B△U=U1A－U1B≠02.頻率相等如果：A≠BU1AU1BAB——U=0~2U1U1AU1BU1AU1BUU1AU1BUU1AU1BU5.13

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1BUU1BVU1BW3.相序相同如果相序不同，則UU=

0UV=U1AV－U1BVUW=U1AW－U1BWU1AUU1AVU1AWUVUW二、并聯(lián)運(yùn)行的方法調(diào)節(jié)If→調(diào)節(jié)E0

；調(diào)節(jié)n→調(diào)節(jié)f

。1.理想同步法2.自同步法5.13

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行高等教育出版社高等教育電子音像出版社三、有功功率的調(diào)節(jié)

無(wú)窮大電網(wǎng)容量很大、頻率和電壓基本不受負(fù)載與其他干擾的影響，即恒頻恒壓的電網(wǎng)。1.有功功率的調(diào)節(jié)方法5.13

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)進(jìn)水量進(jìn)汽量→T1(P1)→T1＞T

+T0→n→

→T→T1

=T

+T0為止，重新在n=n0下穩(wěn)定運(yùn)行。高等教育出版社高等教育電子音像出版社2.

靜態(tài)穩(wěn)定0Pe/Tθ

90o

aa'5.13

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行高等教育出版社高等教育電子音像出版社0Pe/Tθ

90o

a'0