电机拖动基础第4篇同步电机ppt课件

《电机拖动基础第4篇同步电机ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机拖动基础第4篇同步电机ppt课件（150页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 第四篇 同步电机第12章同步电机的根本任务原理和主要构造12.1同步电机的根本任务原理:我们有了前面对异步电动机的构造的认识，再这里我们就直接从同步电机的根本任务原理入手。n如下如下图：n感感应电势由由电势的的频率、率、电势的波形和的波形和电势的的大小三个根本要素所决大小三个根本要素所决议。12.2 同步同步电机的主要构造机的主要构造n与与感感应应电电机机一一样样，同同步步电电机机也也是是由由定定子子及及转转子子两两大大部部分分所所组组成成，定定子子上上有有三三相相交交流流绕绕组组；转转子子上上那那么么有有励励磁磁绕绕组组，通通入直流电流后，能产生磁场。入直流电流后，能产生磁场。n12.2.

2、1 12.2.1 定子：定子：n同同步步电电机机的的定定子子有有时时也也称称为为电电枢枢，由由定定子子铁铁芯芯、电电枢枢三三相相绕绕组组、机机座座和和端端盖盖等等部件所组成。部件所组成。n同步同步电机的定子机的定子铁芯是由硅芯是由硅钢片冲制后片冲制后叠装而成。当大型同步叠装而成。当大型同步电机冲片外机冲片外圆的的直径大于直径大于1m时，由于，由于资料料规范尺寸的限范尺寸的限制，必需做成制，必需做成扇形冲片，然后按扇形冲片，然后按圆周拼周拼合起来叠装而成。合起来叠装而成。n如下如下图：12.2.2转子：子：同同步步电机机的的转子子有有两两种种构构外外型型式式，即即凸凸极极式式和和隐极极式式。这是

3、是根根据据定定转子子之之间的的气气隙的分布情况来定隙的分布情况来定义的。的。见图：1凸极式：有上凸极式：有上图可可见，转子有明子有明显的突出的的突出的磁极，气隙分布不均匀。磁极，气隙分布不均匀。2隐极式：极式：转子作成子作成圆柱形，气隙均匀分布。柱形，气隙均匀分布。区区别：对于高速旋于高速旋转的同步的同步电机，在机，在转子构造子构造上，我上，我们采用采用隐极式，而极式，而对于低速旋于低速旋转的的电机，机，由于由于转子的子的圆周速度周速度较低，离心力低，离心力较小，故采小，故采用制造用制造简单、励磁、励磁绕组集中安放的凸极式构造。集中安放的凸极式构造。大型同步大型同步发电机通常用汽机通常用汽轮机

4、或水机或水轮机作机作为原原动机来拖机来拖动，故前者称，故前者称为汽汽轮发电机，后者称机，后者称为水水轮发电机。机。汽汽轮发电机：机：转速高，采用速高，采用隐极式。极式。水水论发电机：机：转速低，采用凸极式。速低，采用凸极式。n12.2.3冷却冷却问题简述述：n在中、小型在中、小型电机中，都采用空气作机中，都采用空气作为冷却介冷却介质。当当电机的容量很大机的容量很大时，电机内部的机内部的损耗及耗及发热量迅速添加，冷却量迅速添加，冷却问题显得格外重要，此得格外重要，此时必必需加需加强通通风或采用其他的冷却方式。或采用其他的冷却方式。n1在大型汽在大型汽轮发电机中，机中，为了提高其冷却效了提高其冷却

5、效率，往往用率，往往用氢气冷却，是气冷却，是氢气与空气混合后，气与空气混合后，有爆炸危有爆炸危险，必需有一套控制，必需有一套控制设备来保来保证外界外界空气不会渗入到空气不会渗入到电机内部。机内部。n目前在更大容量的目前在更大容量的发电机中，可以采用机中，可以采用导线内内部直接冷却。例如采用空心部直接冷却。例如采用空心导体如体如图，冷，冷却介却介质直接在直接在导体中流通而把体中流通而把热量量带走，走，这样能更有效地降低能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介机的温升。所采用的冷却介质普通有普通有氢气气及水等。及水等。12.3 同步同步电机的机的额定定值同步同步电机的机的额定定值有：有：1额定定电

