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1、1,第五章 同 步 电 机,5.2 同步电机的运行原理,5.3 同步发电机的运行特性,5.1 同步电机的基本知识,5.4 同步发电机的并联运行,5.5 同步电动机和同步调相机,5.6 同步发电机的不对称运行,5.7 同步电机的突然短路,2,5.1 同步电机的基本知识,1.定义： 同步电机是指电机转子的转速与磁场转速相同的交流电机。同步电机的转速为运用范围：,3,4,同步电机的用途和分类,5,2. 同步电机的分类,6,同步电机基本原理,7,同步电机基本原理,8,同步电机基本原理,9,同步电机的额定值（铭牌值）由以下几种：额定容量 或额定功率额定电压 是指同步电机在额定运行时其定子三相的线电压额定
2、电流 是指同步电机在额定运行时流过其定子绕组的线电流,同步电机的额定值,10,5.2 同步电机的运行原理（基本电磁关系）,11,同步发电机的空载运行,12,同步发电机的空载运行,13,同步发电机的空载运行,14,（1）励磁磁动势,15,（1）励磁磁动势,16,（1）励磁磁动势,17,（1）励磁磁动势,18,2.基波励磁磁动势,19,3.基波气隙磁通密度,20,3.基波气隙磁通密度,21,同步发电机的空载运行,22,同步发电机的空载运行,23,5.时空相矢量图,24,5.时空相矢量图,25,同步发电机的空载运行,26,6.空载特性,27,对称负载时的电枢反应,28,同步发电机负载时的电枢反应,2
3、9,同步发电机负载时的电枢反应,30,同步发电机负载时的电枢反应,31,电枢反应的性质,32,电枢反应的性质,33,34,35,电枢反应的性质,36,电枢反应的性质,37,电枢反应的性质,38,隐极同步发电机的时空相矢量图和相量图,39,（1）饱和时的电磁关系,40,（2）饱和时的电压方程式、相量图,41,（2）饱和时的电压方程式、相量图,42,1.考虑饱和时的情况,43,（3）饱和时的时空相矢量图,44,（1）不计饱和时的电磁关系,45,（1）不计饱和时的电磁关系,46,（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路,47,（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路,48,（2）不计饱和
4、时的电压方程式、相量图、等效电路,49,（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路,50,凸极同步发电机的双反应理论和相量图,51,凸极同步发电机的双反应理论和相量图,52,1.凸极同步发电机的双反应理论,53,1.凸极同步发电机的双反应理论,54,1.凸极同步发电机的双反应理论,55,凸极同步发电机的双反应理论和相量图,56,2.凸极同步发电机的电动势相量图,57,（2）电压方程式,58,（2）电压方程式,59,2.凸极同步发电机的电动势相量图,60,（3）电动势相量图,61,（3）电动势相量图,62,同步发电机的运行特性,63,同步发电机的空载特性、短路特性和同步电抗的测定,64,2.
5、短路特性,65,（1）三相稳态短路时的电磁关系,66,2.短路特性,67,3. 同步电抗的测定,68,3.同步电抗的测定,69,3.同步电抗的测定,70,同步发电机的零功率因素负载特性和保梯电抗的测定,71,1.零功率因素负载特性,72,1.零功率因素负载特性,73,（4）零功率因数负载特性与空载特性的关系,74,（4）零功率因数负载特性与空载特性的关系,75,1.零功率因数负载特性,76,同步发电机的电压调整特性和调整特性,77,1.外特性（电压调整特性）,78,2. 调整特性,79,同步发电机并联合闸的条件和方法,80,2.并联合闸的方法,81,2.并联合闸的方法,82,2.并联合闸的方法
6、,83,（1）暗灯法,84,（1）暗灯法,85,（1）暗灯法,86,（1）暗灯法,87,（1）暗灯法,88,2.并联合闸的方法,89,（2）灯光旋转法,90,同步发电机并联运行分析,91,1.调节励磁电流,92,同步发电机并联运行分析,93,2.调节原动机转矩,94,2.调节原动机转矩,95,（3）增大原动机的拖动转矩所引起的变化,96,（3）增大原动机的拖动转矩所引起的变化,97,2.调节原动机转矩,98,（4）稳态运行时的功率和转矩平衡方程式,99,（4）稳态运行时的功率和转矩平衡方程式,100,有功功率调节和静态稳定,101,（2）功角特性,102,（2）功角特性,103,（2）功角特性
