第6章同步電機(jī)的基本理論

大連理工大學(xué)電氣工程系6.7同步電動(dòng)機(jī)5.10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5.2三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5.1三相同步電機(jī)的工作原理第6

章同步電機(jī)6.2同步電機(jī)的運(yùn)行原理6.3同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性6.4同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩6.5同步電動(dòng)機(jī)的的運(yùn)行特性6.6同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)6.8同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析5.9同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩5.11同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行6.1概述電機(jī)與拖動(dòng)*5.12同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路返回主頁(yè)大連理工大學(xué)電氣工程系V1V2W2W1U1U2NS5.1三相同步電機(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=①同步電機(jī)是一種交流電機(jī)，主要作發(fā)電機(jī)使用；也可作

電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)（專門用于電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償）使用；②同步電機(jī)定義：定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)靜止和合成磁場(chǎng)恒定是

----實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的兩個(gè)前提條件。同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同。轉(zhuǎn)速

n

與定子電流頻率f

和極

對(duì)數(shù)p保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即前言：可知，同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的電頻率與極數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速與極數(shù)成反比。第六章同步電機(jī)6.1概述6.1.1

同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極式和隱極式。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來(lái)定義的。（1）凸極式：有上圖可見，轉(zhuǎn)子有明顯的突出的磁極，氣隙分

布不均勻。NS+－3~×（2）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。3~·····×××××+－NS凸極式與隱極式電機(jī)區(qū)別：對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡(jiǎn)單、勵(lì)磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。高速電機(jī)轉(zhuǎn)子是隱極式。一、隱極同步電機(jī)

隱極式電機(jī)轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布，機(jī)械強(qiáng)度高，適合于高速旋轉(zhuǎn)。用在汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)的機(jī)組中，如：火電廠等。

大型同步發(fā)電機(jī)通常用汽輪機(jī)或水輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，故前者稱為汽輪發(fā)電機(jī)，后者稱為水輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。水論發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。特點(diǎn):轉(zhuǎn)速高為保證頻率

f

=

50Hz,則發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)P少(一般為二極,2P=2)。離心力大,需細(xì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)子(隱極式)。1.定子定子鐵心定子繞組0.5mm硅鋼片疊壓而成。大型電機(jī)由扇型片拼成圓形。矩形開口槽,徑向,軸向通風(fēng)道。---三相雙層繞組,扁銅線繞制而成,采

用成型線圈。2．轉(zhuǎn)子由合金鋼鍛成,與轉(zhuǎn)軸制成一個(gè)整體,外園開

槽,大齒和小齒。勵(lì)磁繞組為同心式繞組。

采用高強(qiáng)度鋁合金槽楔,端部采用保護(hù)環(huán)固定。3.外殼---用鋼板焊接而成。4．滑環(huán)(集電環(huán))與電刷裝置。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的類型NS+隱極式返回勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝隱極同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)左江24MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在吊裝大連理工大學(xué)電氣工程系水力發(fā)電5.2三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系火力發(fā)電廠勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)5.2三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系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5.2三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系

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5.2三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)電氣工程系三相同步電機(jī)5.2三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

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更多的圖片小型同步電機(jī)

三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

更多的圖片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。6.1.2

同步電機(jī)的勵(lì)磁方式6.1.3

同步電機(jī)的冷卻方式冷卻方式有：1．空氣冷卻：

適用于容量小于50MW以下的汽輪發(fā)電機(jī)。2．氫氣冷卻：適用于內(nèi)冷式，注意防暴。3．水冷卻：

適用于內(nèi)冷式，注意泄露和堵塞。4．超導(dǎo)發(fā)電機(jī)：關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。6.1.4額定值1.額定電壓UN：線電壓的額定值。2.額定電流IN：線電流的額定值。3.額定功率PN：輸出功率的額定值。三相同步電動(dòng)機(jī)：三相同步發(fā)電機(jī)：4.額定轉(zhuǎn)速

nN

：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。5.額定頻率fN

：50Hz。6.容量：7.單位：SN:V·A，kV·A；PN:W,kW；QN:Var，kVar,MVar；6.2

同步電機(jī)的運(yùn)行原理

同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場(chǎng)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)。V1V2W2W1U1U2NS定子+Uf－If轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組6.2.1

