電機學同步電機

電機學

ElectricalMachinery電氣工程及其自動化專業(yè)2012-2013學期（上）2電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第3篇同步電機7同步電機的用途和分類8同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法9同步發(fā)電機的運行特性10同步發(fā)電機的并聯運行11同步電動機12同步電機的不對稱運行3電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機7.1同步電機的用途和分類7.2同步電機的基本結構7.3同步電機的額定值4電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機同步電機的用途1、同步發(fā)電機（水輪發(fā)電機、汽輪發(fā)電機）2、同步調相機對電網的無功功率進行調節(jié)3、電動機調節(jié)勵磁改善電網的功率因素同步電機的分類1、按用途分：發(fā)電機、電動機、補償機2、按轉子分：凸式和隱極3、按勵磁方式分：電勵磁式和永勵磁電機4、電機的負載方式分：均勻負載、交變負載機沖擊負載電機5電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機–基本結構以汽輪發(fā)電機為例:定子鐵心：硅鋼片疊成。機座：鋼板焊接面成，有足夠的強度和鋼度。電樞繞組：三相對稱繞組——銅線制成定子(電樞)轉子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護環(huán)：保護勵磁繞組受離心力時不甩出勵磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵磁電流經電刷、滑環(huán)進入勵磁繞組中心環(huán)：支持護環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動轉子6電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機機械端口轉子定子繞組定子鐵心電端口ABC7電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機8電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機汽輪發(fā)電機結構1）定子鐵心9電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機10電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機11電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機水輪發(fā)電機結構(1)立式水輪發(fā)電機(2)臥式水輪發(fā)電機12電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第7章同步電機10000kW水輪機轉子13電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法8.1同步發(fā)電機的空載運行8.2同步發(fā)電機負載時的電樞反應8.3隱極同步發(fā)電機的時空矢量圖和相量圖8.4凸極同步發(fā)電機的雙反應理論8.5同步發(fā)電機的電壓調整和負載時勵磁磁

動勢的求法14電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機-空載運行空載運行電磁關系：空載特性：

同步發(fā)電機被原動機拖動到同步轉速，勵磁繞組中通入直流電流，定子繞組開路的運行稱為空載運行?？蛰d電動勢大小：15電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機-空載運行空載運行空載運行時，同步電機內僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。如圖表示一臺四極電機空載時的磁通示意圖。從圖可見，主極磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ兩部分，前者通過氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。主磁通所經過的主磁路包括空氣隙電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉子軛等五部分。16電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法空載運行當轉子以同步轉速旋轉時，主磁場將在氣隙中形成一個旋轉磁場，在定子繞組內感應出對稱三相電動勢（激磁電動勢）

空載特性是同步電機的一條基本特性。17電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法1、基波勵磁磁動勢（1）凸極同步電機最簡單的同步發(fā)電機模型定子定子繞組轉子勵磁磁動勢18電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法1、基波勵磁磁動勢（2）隱極同步電機隱極同步電機空載磁動勢-隱極式同步電機的轉子繞組為分布繞組—在每極面下有一個大齒和若干個小齒—轉子磁動勢的空間分布波形為階梯波形，幅值為19電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法2、基波勵磁磁動勢空間矢量20電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機的電磁關系和分析方法2、基波勵磁磁動勢空間矢量

當Bf1波的波幅來到某相軸左側900時，Bf1波與該相繞組交鏈的磁通量的瞬時值正好為零，這時0

在該軸線左側900。21電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應同步電機的磁場建立

1）轉子勵磁繞組的基波勵磁磁動勢

2）定子三相繞組的基波電樞磁動勢22電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別基波波形大小位置轉速轉向勵磁磁動勢正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉子位置決定由原動機的轉速決定由原動機決定電樞反應磁動勢正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由磁極對數和電流頻率決定由電流相序決定23電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應

三個角

四個軸24電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應內功率因數角00<Ψ<900

既有交軸又有直軸去磁電樞反應25電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應25內功率因數角Ψ=00

交軸電樞反應26電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應直軸去磁電樞反應

內功率因數角Ψ=90027電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應內功率因數角Ψ=-900直軸助磁電樞反應28電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應

電樞反應是同步電機在負載運行時的重要物理現象，它不僅是引起端電壓變化的主要原因，而且也是電機實現機---電能量轉換的樞紐。輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸電樞反應越強，越大，這就要求原動機輸入更大的驅動轉矩，維持電機的轉速不變。29電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應

說明發(fā)電機帶感性(或容性)無功負載時,不需要原動機增加能量.