7、,104,有功功率调节和静态稳定,105,（1）有功功率的调节,106,2.有功功率调节和静态稳定,107,（2）并联运行时的静态稳定,108,1.无功功率的调节,109,（2）如何调节无功功率,110,（2）如何调节无功功率,111,无功功率调节和V形曲线,112,2.同步发电机的V形曲线特性,113,2.同步发电机的V形曲线特性,114,同步电动机的运行分析,115,1.同步电机的可逆原理,116,同步电动机的运行分析,117,2.同步电动机的电压方程式和相量图,118,2.同步电动机的电压方程式和相量图,119,同步电动机的运行分析,120,3.同步电动机的功率和转矩平衡关系,121,同
8、步电机不对称运行,122,转换关系,123,正序阻抗及等值电路,124,负序阻抗及等值电路,125,零序阻抗及等值电路,126,6.3 同步发电机的单相稳定短路,电力系统中的短路故障分为两个阶段：突然短路； 稳态短路。 下面先讨论各种不对称运行的稳态短路。,单相接地短路,同步发电机单相接地短路如左图所示，端点方程式为,用对称分量表示并简化后得,127,复合序网,128,复合序网,129,6.4 同步发电机的两相稳定短路,同步发电机的两相短路如下图所示，令B相和C相直接短接，在分解为对称分量时，以A相的数量为准，并以 表示两相短路电流。,两相短路,由图得端点方程式,分解为对称分量并化简得,因为没
9、有中线，故短路电流中没有零序分量,130,复合序网,131,复合序网,132,7.1 同步发电机突然短路的物理过程,超导闭合线圈磁链守恒原理,无论外磁场交链线圈的磁链如何变化，由感应电流所产生磁链恰好抵消这种变化，超导闭合线圈的总磁链总是保持不变。超导闭合线圈的磁链守恒原理,133,短路电流,134,7.2 同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗,一、直轴瞬态电抗 下图为没有阻尼绕组的同步电机突然短路时（a）稳定短路（b）突然短路初瞬，电枢磁通所经过的路径。 （a） (b),突然短路的初始瞬间，由于磁链不能突变，故主磁通和励磁绕组的漏磁通均未发生变化，于是激磁电动势 也未变化，但是励磁绕组中将出现感应
10、电流，由于感应电流 所生的磁动势的抵制，瞬态时的电枢反应磁通 在通过主气隙以后，将绕道励磁绕组的漏磁磁路而闭合。,135,7.2 同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗,二、直轴超瞬态电抗 当转子上装有阻尼绕组时，电枢磁通路径如右图 所示。此时，磁路的磁阻更大了，与之相应的电抗将有更小的数值 ，称为直轴超瞬态电抗。 短路初瞬，定子绕组中的短路电流将为 所限制，在最初几个周波后，定子电流为 所限制，最后到达稳态值时，定子电流为 所限制。,136,7.2 同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗,三、 和 的表示式 同步发电机装有阻尼绕组时全部电枢磁通所经磁路的总磁导为 由于电抗和磁导成正比，则,直轴超瞬态电抗等效
11、电路图,137,7.2 同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗,如转子上没有阻尼绕组或当阻尼绕组中的感应电流衰减完毕，磁路的总磁导为 直轴瞬态电抗 的表示式为,直轴瞬态电抗等效电路图,138,7.3 三相突然短路电流,一、当 时的突然短路电流 当某相的磁链 时发生三相突然短路，该相的突然短路电流及其外包线分别如下两图所示,当 时的突然短路电流,周期性短路电流的外包线,139,衰减时间常数,超瞬态分量 ，主要与阻尼绕组非周期性电流 相对应；瞬态分量 ， 主要与励磁绕组非周期电流 相对应；稳态分量 ，与励磁电流 相对应。,阻尼绕组时间常数（阻尼绕组非周期分量，定子绕组超瞬态分量衰减）,励磁绕组时间常数（励磁绕组非周期分量中的瞬态分量，定子周期性电流的瞬态分量衰减）,定子绕组时间常数（定子上的非周期性电流，转子上励磁绕组和阻尼绕组中的周期性电流衰减）,140,各相短路电流的表示式为如引入各种电抗，则,7.3 三相突然短路电流,141,短路电流,142,143,144,同步电机,145,同步电机,146,同步电机,147,同步电机,148,同步电机,149,同步电机,150,同步电机,151,同步电机,152,同步电机,153,同步电机,154,同步电机,155,同步电机,156,同步电机,