同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵(lì)磁電流，定子電樞繞組開路，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。此時(shí)電機(jī)內(nèi)只有轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁電流單獨(dú)產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)。定子繞組感應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)E0。轉(zhuǎn)子每極磁通：Φ0

(轉(zhuǎn)子電流I→F0→Φ0）

電樞線電壓(Y形聯(lián)結(jié))：E0

=－j4.44kw1N1f1Φ0E0

的頻率：如果：f1

=50Hz，則：pn=3000r/min

電樞相電壓：U0P

=E0電樞（定子）：I1(Fam)=0空載電動(dòng)勢(shì)：E0

=

4.44kw1N1f1Φ0（定子繞組產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)）

或

主磁通：同時(shí)切割定、轉(zhuǎn)子繞組，參與能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

漏磁通：之切割定子或轉(zhuǎn)子繞組，不參與能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。電樞指的是定子繞組。6.2.2

同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)（負(fù)載運(yùn)行）

同步電機(jī)在空載時(shí)，定子繞組開路，氣隙中僅存在著轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，定子繞組中只存在恒定的電動(dòng)勢(shì)E0，保持平衡狀態(tài)。

負(fù)載以后，電機(jī)中除轉(zhuǎn)子磁勢(shì)外，也有定子三相電流產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)。空載時(shí)的平衡關(guān)系被破壞。設(shè)電機(jī)帶對(duì)稱三相負(fù)載，定子三相對(duì)稱繞組出現(xiàn)三相對(duì)稱電流。當(dāng)定子三相對(duì)稱繞組通過(guò)三相對(duì)稱電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)Fa。此磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)Ff在空間上相對(duì)靜止。于是，負(fù)載時(shí)電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場(chǎng)由Fa和Ff共同建立的。此時(shí)，盡管轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流沒有變，但氣隙磁場(chǎng)、電動(dòng)勢(shì)都發(fā)生變化。

電樞磁勢(shì)Fa的存在，將使氣隙中磁場(chǎng)的大小及位置發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱之為電樞反應(yīng)。

電樞反應(yīng)的性質(zhì)（增磁、去磁、交磁）取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff的空間相對(duì)位置，也就是勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E0和電樞電流I之間的相位差有關(guān)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（不同負(fù)載）假設(shè)：為了分析問(wèn)題方便，我們?nèi)?/p>

E0A為最大值。

(1)E0與I同相位，ψ=0時(shí)：

由于交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)的存在，合成磁動(dòng)勢(shì)的位置和幅值發(fā)生一定的變化。

此時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)起交磁作用。(2)I落后E090o，ψ=90o時(shí)：由于電樞磁動(dòng)勢(shì)方向與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的方向相反，電樞磁動(dòng)勢(shì)起去磁作用（稱直軸去磁電樞磁勢(shì)）。電樞磁動(dòng)勢(shì)的存在氣隙磁場(chǎng)的大小發(fā)生變化。(3)I超前E090o，ψ=-90o時(shí)：由于電樞磁動(dòng)勢(shì)方向與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的方向相同，電樞磁動(dòng)勢(shì)起增磁作用（稱直軸增磁電樞磁勢(shì)）。電樞磁動(dòng)勢(shì)的存在氣隙磁場(chǎng)的大小發(fā)生變化。(4)0>Ψ>-90o時(shí)：這時(shí)為了分析方便，這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)分成交軸Fq和直軸Fd兩個(gè)分量。

當(dāng)0>Ψ>-90o時(shí)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fd起增磁作用，交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fq起交磁作用。電樞磁動(dòng)勢(shì)的存在氣隙磁場(chǎng)的大小和方向發(fā)生變化。(5)90o>Ψ>0