但是直軸去磁（或助磁）電樞反應對氣隙磁場有去磁（或助磁）作用，致使電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定所需的勵磁電流也需要相應增加（或減?。?/p>

直軸電樞反應磁場與勵磁電流共同作用,在勵磁繞組上產生電磁力,但不能形成電磁轉矩.30電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應當ψ角為不同值的電樞反應

位置夾角記作電樞反應性質對電機的影響Ψ=負載性質n(f)UΨ=00q軸Ψ+900交軸波形畸變下降不變RΨ=900d軸Ψ+900直、去削弱不變下降LΨ=-900d軸Ψ+900直、助增強不變上升C00<Ψ<900d、q軸Ψ+900交、直去削弱下降下降R、L-900<Ψ<00d、q軸Ψ+900交、直助增強下降上升R、C31電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—負載時的電樞反應

一般情況下，發(fā)電機既帶有功負載，又帶感性無功負載，有功電流的變化影響發(fā)電機的轉速及頻率，無功電流的變化影響發(fā)電機的電壓。

綜上所述，交軸電樞反應的存在是實現機——電能量轉換的關鍵。

為了保持發(fā)電機的頻率和電壓的穩(wěn)定，必須隨負載變化及時調節(jié)發(fā)電機的輸入功率和勵磁電流。32電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機1、磁路飽和時

考慮磁飽和時，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時，應先求出作用在主磁路上的合成磁動勢F，然后利用電機的磁化曲線(空載曲線)求出負載時的氣隙磁通及相應的氣隙電動勢。33電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機

再從氣隙電動勢減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即或34電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機35電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機36電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機37電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機

相應的矢量圖、相量圖和F～E間的關系如圖所示。圖中既有電動勢相量，又有磁動勢矢量。故稱為電動勢—磁動勢圖。38電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機39電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機2、磁路不飽和時40電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機

在時間相位上，滯后于以90°電角度，若不計定子鐵耗,與同相位，則將滯后于以90°電角度于是亦可寫成負電抗壓降的形式，即

采用發(fā)電機慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時，電樞的電壓方程為

因為電樞反應電動勢Ea正比于電樞反應磁通Φa不計磁飽和時，Φa又正比于電樞磁動勢Fa和電樞電流I，即41電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機

式中，Xs稱為隱極同步電機的同步電抗，Xs=Xa+Xσ，它是對稱穩(wěn)態(tài)運行時表征電樞反應和電樞漏磁這兩個效應的一個綜合參數。不計飽和時，Xs是一個常值。將表達式化簡，可得42電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機隱極同步發(fā)電機的向量43電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機3、等效電路圖44電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機可以看出，隱極同步發(fā)電機的等效電路由激磁電動勢和同步阻抗Ra+jXs串聯組成，其中E0表示主磁場的作用，Xs表示電樞反應和電樞漏磁場的作用。45電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—隱極同步發(fā)電機

再從氣隙電動勢減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即或46電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機1、雙反應理論第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機48第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機48電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機49電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部50電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機不考慮磁飽和時同步發(fā)電機負載運行時電磁的關系：第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機51電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機52電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機53電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機54電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機55電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部考慮磁飽和時同步發(fā)電機負載運行時電磁的關系：氣隙合成磁場應由總的合成磁動勢來決定，采用雙反應理論分別求出交軸和直軸上的合成磁動勢，然后利亞納更空載特性曲線分別求出交、直軸的感應電勢，關系如下：第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機56電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部不考慮磁飽和時同步發(fā)電機負載運行時電磁的關系：第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機57電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第8章同步發(fā)電機—凸極同步發(fā)電機58電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部59電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第9章同步發(fā)電機的運行特性9.1同步電機的空載特性、短路特性

