電機(jī)學(xué)同步電機(jī)-全套課件

第五章同步電機(jī)1編輯版ppt第五章同步電機(jī)

5.2同步電機(jī)的運(yùn)行原理

5.3同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

5.1同步電機(jī)的基本知識(shí)

5.4同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

5.5同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)2了解同步電機(jī)的用途和主要分類(lèi)熟練掌握同步電機(jī)的基本工作原理熟悉同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，熟練掌握隱極和凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)熟練掌握同步電機(jī)的額定值熟練掌握同步發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值系統(tǒng)第一節(jié)同步電機(jī)的基本知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)3

第一節(jié)同步電機(jī)的基本知識(shí)定義：

同步電機(jī)是指電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為運(yùn)用范圍：

同步電機(jī)主要用來(lái)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；同步電機(jī)也可作為電動(dòng)機(jī)應(yīng)用，用于拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，一般使用在不需要調(diào)速的低速大功率機(jī)械中；此外，同步電機(jī)還可以作為同步補(bǔ)償機(jī)，他能夠?qū)ｉT(mén)用來(lái)向電網(wǎng)輸送感性和容性無(wú)功功率。4同步電機(jī)的用途和分類(lèi)5同步電機(jī)的用途和分類(lèi)62.同步電機(jī)的分類(lèi)7同步發(fā)電機(jī)按原動(dòng)機(jī)分類(lèi)2.同步電機(jī)的分類(lèi)82.同步電機(jī)的分類(lèi)9同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)10111213同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式同步電機(jī)的定子和異步電機(jī)相同，定子鐵芯上有齒和槽，槽內(nèi)設(shè)置三相繞組。轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵(lì)磁繞組。同步電機(jī)的磁極通常裝在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組放在定子上，通常稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有凸極和隱極兩種結(jié)構(gòu)形式。用汽輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的稱(chēng)為汽輪發(fā)電機(jī)，一般采用隱極式結(jié)構(gòu)；用水輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的稱(chēng)為水輪發(fā)電機(jī)，一般采用凸極式結(jié)構(gòu)。同步電動(dòng)機(jī)、由內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)以及同步補(bǔ)償機(jī)大多做成凸極式。141516171819202122同步電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)定子同步電機(jī)的定子大體上和異步電機(jī)相同，是由鐵芯、繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子（以同步發(fā)電機(jī)為例）

1、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)一般都是二極的，同步轉(zhuǎn)速為3000或3600r/min。這是因?yàn)樘岣咿D(zhuǎn)速可以提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，減小整個(gè)機(jī)組的尺寸、降低機(jī)組的造價(jià)。轉(zhuǎn)子不能做得過(guò)大，所以汽輪發(fā)電機(jī)的直徑較小，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。汽輪發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)。

2、水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大型水輪發(fā)電機(jī)通常都是立式結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多，要求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，故其特點(diǎn)是直徑大、長(zhǎng)度短。23同步電機(jī)的額定值24同步電機(jī)的額定值（銘牌值）由以下幾種：額定容量或額定功率額定電壓是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)其定子三相的線電壓額定電流是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)流過(guò)其定子繞組的線電流同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步調(diào)相機(jī)額定容量發(fā)電機(jī)出線端的額定視在功率（VA）額定功率發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率（電功率）（W）轉(zhuǎn)軸上輸出的有效機(jī)械功率（W）發(fā)電機(jī)出線端輸出的無(wú)功功率（Var）同步電機(jī)的額定值25同步電機(jī)的額定值額定功率因數(shù)是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)。額定效率是指額定運(yùn)行時(shí)的效率。額定轉(zhuǎn)速和額定頻率是指同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速（r/min）和定子繞組中電流與電壓的工作頻率（Hz）。額定勵(lì)磁電壓和額定勵(lì)磁電流是指同步電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)加到勵(lì)磁繞組上的直流電壓和電流。發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)26同步電機(jī)的額定值27同步電機(jī)的額定值28小結(jié)29小結(jié)30第二節(jié)同步電機(jī)的運(yùn)行原理（基本電磁關(guān)系）31第二節(jié)同步電機(jī)的運(yùn)行原理（基本電磁關(guān)系）32同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須在其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入直流電流，以便建立磁場(chǎng)，這個(gè)直流稱(chēng)為勵(lì)磁電流，供給勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)稱(chēng)為勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電機(jī)的重要組成部分，勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁元件的性能對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能有重要影響。分類(lèi)，勵(lì)磁系統(tǒng)主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類(lèi)是用整流裝置將交流變成直流后供給勵(lì)磁的交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng)。33同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行34同步電機(jī)的空載運(yùn)行空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流為零，僅有由勵(lì)磁電流所建立的主極磁場(chǎng)。主極磁通分為主磁通和主極漏磁通，主磁通所經(jīng)過(guò)的路徑稱(chēng)為主磁路，包括：空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛五個(gè)部分。