時(shí)：這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)分成兩個(gè)分量：交軸和直軸分量。當(dāng)900〉Ψ〉0時(shí)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fd起去磁作用，交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fq起交磁作用。電樞磁動(dòng)勢(shì)的存在氣隙磁場(chǎng)的大小和方向發(fā)生變化?？傊弘姌写艅?dòng)勢(shì)Fa的存在，將使氣隙中磁場(chǎng)的大小及位置發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱之為-----電樞反應(yīng)。

1.

隱極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)特點(diǎn)

隱極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是氣隙均勻。因此，同一電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在氣隙任何位置所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)每極磁通量都是相同的，沒有必要分解。

當(dāng)磁路不飽和時(shí)（線性），可以采用疊加原理。或

當(dāng)磁路飽和時(shí)（非線性），求解磁場(chǎng)時(shí)不能采用疊加原理。求解磁動(dòng)勢(shì)時(shí)可以采用疊加原理，應(yīng)為磁動(dòng)勢(shì)不會(huì)飽和的。因此，先求解磁動(dòng)勢(shì)，后求磁通。

2.

凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論

凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是氣隙不均勻。因此，同一電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在氣隙任何位置所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)每極磁通量都是不相同的，因此采用雙反應(yīng)理論。雙反應(yīng)理論的理論基礎(chǔ)是疊加原理，磁動(dòng)勢(shì)分解為直軸分量和交軸分量，最后結(jié)果疊加。6.2.3

隱極同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行從以上分析可知，保持勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速不變的情況下，發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的各參數(shù)發(fā)生變化。

1.不考慮飽和可利用疊加原理。此時(shí)各物理量之間的電磁關(guān)系如下。定子電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：隱極電機(jī)不計(jì)飽和時(shí)的相量圖電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：漏電動(dòng)勢(shì)為：其中

Xt

是隱極電機(jī)的同步電抗。反應(yīng)電樞反應(yīng)的強(qiáng)弱。

2.考慮飽和考慮飽和后再不能用疊加原理，這時(shí)先求出合成氣隙磁動(dòng)勢(shì)，再利用磁化曲線（空載特性曲線）確定合成磁通和合成電動(dòng)勢(shì)?？蛰d時(shí)的物理過(guò)程：大連理工大學(xué)電氣工程系磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式：電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：可以改寫為：6.2.4凸極同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行與隱極同步發(fā)電機(jī)不同點(diǎn)是運(yùn)用雙反應(yīng)理論。

1.不考慮飽和凸極同步發(fā)電機(jī)不飽和運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系是：定子電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：隱極電機(jī)不計(jì)飽和時(shí)的相量圖式中其中

Xd

和是Xq是凸極電機(jī)的直軸和交軸同步電抗。

2.考慮飽和考慮飽和后再不能用疊加原理，氣隙合成磁場(chǎng)由合成電動(dòng)勢(shì)來(lái)決定，并考慮直、交磁動(dòng)勢(shì)之間的交叉保護(hù)影響。凸極同步發(fā)電機(jī)飽和運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系是：電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：6.3同步電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的開路、短路及零功率因數(shù)特性都是同步發(fā)電機(jī)的基本特性，通過(guò)它們可以求出同步電機(jī)的同步電抗及漏電抗，以確定同步發(fā)電機(jī)的其他特性。6.3.1同步電機(jī)的運(yùn)行特性1.空載特性當(dāng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行于n=n1,I=0時(shí)，即稱為空載運(yùn)行。

空載時(shí)我們通過(guò)改變勵(lì)磁電流，則氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁通及電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都會(huì)隨之發(fā)生變化。開路特性主要有兩個(gè)用處：1）開路特性可以反映出電機(jī)設(shè)計(jì)是否合理。額定電壓位于特性開始彎曲的部分。2）開路特性配合短路特性可以求出同步電抗。2.短路特性當(dāng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行與n=n1