同步電抗的測定9.2同步發(fā)電機的零功率負載特性和保

梯電抗的測定9.3同步發(fā)電機的電壓調整特性和調整

特性60電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第9章同步發(fā)電機的運行特性空載特性：實質是電機的磁化曲線短路特性：發(fā)電機在同步轉速下，電樞線端三相穩(wěn)態(tài)短路時，電樞電流與勵磁電流的關系曲線。負載特性：轉速為同步速度，負載電流和功率因數為常值時，發(fā)電機的端電壓與勵磁電流之間的關系曲線。外特性：在n＝nN，If＝常數和cosφ＝常數時，端電壓U和負載電流I的關系曲線。調整特性：在n＝nN，U＝常數和cosφ＝常數時，勵磁電流If和負載電流I的關系。61電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第9章同步發(fā)電機的運行特性空載特性可用實驗測出，也可用磁路計算得到。（具有磁滯現象）同步發(fā)電機的空載損耗包括機械損耗pmec、定子鐵耗pFe從不同勵磁時拖動發(fā)電機所需的功率中扣除機械損耗后，得到定子鐵耗。短路運行特性：短路運行時，Ik滯后于E0

近似90電角度，交軸分量Iq=0，其電樞反應表現為純去磁作用。去磁作用減少了電機中的磁通，電機的磁通和感應電勢較小，磁路處于不飽和狀態(tài)，勵磁電勢和勵磁電流之間在數量上呈線性關系，短路電流和勵磁電流在數量也呈線性關系。短路特性就是一條通過原點的直線。短路特性：n＝nN，端電壓U=0，電樞短路電流Ik＝f（If）第9章同步發(fā)電機的運行特性Ff(If)U0Ik63電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第9章同步發(fā)電機的運行特性短路試驗時，測出的拖動同步發(fā)電機所需功率為發(fā)電機的短路損耗，包括：機械損耗、電樞繞組基本銅耗和短路雜散損耗從空載試驗算出機械損耗和鐵耗，短路試驗測出定子銅耗和負載雜散損耗。從而得到發(fā)電機的總損耗。同步發(fā)電機的效率當轉速為同步轉速、端電壓為額定電壓、功率因數為額定功率因數時，發(fā)電機的效率與輸出功率的關系曲線，稱為電機的效率特性。第9章同步發(fā)電機的運行特性64電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部同步發(fā)電機的直軸同步電抗和短路比由空載和短路特性確定Xd的不飽和值短路時，合成磁動勢很小，按線性磁路考慮。

任取一勵磁電流Ifk,在氣隙線和短路特性上查出勵磁電動勢E0’和短路電流Ik由空載和零功率因數負載特性確定Xd的飽和值電機在額定電壓下負載運行時，磁路處于飽和狀態(tài)。近似地取零功率因數負載特性上I＝IN和U＝UN運行狀態(tài)下地氣隙磁動勢作為發(fā)電機額定運行時飽和程度地依據。第9章同步發(fā)電機的運行特性65電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部IfUI=0I=INoAKLBB：電機在輸出UN時在空載特性上對應的Eδ值點；OT:該飽和度下的假想線性化空載特性電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部66第9章同步發(fā)電機的運行特性短路比在一個能產生空載電動勢E0等于額定電壓的勵磁電流If0下進行三相穩(wěn)態(tài)短路試驗，得到的穩(wěn)態(tài)短路電流Ik0與發(fā)電機的額定電流IN的比值。即：產生空載額定電壓和產生額定短路電路所需的勵磁電流之比。計及飽和影響的電機參數。IfkIf0I’f0E0’UNINIkN第9章同步發(fā)電機的運行特性電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部67零功率因數負載特性cosj=0的負載為純電感負載，即y=90度。負載特性：Ia=常數，功率因數cosj=常數時，端電壓U＝f（If）。其中當cosj=0時一條負載特性稱為零功率因數特性。第9章同步發(fā)電機的運行特性68電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部具有相同相位。寫出代數方程：磁動勢間和電動勢間的關系：69電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部

