電機學(xué)同步電機第六章第6講

電機學(xué)自動化學(xué)院電氣工程系羅玲324房間88431336(O)uoling@2016.11上講內(nèi)容負(fù)載特性上講內(nèi)容特性三角形三角形EAF稱為特性三角形EA---漏抗壓降A(chǔ)F---等效電樞反應(yīng)的勵磁電流D上講內(nèi)容外特性：發(fā)電機保持n=nN、If

＝C、cosφ=C，端電壓U與負(fù)載電流I的關(guān)系。

單機運行，發(fā)電機外特性與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)

上講內(nèi)容調(diào)整特性：發(fā)電機保持n=nN、U

＝C、cosφ=C，勵磁電流If與負(fù)載電流I的關(guān)系。

物理意義：維持端電壓不變，勵磁電流需隨負(fù)載電流的大小變化進行調(diào)節(jié)。上講內(nèi)容利用特性求參數(shù)（1）空載特性和零功率因數(shù)特性確定定子漏電抗和電樞反應(yīng)的等效勵磁磁動勢（2）保梯電抗（3）空載特性和短路特性確定Xd的不飽和值（4）空載特性和零功率特性確定Xd的飽和值本講內(nèi)容

電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定同步發(fā)電機的并聯(lián)運行功率平衡方程

1電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法

1.1凸極同步發(fā)電機已知參數(shù)：方法:應(yīng)用相量圖和空載特性求解求：

1電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法

1.1凸極同步發(fā)電機（1）作飽和時的相量圖

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢a.確定空載電動勢的方位，Ψ角由相量圖可知如何確定IXaq？

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢忽略交軸電樞反應(yīng)對直軸磁路飽和的影響則電動勢IXaq可以看作是電樞磁勢作用在交軸的結(jié)果考慮到交軸磁路不飽和

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢

查空載特性曲線，得AM

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢b.確定直軸電動勢

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢

如何由直軸電動勢求出空載電動勢？直軸合成磁動勢勵磁磁動勢

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢

由直軸電動勢Ed查空載特性曲線，可知直軸合成磁動勢OY=Fd′Y

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢

知道了Ψ角，可以求得等效直軸電樞磁動勢Y

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢

Y考慮到等效直軸電樞磁動勢的去磁作用

1.1凸極同步發(fā)電機（2）求對應(yīng)額定勵磁電流的空載電動勢

由勵磁磁動勢查空載特性曲線求得空載電動勢Y1.1凸極同步發(fā)電機（3）

電壓調(diào)整率額定勵磁電流

Y1.2隱極同步發(fā)電機（1）用保梯電抗代替漏電抗，畫保梯圖

已知參數(shù)：1.2隱極同步發(fā)電機（2）由氣隙電動勢查空載特性曲線求得氣隙磁動勢

1.2隱極同步發(fā)電機（3）在時空相量圖上畫出氣隙磁動勢

超前90度1.2隱極同步發(fā)電機（4）畫出折合后的電樞磁動勢

1.2隱極同步發(fā)電機（5）求出勵磁磁動勢

1.2隱極同步發(fā)電機（6）求出額定勵磁電流

2.5.2隱極同步發(fā)電機（7）由額定勵磁電流查空載特性求得空載電動勢

1.2隱極同步發(fā)電機如何求飽和電樞反應(yīng)電抗？

連接空載特性曲線的原點和對應(yīng)額定電壓的氣隙電動勢點C‘,得到線性化的空載特性曲線。1.2隱極同步發(fā)電機

求得等效電樞反應(yīng)的勵磁電流1.2隱極同步發(fā)電機

由等效電樞反應(yīng)的勵磁電流Ifa查線性化的空載特性，查得電樞反應(yīng)電動勢。例題6.2

一臺水輪發(fā)電機：已知空載特性，求額定負(fù)載時：2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)包括測量電阻的常規(guī)方法利用空載特性和理想/實測零功率因數(shù)特性利用短路特性和空載特性利用空載特性和零功率因數(shù)特性？2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

轉(zhuǎn)差法：測量（1）用原動機拖動被測同步電機接近同步轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)差率<0.01)；（2）被測同步電機勵磁繞組開路;（3）在定子側(cè)加額定頻率的相序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致的三相對稱低電壓(0.02~0.15)UN，以保證被試電機不被牽入同步，同時又不使剩磁電壓引起太大誤差為度。2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

（4）用示波器記錄定子電壓、電流和轉(zhuǎn)子勵磁繞組端電壓波形2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

（5）量出定子電壓、電流的最大、最小值2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

沒有勵磁電流，沒有勵磁電動勢，忽略電樞電阻測量原理：2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步速，電樞磁場是同步速，轉(zhuǎn)子與電樞磁場之間不是相對靜止電樞磁場軸線依次交替地與轉(zhuǎn)子直軸和交軸重合測量原理：2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

電樞磁場軸線與轉(zhuǎn)子直軸重合，電流全部為直軸分量，交軸分量為零測量原理：電樞磁場軸線與轉(zhuǎn)子交軸重合，電流全部為交軸分量，直軸分量為零2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

由于交軸電抗小于直軸電抗，與直軸重合時，電流?。慌c交軸重合時，電流大與直軸重合時，電流小，供電線路壓降小，定子端電壓最大與交軸重合時，電流大，供電線路壓降大，定子端電壓最小勵磁繞組交鏈的磁通達最大，磁通變化率為零，勵磁繞組端電壓的值為0

勵磁繞組交鏈的磁通為零，磁通變化率最大，勵磁繞組端電壓的值為最大2同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定