主極磁通是否通過(guò)氣隙交鏈主磁通通過(guò)于定子繞住相交鏈主極漏磁通不通過(guò)僅與勵(lì)磁繞組相交鏈35同步電機(jī)的空載運(yùn)行

當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主磁場(chǎng)就在氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它“切割”對(duì)稱(chēng)的三相定子繞組后，就將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出頻率為的一組對(duì)稱(chēng)三相空載電動(dòng)勢(shì)：忽略高次諧波時(shí)，勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)的有效值為式中：為每極的主磁通量36同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行37同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行38（1）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)39（1）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)40（1）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)41定義磁極磁動(dòng)勢(shì)的基波分量振幅與實(shí)際磁動(dòng)勢(shì)最大幅值之比為，稱(chēng)為電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)波形系數(shù)，即隱極式同步電機(jī)的空載磁動(dòng)勢(shì)

隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組為分布繞組，在每極下有一個(gè)大齒和若干個(gè)小齒，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的空間分布波形為階梯波形，如下圖所示，幅值為（其中為勵(lì)磁電流，為勵(lì)磁繞組的每極匝數(shù)）

大齒42（1）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)43凸極式同步電機(jī)的空載磁動(dòng)勢(shì)

凸極同步電機(jī)的繞組式集中繞組，它所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是矩形波，幅值為，基波分量的振幅為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的波形系數(shù)442.基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)45（2）基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)46（2）基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)47（2）基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)48同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行493.基波氣隙磁通密度503.基波氣隙磁通密度51同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行524.電樞繞組的磁鏈、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)534.電樞繞組的磁鏈、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)544.電樞繞組的磁鏈、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)55同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行56畫(huà)在同一坐標(biāo)平面上的時(shí)間相量圖和空間矢量圖稱(chēng)為時(shí)空矢量圖。參考軸的選取是任意的。但一般把相繞組軸線作為空間矢量參考軸令時(shí)間相量參考軸與空間矢量參考軸重合相繞組軸線－相軸；轉(zhuǎn)子繞組軸線－直軸；與直軸正交（90度電角度）－交軸時(shí)間相量與空間矢量直軸相軸，交軸時(shí)軸575.時(shí)空相矢量圖585.時(shí)空相矢量圖595.時(shí)空相矢量圖605.時(shí)空相矢量圖61同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行626.空載特性63對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)64對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)空載：I≈0，F(xiàn)a≈0，氣隙磁場(chǎng)只由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生；負(fù)載時(shí)：I≠0，F(xiàn)a≠0，F(xiàn)a對(duì)Ff的影響稱(chēng)電樞反應(yīng)同步電機(jī)電樞磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)間的相對(duì)位置取決于負(fù)載電流的性質(zhì)。同步和空載電勢(shì)電機(jī)輸出電流之間的相角定義為內(nèi)功率因數(shù)角。時(shí)，電流滯后于；端電壓和之間的相位角稱(chēng)為外功率因數(shù)角

。

65同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)66同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)67同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)68電樞反應(yīng)的性質(zhì)69電樞反應(yīng)的性質(zhì)70電樞反應(yīng)的性質(zhì)71電樞反應(yīng)的性質(zhì)72Fa在交軸，所以稱(chēng)交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢(shì)有增磁作用因?yàn)镮、E同相，所以不發(fā)無(wú)功功率

電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）73

Fa在交軸，所以稱(chēng)交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢(shì)有增磁作用因?yàn)镮、E反相，所以不發(fā)無(wú)功功率電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）74電樞反應(yīng)的性質(zhì)75電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）