零功率因數負載特性與空載特性之間相差一個特性三角形。（由電樞電流對應的等效勵磁電流和漏抗壓降IaXσ構成其中的兩條邊）測取零功率因數負載特性時電流I為恒值，該特性三角形大小不變。D’E’反之，可以由空載特性和特性三角形求取零功率因數負載特性。

保梯（Potier)電抗：考慮轉子漏磁影響，空載特性和零功率因數負載特性間的特性三角形是逐漸變動的。在U＝UN一點上得到的特性三角形稱為保梯三角形，對應的漏抗稱為保梯漏抗。保梯（Potier)電抗第9章同步發(fā)電機的運行特性70電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部同步發(fā)電機的外特性外特性：n=n1,If=常數,cosj=常數的條件下，同步發(fā)電機作單機運行時,端電壓U隨負載電流而變化的關系,即U=f(I)曲線。第9章同步發(fā)電機的運行特性71電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部對于感性負載(j>0,y>90)，在勵磁電流不變的情況下，隨著電樞電流的增大，電樞反應的去磁作用的增強，漏抗壓降的增大，同步電機的外特性是下降的曲線。對于j<0,y<90的容性負載，電樞反應表現為增磁作用，隨著電樞電流的增大，端電壓反而增大。額定勵磁電流：調節(jié)發(fā)電機的勵磁，使其在額定負載（I＝IN，cosφ＝cosφN

）時電機端電壓為額定電壓時的勵磁電流。發(fā)電機的端電壓隨著負載電流的改變而變,保持額定運行時的勵磁電流IfN

和轉速nN

不變,將發(fā)電機的完全卸載,發(fā)電機的端電壓將由UN變化為勵磁電勢E0

，電壓變化的幅度可以用電壓調整率來表示

△U是發(fā)電機的性能指標之一，按國家標準規(guī)定應不大于40%。電壓調整率第9章同步發(fā)電機的運行特性72電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部調整特性調整特性：當n＝nN，U＝常數，cosφ＝常數時，勵磁電流If和負載電流I的關系曲線If＝f（I）。滯后超前對于感性和純電阻負載，調整特性呈上升趨勢；對于容性負載，調整特性呈下降趨勢；第9章同步發(fā)電機的運行特性73電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部74電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行10.1同步電機的并聯合閘的條件和方法10.2同步發(fā)電機的并聯分析10.3有功功率調節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定75電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行提高了供電的可靠性；提高了供電的經濟性和靈活性；提高了供電質量76電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行并聯合閘的條件:發(fā)電機和電網連接的相序應相同；發(fā)電機和電網的頻率應相同；發(fā)電機和電網的電壓波形應相同；發(fā)電機和電網電壓的大小和相位相同；Parallelconnectionoperationofsynchronousgenerator投入并聯進行的調節(jié)和操作過程稱為同步過程。同步方法：準同步法，自同步法投入并聯的方法同步：把發(fā)電機調整到完全合乎投入并聯條件再進行并聯合閘。分交叉接法和直接接法第10章同步發(fā)電機的并聯運行77電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部頻率不等時,三個燈同時呈現時亮時暗的現象;調節(jié)發(fā)電機的轉速，直到三個燈的亮度不再閃爍;調節(jié)發(fā)電機電壓的大小和相位(相位可通過調節(jié)發(fā)電機的瞬時速度來調整)，直到三個燈同時熄滅.燈光熄滅法第10章同步發(fā)電機的并聯運行78電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部交叉接法（旋轉燈光法）調節(jié)發(fā)電機的轉速調節(jié)頻率；調節(jié)發(fā)電機的勵磁調節(jié)電壓；燈光順時針或逆時針旋轉，說明發(fā)電機的輸出頻率與電網不一致。當發(fā)電機的頻率接近電網頻率時，可觀察到燈光的旋轉越來越慢，在第一對相燈全暗的瞬間合閘，將電機并入電網。依靠電機的自整步作用，將電機牽入同步。第10章同步發(fā)電機的并聯運行79電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部自整步法