，電樞三相繞組持續(xù)穩(wěn)態(tài)短路（即U=0）時(shí)，Ik=f(If)的特性稱為短路特性。如改變勵(lì)磁電流，三相短路電流也隨之而改變。因?yàn)閁=0，限制短路電流的只有同步電抗，由于電樞電阻遠(yuǎn)小于同步電抗，因此，短路電流是純感性，所以，電樞磁動(dòng)勢(shì)是純?nèi)ゴ诺闹陛S磁動(dòng)勢(shì)，因此電機(jī)磁路不飽和。圖中的三角形ABC是同步發(fā)電機(jī)的特性三角形，AB為等效直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，AC為對(duì)應(yīng)漏抗壓降IXσ。3.零功率因數(shù)負(fù)載特性

零功率因數(shù)特性指：在n=nN

,I=恒定值的條件下所得到的端電壓與勵(lì)磁電流的變化關(guān)系特性。

其中零功率因數(shù)最有使用價(jià)值。特性在感性負(fù)載條件下保證功率因數(shù)零cosφ=0，并保持I=IN。零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)也是一個(gè)純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動(dòng)勢(shì)。注意：空載特性與零功率因數(shù)特性之間存在一個(gè)特性三角形。4.外特性

是指n=n1、If=常數(shù)、cosφ=常條件下，端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線

U

=f(I)。負(fù)載性質(zhì)的不同，特性曲線也不同：①感性負(fù)載時(shí)：電樞反應(yīng)的去磁作用和定子漏抗壓降影響，外特性是下降的。過(guò)勵(lì)狀態(tài)。水輪機(jī)：18～30%；汽輪機(jī)：30～48%。②容性負(fù)載是：電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流的漏抗壓降使端電壓上升的。欠勵(lì)狀態(tài)。③阻性負(fù)載時(shí)：定子漏抗壓降影響，外特性也是下降的。同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整了率為：5．調(diào)整特性是指n=nN、U=常數(shù)、cosφ=常條件下，發(fā)電機(jī)負(fù)載電流變化時(shí)，要調(diào)整勵(lì)磁電流，關(guān)系曲線If=f(I)。與外特性相

反，感性負(fù)載和電阻性負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流隨負(fù)載增加而增加，特性是上升的；而容性負(fù)載時(shí)，因負(fù)載電流的助磁作用，特性會(huì)下降。6.4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)提高供電質(zhì)量,(穩(wěn)頻,穩(wěn)壓)和可靠性；(2)提高發(fā)電廠的運(yùn)行效率；(3)減少備用容量；6.4.1投入并聯(lián)的條件和方法一、投入并聯(lián)的條件同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)投入電網(wǎng)時(shí)，為了避免發(fā)生電磁沖擊和機(jī)械沖擊，要滿足以下條件：

1．發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓波形相同。2．發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)f＇與電網(wǎng)頻率f相同，f＇=f2。3．發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓幅值相同。4．發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓的相位相同。

5．發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序相同。1．波形不相同時(shí)，并聯(lián)時(shí)將在電機(jī)與電網(wǎng)之間產(chǎn)生一系列高次

諧波環(huán)流，使運(yùn)行損耗和溫升增高，效率降低。2．波形相同了，若頻率不相同，f2≠f1，此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出電壓

與電網(wǎng)電壓之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)相位差，出現(xiàn)差頻環(huán)流，在電機(jī)內(nèi)引起功率振蕩。3．頻率和波形相同，但發(fā)電機(jī)輸出電壓與電網(wǎng)電壓但幅值或相位不相等，也會(huì)在電機(jī)與電網(wǎng)間產(chǎn)生環(huán)流。特別是極性相反，即相位相差180o時(shí)合閘，沖擊電流(20～30)IN,產(chǎn)生的電磁力會(huì)損壞電機(jī)。4．相序不相同時(shí)，雖然一相滿足條件，但另外兩相之間出現(xiàn)巨大的電位差產(chǎn)生巨大的環(huán)流和極性沖擊，會(huì)損壞電機(jī)。