說明：

試驗中所加電壓很低，磁路不飽和，故轉(zhuǎn)差法測得的Xd，Xq都是不飽和值。3同步發(fā)電機的并聯(lián)運行

為什么要并聯(lián)運行？2同步發(fā)電機的并聯(lián)運行

動力資源的合理利用發(fā)電設(shè)備的運行和維護供電的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

為避免發(fā)生電磁沖擊和機械沖擊

要求：

發(fā)電機端各相電動勢的瞬時值要與電網(wǎng)端對應(yīng)相電壓的瞬時值完全一致3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(1)波形相同(2)頻率相同(3)幅值相同(4)相位相同(5)相序相同發(fā)電機端各相電動勢要與電網(wǎng)端對應(yīng)相電壓3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(1)波形不同的后果并聯(lián)后在電機與電網(wǎng)間要產(chǎn)生一系列高次諧波環(huán)流損耗增大、溫升增高、效率降低

3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(2)頻率不同的后果產(chǎn)生差頻環(huán)流，在電機內(nèi)引起功率振蕩3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(3)幅值不等的后果產(chǎn)生環(huán)流，損耗增大、溫升增加、效率降低3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(4)相位不同的后果產(chǎn)生環(huán)流，損耗增大、溫升增加、效率降低若相位相反，沖擊電流可達(20~30)IN，從而產(chǎn)生巨大的電磁力，損壞定子繞組的端部，甚至于損壞轉(zhuǎn)軸3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(5)相序不同的后果巨大的電位差產(chǎn)生的巨大環(huán)流和機械沖擊，將嚴(yán)重危害電機安全，毀壞電機。

3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的條件

(1)波形---由電機設(shè)計保證(5)相序---由安裝接線保證頻率、幅值、相位---并聯(lián)操作保證3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的方法

（1）準(zhǔn)確同步法

（2）自同步法3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的方法

3.1準(zhǔn)確同步法發(fā)電機調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后的合閘并網(wǎng)操作過程稱為準(zhǔn)確同步法如何知道發(fā)電機調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件？

3同步發(fā)電機投入并聯(lián)的方法

3.1準(zhǔn)確同步法同步指示器來判斷條件的滿足情況

最簡單的同步指示器---三組相燈

3.1準(zhǔn)確同步法

3.1.1直接接法相燈上的電壓是多少？

3.1.1直接接法

假設(shè)發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓幅值相等，頻率不等，設(shè)發(fā)電機頻率f2，電網(wǎng)頻率f1，且f2〉f1。

則：發(fā)電機電壓相對電網(wǎng)電壓以角速度ω2-ω1旋轉(zhuǎn)

3.1.1直接接法

三組相燈以頻率(f2-f1)閃爍，同亮同暗

并網(wǎng)步驟：（1）把要投入并聯(lián)運行的發(fā)電機帶動到接近同步轉(zhuǎn)速；（2）加上勵磁并調(diào)節(jié)至端電壓與電網(wǎng)電壓相等；3.1.1直接接法（3）若相序正確，則在發(fā)電機頻率與電網(wǎng)頻率不一樣時，三組相燈會同時亮、暗；（4）調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速使燈光亮、暗的頻率很低，并在三組燈全暗時刻，迅速合閘，完成并網(wǎng)操作。

（4）調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速使燈光亮、暗的頻率很低，并在三組燈全暗時刻，迅速合閘，完成并網(wǎng)操作。發(fā)電機頻率與電網(wǎng)頻率仍不相等，并網(wǎng)后能否相等？3.1.1直接接法

同步電抗遠大于電阻，環(huán)流滯后電壓差約90度，滯后發(fā)電機電壓一個角度φ發(fā)電機輸出電功率，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩呈制動性質(zhì)，使電機轉(zhuǎn)速降低3.1.1直接接法

發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低，直至嚴(yán)格同步，電壓差沒有了，環(huán)流也沒有，實現(xiàn)了電機的并網(wǎng)空載運行。3.1.1直接接法

自整步：由于頻率的不完全相等帶來的電壓差，最后使發(fā)電機頻率和電網(wǎng)頻率相等。3.1.1直接接法

3.1.2交叉接法

一組燈同相端聯(lián)接，另兩組燈交叉相端聯(lián)接，則加于各組相燈的電壓不等。3.1.2交叉接法

若頻率不相等，則三組指示燈依次亮滅，循環(huán)變化，好像燈光是旋轉(zhuǎn)的。3.1.2交叉接法

并網(wǎng)步驟：（1）根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，使燈光旋轉(zhuǎn)速度逐漸變慢；（2）最后在第Ⅰ組燈光熄滅、另兩組燈光等亮?xí)r迅速合閘，完成并網(wǎng)操作，并最終由自整步作用牽入同步運行。3.1.2交叉接法

準(zhǔn)確同步法的特點優(yōu)點：合閘時沒有明顯的沖擊電流缺點：操作復(fù)雜，費時間3.1.2交叉接法

（1）先將發(fā)電機勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路；（2）當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，合上并網(wǎng)開關(guān)，立即加入勵磁；3.2投入并聯(lián)的方法---自同步法（3）利用自整步作用實現(xiàn)同步。

特點優(yōu)點：操作簡便，不需添加復(fù)雜設(shè)備缺點：合閘及投入勵磁時，均有較大的電流沖擊3.2投入并聯(lián)的方法---自同步法4功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程

名稱符號說明輸入功率

P1

原動機輸入的機械功率機械損耗

pmec包括軸承摩擦損耗和通風(fēng)損耗，主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)附加損耗

pad難準(zhǔn)確計算，約為電機額定功率的0.5%～1%鐵耗

pFe正常運行時同步電機