在相序一致的情況下將勵磁繞組通過適當的電阻短接；用原動機把發(fā)電機拖動到接近同步速(相差2~5％)；在沒有接通勵磁電流的情況下將發(fā)電機接入電網；再接通勵磁并調節(jié)勵磁強弱，依靠定子磁場和轉子磁場之間的電磁轉矩將轉子拉入同步轉速。注意：勵磁繞組必須通過一限流電阻短接。直接開路，將在其中感應出危險的高壓；直接短路，將在定、轉子繞組間產生很大的沖擊電流。自同步法的優(yōu)點：操作簡單，方便快捷；缺點：合閘時有沖擊電流。第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部80第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部81并聯運行的調整方法1、調整勵磁電流增加無功功率2、調節(jié)原動機轉矩

（1）同步電機的電磁轉矩T

（2）轉矩平衡和功率平衡

電流與電壓同相時，＝0，cos＝1，發(fā)電機輸出有功，電流最小，“正常勵磁”。

勵磁增大，E0增大，I增大，并落后于電壓，發(fā)電機輸出滯后的無功功率；發(fā)電機處于“過勵”狀態(tài)；

勵磁減小，E0減小，I增大，但超前電壓，發(fā)電機輸出超前的無功功率；發(fā)電機處于“欠勵”狀態(tài)；

當勵磁電流減小，與垂直，＝900，達到靜態(tài)穩(wěn)定極限。調節(jié)勵磁電流的現象第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部8283勵磁電流改變時的有功功率和無功功率功角特性增大勵磁電流第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部83第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部84同步發(fā)電機由原動機拖動，從轉子軸上輸入機械功率P1，從定子輸出電功率P2。功率平衡式85電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行功率平衡式：轉矩平衡式：

當忽略電樞繞組損耗時，功角特性Pem＝f（θ）RQ第10章同步發(fā)電機的并聯運行86電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行87電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部1、是電動勢和電壓間的時間相角差2、是勵磁磁勢和合成磁勢間的空間相角差功角δ的雙重物理意義對于隱極機，Xd＝Xq＝Xt，只有基本電磁功率基本電磁功率附加電磁功率第10章同步發(fā)電機的并聯運行88電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部89電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行同步電動機的電磁轉矩：凸極機：隱極機：附加轉矩的作用

當轉子軸線與旋轉磁極的軸線重合，只有徑向磁拉力，無切向磁拉力，轉子無電磁轉矩；轉子轉過一定角度，旋轉磁場磁通力圖通過磁阻最小的路徑，氣隙磁場扭曲，旋轉磁場與轉子間除了徑向力，還有切向力，形成電磁轉矩。隱極轉子氣隙不會扭歪，所以沒有電磁轉矩。磁阻轉矩第10章同步發(fā)電機的并聯運行90電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部91電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行電動機發(fā)電機隱極機電動機發(fā)電機凸極機功角、矩角特性：

發(fā)電機狀態(tài)<0；電動機狀態(tài)>0；凸極機的電磁轉矩包含有基本分量和附加分量；92電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行有功功率調節(jié)93電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行當＝900，電磁功率和電磁轉矩達到最大值。靜態(tài)穩(wěn)定運行的條件：94電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部第10章同步發(fā)電機的并聯運行靜態(tài)穩(wěn)定的概念：