如果不滿足以上條件時(shí)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？判斷上述條件的方法

同步指示器。二、投入并聯(lián)的方法1．準(zhǔn)確同步法將發(fā)電機(jī)調(diào)整到符合并聯(lián)的條件后的合閘過(guò)程稱為準(zhǔn)確同步法。判斷上述條件的方法：

同步指示器燈光法

直接接法---三個(gè)燈同時(shí)熄滅時(shí)可以合閘。交叉接法---燈光不在旋轉(zhuǎn)時(shí)可以合閘。燈光法

（1）直接接法---三個(gè)燈同時(shí)熄滅時(shí)可以合閘

直接接法--按三個(gè)燈的亮、熄滅時(shí)間判斷頻率的相差程度，并在三個(gè)燈同時(shí)熄滅時(shí)的瞬間合閘。ΔUA=UA1-UA2；ΔUB=UB1-UB2；ΔUC=UC1-UC2；由于f1≠f2,所以相量1和相量2速度不相同ω1≠ω2。當(dāng)兩組相量旋轉(zhuǎn)UA1和UA2重合時(shí)，所有電壓差ΔU為零，燈Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ熄滅，這時(shí)要迅速合閘。當(dāng)兩組相量UA1和UA2不重合時(shí)，所有電壓差ΔU不為零，燈全部亮，這時(shí)不能合閘。頻率f1和f2相差越大,3個(gè)燈亮、滅速度越快。這種方法也叫燈光熄滅法。為了調(diào)節(jié)頻率要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)速度。不滿足其他條件時(shí)，3個(gè)燈始終亮。（2）交叉接法ΔUⅠ=UA1-UA2；ΔUⅡ=UB1-UC2；ΔUⅢ=UC1-UB2；如果f1≠f2時(shí),相量1和相量2速度也不相同ω1≠ω2。當(dāng)兩組相量旋轉(zhuǎn)UA1和UA2重合時(shí)，電壓差ΔUⅠ為零，燈Ⅰ滅，但ΔUⅡ、ΔUⅢ不為零，所以燈Ⅱ和Ⅲ亮；當(dāng)UB1和UC2重合時(shí)，ΔUⅡ?yàn)榱?，燈Ⅱ滅，但、ΔUⅠ和ΔUⅢ不為零，所以燈Ⅰ和Ⅲ亮；當(dāng)UC1和UB2重合時(shí)，ΔUⅢ為零，燈Ⅲ滅，但、ΔUⅠ和ΔUⅡ不為零，所以燈Ⅰ和Ⅲ亮；從以上分析可知，燈Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的光順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，所以叫燈光旋轉(zhuǎn)法，燈光不在旋轉(zhuǎn)時(shí)，燈Ⅰ滅，燈Ⅱ和Ⅲ亮?xí)r可以合閘。

燈光旋轉(zhuǎn)速度越快，說(shuō)明頻率相差越大，這時(shí)為零合閘要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果，其他條件不滿足要求時(shí)，燈全部亮，就不能合閘。準(zhǔn)確同步法的優(yōu)點(diǎn)是沒有明顯的電流沖擊，缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)間。自同步法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是有較大的電流沖擊。2．自同步法自同步法的步驟：先把勵(lì)磁繞組通過(guò)限流電阻短路，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，合上并網(wǎng)開關(guān)，并立即接入勵(lì)磁電流，這時(shí)自同步法轉(zhuǎn)子拉入同步。6.4.2功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程一、功率同步發(fā)電機(jī)帶對(duì)稱負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率P1扣除機(jī)械損耗pmec、鐵耗pFe、附加損耗pad后轉(zhuǎn)化為電磁功率Pem：P1-

(pmec+pFe+pad)=Pem式中：1.輸入功率P1=T1Ω原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率2.空載損耗p0=pFe＋pme＋pad3.電磁功率Pem

=P1－p0=mEδIcos14.銅損耗pCu=3RaI125.輸出功率P2=Pem－pcu=3U1I1cos

∑p

=pFe＋pCu＋pad＋pmec

6.總損耗7.