時(shí)間相量圖時(shí)空矢量圖時(shí)軸相軸交軸時(shí)軸直軸76電樞反應(yīng)的性質(zhì)77

時(shí)間相量圖時(shí)空矢量圖時(shí)軸相軸，交軸時(shí)軸直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)（內(nèi)功率因數(shù)角）78電樞反應(yīng)的性質(zhì)79電樞反應(yīng)的性質(zhì)80同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)81同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)82隱極同步發(fā)電機(jī)的時(shí)空相矢量圖和相量圖83隱極同步發(fā)電機(jī)的時(shí)空相矢量圖和相量圖84（1）飽和時(shí)的電磁關(guān)系85（1）飽和時(shí)的電磁關(guān)系861.考慮飽和時(shí)的情況87（2）飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖88（2）飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖891.考慮飽和時(shí)的情況90（3）飽和時(shí)的時(shí)空相矢量圖91（3）飽和時(shí)的時(shí)空相矢量圖92（3）考慮飽和時(shí)的時(shí)空相矢量圖93隱極同步發(fā)電機(jī)的時(shí)空相矢量圖和相量圖94（1）不計(jì)飽和時(shí)的電磁關(guān)系95（1）不計(jì)飽和時(shí)的電磁關(guān)系96（1）不計(jì)飽和時(shí)的電磁關(guān)系972.不計(jì)飽和時(shí)的情況98（2）不計(jì)飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖、等效電路99（2）不計(jì)飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖、等效電路100（2）不計(jì)飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖、等效電路101（2）不計(jì)飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖、等效電路102（2）不計(jì)飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖、等效電路103（2）不計(jì)飽和時(shí)的電壓方程式、相量圖、等效電路104凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖105凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖1061.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論1071.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論1081.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論109凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖1102.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖111（2）電壓方程式112（2）電壓方程式1132.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖114（3）電動(dòng)勢(shì)相量圖115（3）電動(dòng)勢(shì)相量圖1162.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖117凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖118凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖119凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖120凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖121凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論和相量圖122同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法123同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法124同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法125同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系和分析方法126第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性127同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性128同步發(fā)電機(jī)的空載特性、短路特性和同步電抗的測(cè)定1291.空載特性1301.空載特性1311、定義2、用途

說(shuō)明同步發(fā)電機(jī)的特性測(cè)定同步電機(jī)的參數(shù)3、短路特性

同步發(fā)電機(jī)在短路時(shí)的量相量圖。U＝0很小很小（很?。╇姍C(jī)磁路處于不飽和又，所以，短路特性為一直線（）。2.短路特性1322.短路特性133（1）三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的電磁關(guān)系1342.短路特性1353.同步電抗的測(cè)定1363.同步電抗的測(cè)定1373.同步電抗的測(cè)定1381.定義：

右圖為不同的和不同的時(shí)的負(fù)載特性，其中(1)空載特性，(2)零功率因數(shù)特性，通過(guò)零功率因數(shù)曲線和空載特性曲線可以求取飽和同步電抗及電樞電抗。4.負(fù)載特性139同步發(fā)電機(jī)的零功率因素負(fù)載特性1401.零功率因素負(fù)載特性1411.零功率因素負(fù)載特性1421.零功率因素負(fù)載特性143（4）零功率因數(shù)負(fù)載特性與空載特性的關(guān)系144（4）零功率因數(shù)負(fù)載特性與空載特性的關(guān)系1451.零功率因數(shù)負(fù)載特性146同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性和調(diào)整特性1471.外特性（電壓調(diào)整特性）1482.調(diào)整特性149同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性150同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性151第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行對(duì)供電的要求主要是：保證足夠的用電量，高的供電質(zhì)量（電壓和頻率為額定值），以及經(jīng)濟(jì)、可靠。電力系統(tǒng)中有許多發(fā)電廠并聯(lián)供電，可以合理地利用動(dòng)力資源，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有很大意義。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，是同步發(fā)電機(jī)最基本地運(yùn)行方式，研究和掌握它地運(yùn)行性能是有主要意義的。當(dāng)單臺(tái)發(fā)電機(jī)滿(mǎn)足U=const，f=const時(shí)，稱(chēng)為無(wú)窮大電網(wǎng)或無(wú)窮大母線。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行與變壓器并聯(lián)運(yùn)行的區(qū)別同步發(fā)電機(jī)變壓器初級(jí)、次級(jí)電壓必須相等，繞組阻抗決定負(fù)載電流的分配，負(fù)載電流能與容量成正比額定電壓、額定頻率相等，并聯(lián)后有共同的端電壓，空載電勢(shì)可不相同，同步電抗的數(shù)值不能決定負(fù)載電流的分配152第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行153概述154概述155概述156概述157同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)合閘的條件和方法1582.并聯(lián)合閘的方法1592.并聯(lián)合閘的方法1602.并聯(lián)合閘的方法161（1）暗燈法162（1）暗燈法163（1）暗燈法164（1）暗燈法165（1）暗燈法1662.并聯(lián)合閘的方法167（2）燈光旋轉(zhuǎn)法168同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分析169同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分析1701.調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流171同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分析1722.調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩1732.調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩174（3）增大原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩所引起的變化175（3）增大原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩所引起的變化1762.調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩177（4）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式178（4）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式179有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定1801.同步發(fā)電機(jī)的功角特性181（2）功角特性182（2）功角特性183（2）功角特性184（2）功角特性185（2）功角特性186有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定187（1）有功功率的調(diào)節(jié)1882.有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定189（2）并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定190（2）并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定191（2）并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定192