指電網或原動機方面出現某些微小擾動時，同步發(fā)電機能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來的平衡運行狀態(tài)第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部95判據：隱極發(fā)電機的判據：比整步功率(kW/rad)比整步轉矩（功率）：表示同步電機抗干擾保持穩(wěn)定運行能力的強弱。隱極機：凸極機：比整步功率第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部96過載能力：最大電磁功率與額定功率的比值。第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部97與大電網并聯運行補充說明無功功率調節(jié)和V形曲線以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機為例。電網電壓、頻率不變，發(fā)電機在理想條件下并聯合閘：合閘后，電樞電流為零，此時的勵磁電流稱為正常勵磁電流。發(fā)電機沒有有功負載，也沒有無功負載。保持原動機輸出不變，勵磁電流調大，稱為過勵磁。發(fā)電機送出滯后的無功電流，產生去磁的電樞反應．保持原動機輸出不變，勵磁電流調小，稱為欠勵磁。發(fā)電機送出超前的無功電流．產生助磁的電樞反應．第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部98

以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機為例。在原動機輸入有功功率P1，發(fā)電機輸出有功功率，且保持不變的情況下，忽略電樞繞組損耗，有當磁路不飽和，電網電壓U、同步電抗Xt不變第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部99第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部100V形曲線發(fā)電機在原動機輸入功率恒定、電網電壓恒定時，電樞電流和勵磁電流之間的關系曲線，形狀如“V”，稱V形曲線。

每一條V形曲線的最低點，表示，且全為有功電流，這些點的連線向右傾斜；表明要輸出純有功功率，必須相應增加一些勵磁電流。正常勵磁左為欠區(qū)，功率因數超前；右為過勵區(qū)，功率因數滯后；在欠勵區(qū)，勵磁電流過小，＝900對應靜態(tài)穩(wěn)定極限。不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：δ=900，連線向右傾斜;輸出功率的增大，曲線往上移。勵磁電流從零開始增大時，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小后增大。欠勵過勵滯后超前正常勵磁（電網電壓發(fā)生波動時，V型曲線如何變化？）第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部101第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部102

同步發(fā)電機在原動機輸入功率不變的情況下，調節(jié)勵磁電流可以改變功率因數；在勵磁電流不變的情況下，改變原動機輸入功率，不僅有功功率發(fā)生變化，無功功率也會發(fā)生變化。結論第10章同步發(fā)電機的并聯運行電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部103第11章同步電動機電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部10411.1同步電動機的運行分析11.2同步電動機的起動第11章同步電動機電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部1051、同步電機的可逆原理同步電機運行于發(fā)電機狀態(tài)時，如圖所示。轉子磁極軸線超前定子合成磁極軸線，δ>0，電機把機械能轉變成電能。

同步電機的運行是可逆的，既可以用作發(fā)電機，還可以用作電動機。第11章同步電動機電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部106

逐步減少發(fā)電機的輸入功率，轉子將瞬時減速，δ角減小，相應的電磁功率也減少。

當發(fā)電機的輸入功率只能滿足空載損耗時，發(fā)電機處于空載運行狀態(tài)。第11章同步電動機電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部107

繼續(xù)減少發(fā)電機的輸入功率，則δ和Pem變?yōu)樨撝怠Ｐ秳釉瓌訖C，電機從電網吸收功率滿足空載損耗，成為空轉的電動機。

電機軸上加上機械負載，負值的δ增大，由電網向電機輸入的電功率和相應的電磁功率增大，轉子磁極軸線落后定子合成磁極軸線，轉子受到驅動性質的電磁轉矩作用。第11章同步電動機電機學教案，2012，重慶郵電大學自動化學院電氣教學部108

按照發(fā)電機慣例，同步電動機可以看成是一臺輸出負的有功功率的發(fā)電機，其電動勢方程與發(fā)電機的方程相同，以隱極機為例：按照電動機慣例，把輸出負電流看成是輸入正電流即可，其電動勢方程：隱極機：凸極機：

同步電動機的功角特性與發(fā)電機的也相似，用δM=-δ代替δ即可。2、同步電動機的基本方程第11章同步電動機電機學教案，2012