功率平衡方程式P1=pFe＋pCu＋pad＋pmec

－P2Pem

=mE0Icosψ對(duì)不飽和的隱極電機(jī)：對(duì)不飽和的凸極電機(jī)：Eδcosi=EQcosψ=[E0-Id(Xd-Xq)]cosψ對(duì)稱功率為：Pem=mE0Icosψ-mIdIq(Xd-Xq)P1P0PemPCuP2p0=pFe＋pme＋pad二、轉(zhuǎn)矩[P1-

(pmec+pFe+pad)]/Ω=Pem/Ω[T1-

(Tmec+TFe+Tad)]/Ω=Tem/Ω6.4.3功角特性Pem

=mE0Icosψ隱極電機(jī)電磁功率：凸極電機(jī)電磁功率：Pem=mE0Icosψ-mIdIq(Xd-Xq)從以上公式可知，同步電機(jī)電磁功率與電動(dòng)勢(shì)E0、電流I和他們之間的角度ψ有關(guān)。角度ψ的物理意義不直觀，電流I與這角度間的關(guān)系也復(fù)雜。因此推導(dǎo)出另外一個(gè)公式。凸極電機(jī)的有功功率功角特性：隱極電機(jī)的有功功率功角特性:角度θ實(shí)際上是氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子直流磁場(chǎng)之間的角度。角度θ實(shí)際上是氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子直流磁場(chǎng)之間的角度。發(fā)電機(jī)有功功率功角特性曲線隱極90o時(shí)功率最大凸極45o～90o時(shí)功率最大功率極限值(隱極)6.4.4有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定一、有功功率調(diào)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。上述分析可知，為了增加發(fā)電機(jī)的輸出的有功功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率。如果繼續(xù)增加增加原動(dòng)機(jī)輸入的功率，θ角進(jìn)一步增加，輸出電磁功率也進(jìn)一步增加。當(dāng)θ角90°時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值。如果繼續(xù)增加輸入功率θ角超過(guò)90°時(shí)，輸入、輸出功率之間的平衡關(guān)系破壞，最終失步，對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成沖擊。二、靜態(tài)穩(wěn)定0Pe/Tθ

90o

aTT1=T

+

T0a點(diǎn)：

T1

→

→T…

T1

=T

+T0為止，在b點(diǎn)重新穩(wěn)定運(yùn)行0<<M——穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。bT1'

=T'

+

T00Pe/Tθ

90o

a'a'

點(diǎn)：

T1

→→T

···T1更大于T

+T0，n再也回不到n0→失步。M<<180°——不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)6.4.5

無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V形曲線1.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)If2.調(diào)節(jié)原理

調(diào)節(jié)If時(shí)，因U1和P2不變，忽略R1和T0，則

或

或

即U1E0I1jXsI1E0'aajXsI1'I1'E0"jXsI1"I1"bb(1)正常勵(lì)磁當(dāng)If=If0時(shí)，=0，=1，Q2=0，發(fā)電機(jī)不輸出無(wú)功功率。I1與U1同相，2.欠勵(lì)磁當(dāng)If

＜If0時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電容性無(wú)功功率；

If

→Q2

。3.過(guò)勵(lì)磁當(dāng)If

＞If0時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電感性無(wú)功功率；

If

→Q2

。I1(I1')超前于U1，大連理工大學(xué)電氣工程系一、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。5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析R1I1E漏磁通E1E大連理工大學(xué)電氣工程系(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。5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1=－E0－Ea－E＋R1I1大連理工大學(xué)電氣工程系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－

+E05.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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。≈－E1（忽略R1和X）(b)電阻性U1I1－E0jXsI1R1I1θ=Ψ(c)電容性U1I1R1I1jXsI1－E0θΨ

=±5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Ψ大連理工大學(xué)電氣工程系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－E05.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析θΨΨ大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.3.1】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=220V38035.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系由此求得

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

5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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。5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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

Iq5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析E0EEadEaq大連理工大學(xué)電氣工程系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

5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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

)I15.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析－j(Xd－Xq)Id大連理工大學(xué)電氣工程系※

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－

+EQ5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系3.相量圖

設(shè)已知U1、I1、、Xd、Xq

。

取U1=U10o(1)畫I1。(2)畫R1I1

和jXq

I1。(3)畫(－EQ)

，確定(－E0)的方位。(4)由I1分解出Id

和Iq。(5)畫jXd

Id

和jXq

Iq。(6)畫(－E0)。5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系(a)電感性(b)電阻性5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0R1I1IdU1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1I1R1I1jXqI1－EQIqIdjXd

IdjXq

Iq－E0(c)電容性大連理工大學(xué)電氣工程系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5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系

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“＋”。5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Xd=E0－U1cosθIdXq=U1sinθIq－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ大連理工大學(xué)電氣工程系U1=UN3=V=3468.21V60001.732

【例5.3.2】

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=21.13o5.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系Xd=E0－U1cosθId=Ω=62.52Ω6300－3468.21×cos21.13o49.02Xq=U1sinθIq=Ω=40.82Ω3468.21×sin21.13o30.635.3三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系5.4三相同步電動(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－PCu5.4三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系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=3EQI1cosΨ5.4三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩4.空載損耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad鐵損耗機(jī)械損耗附加損耗大連理工大學(xué)電氣工程系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%

P2P15.4三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系二、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5.4三相同步電動(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大連理工大學(xué)電氣工程系5.4三相同步電動(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

大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.4.1】

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=215.14V5.4三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系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

15005.4三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系5.5三相同步電動(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大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1jXs

I1－E0θΨΨPe

=3sinθ

U1E0XsT

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※當(dāng)θ=90o時(shí):

Pe

=PeM，T

=TM5.5三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性代入Pe和T的公式，可得大連理工大學(xué)電氣工程系

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－E0θΨΨ5.5三相同步電動(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大連理工大學(xué)電氣工程系Pe代入Pe

和T的公式可得

3U1E0Xd

=sin1Xq＋

(

－

)

sin23U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin1Xq+(

－

)

sin23U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T＋T

5.5三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性大連理工大學(xué)電氣工程系

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??！郊臃至俊Pe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"5.5三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性大連理工大學(xué)電氣工程系5.6三相同步電動(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)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系可得如下關(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

XsI15.6三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1－E0θ－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"I1大連理工大學(xué)電氣工程系(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U1，5.6三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1－E0－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θI1大連理工大學(xué)電氣工程系同步電動(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=15.6三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7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)的基本理論大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7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)式大連理工大學(xué)電氣工程系*5.7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)象大連理工大學(xué)電氣工程系5.8三相同步發(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

大連理工大學(xué)電氣工程系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－jXsI15.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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

)

I15.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系(c)電容性(a)電感性(b)電阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ

忽略R1時(shí)：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.8.1】

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)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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=20.74o5.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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5.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析EEaqE0Ead大連理工大學(xué)電氣工程系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－R1I15.8三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析將得大連理工大學(xué)電氣工程系※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－R1I15.8三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系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－＋－EQ5.8三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)電容性(a)電感性(b)電阻性

忽略R1時(shí)U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.8三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系

【例5.8.2】

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=12103.25V5.8三相凸極同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析大連理工大學(xué)電氣工程系5.9三相同步發(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大連理工大學(xué)電氣工程系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=Pen6025.9三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩大連理工大學(xué)電氣工程系5.10三相同步發(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