6、压：是指在正常运：是指在正常运转时，按照制，按照制造厂的造厂的规定，定子三相定，定子三相绕组上的上的线电压。电压的的单位用位用V或或kV表示。表示。2额定定电流：流流：流过定子定子绕组的的线电流流。3额定功率：是指在正常运定功率：是指在正常运转时，电机的机的输出功率出功率。A：对于发电机而言：输出的是电功率。：对于发电机而言：输出的是电功率。B：对于电动机而言：输出的是机械功率。：对于电动机而言：输出的是机械功率。单位是单位是KW。4.相数相数m：普通：普通m=3。5.额定频率额定频率:我国额定工业频率规定我国额定工业频率规定=50Hz.n6额定转速：额定转速即为电机的同步额定转速：额定转速即

7、为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。定值。第第13章章 同步同步发电机的运机的运转原理原理13.1电枢反应同步电机在空载时，气隙中仅存在着转子磁势。负载以后，除转子磁势外，定子三相电流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种景象称之为电枢反响。电枢反响：枢反响：电枢磁枢磁动势对主极磁主极磁场的影响。的影响。电枢反响除使气隙磁枢反响除使气隙磁场发生畸生畸变，从而，从而直接关直接关联到机到机电能量能量转换外，外，还有去磁有去磁或增磁作用，或增磁作用，对同步同步电机的运机的运转性能性能产生重要的影响。生重要的影响。电枢

8、反响的性枢反响的性质取决与取决与电枢磁枢磁动势和主和主磁磁场在空在空间的相的相对位置。分析位置。分析阐明，明，这一相一相对位置与激磁位置与激磁电动势根据不同的根据不同的值，下面我，下面我们将分将分别进展分展分析。析。13.1.1 13.1.1 和和 同同相相位位=0=0时的的电枢枢反响：反响：如下如下图：n电枢磁枢磁动势与与转子磁子磁势相加后才是相加后才是气隙中的合成磁气隙中的合成磁动势。n在在这里需求留意的是：我里需求留意的是：我们习惯上称上称转子磁极子磁极轴线为直直轴，用，用d来来进展表示，而展表示，而N，S极之极之间的中的中线为交交轴，用，用q来来进展展表示。所以，由于交表示。所以，由于

9、交轴磁磁势的存在，使的存在，使合成磁合成磁势的的轴线的位置的位置产生一定的位移，生一定的位移，幅幅值发生一定的生一定的变化。化。n13.1.2滞后滞后90电角度角度=90时的的电枢反响枢反响：见相量图：见相量图：显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电枢反响是去磁效果。枢反响是去磁效果。n13.1.3 13.1.3 超超前前 9090电角角度度=-90=-90时的的电枢反响：枢反响：显然，此然，此时的的电枢反响是增磁的，所以枢反响是增磁的，所以电枢磁枢磁势称之称之为直直轴增磁增磁电枢磁枢磁势。13.1.4普通情况下普通情况下=恣意角度恣意角度时的的电

10、枢反响枢反响：在在这里要留意是里要留意是电流滞后流滞后电动势还是超前是超前电动势。1电流滞后流滞后电动势：900此此时，可以利用迭加原理，将，可以利用迭加原理，将分解成两个分解成两个分量，即分量，即与与同相分量；滞后于同相分量；滞后于90电角度分量角度分量图13-4，它，它们有如下关系：有如下关系：n产生直生直轴电枢磁枢磁势，对主磁极起去磁作主磁极起去磁作用。用。与与同相位，起交磁作用。也可以同相位，起交磁作用。也可以了解了解为电枢磁枢磁势按按角分解成作用在直角分解成作用在直轴磁路的磁磁路的磁势及作用在交及作用在交轴磁路的磁磁路的磁势n2电流超前流超前电动势：即：即0-90n从从图上可以看出：

11、上可以看出：n此此时直直轴分分量量电流流产生生的的直直轴磁磁势对主主极极磁磁势起起增增磁磁作作用用。交交轴分分量量电流流产生生的交的交轴磁磁势对主极磁主极磁势起交磁作用。起交磁作用。n综合合以以下下分分析析可可以以看看出出：当当同同步步发电机机供供应滞滞后后电流流时，电枢枢磁磁势除除了了一一部部分分产生生交交轴电枢枢反反响响外外，还有有一一部部分分产生生直直轴去去磁磁电枢枢反反响响；当当电电机机供供应超超前前电流流时，电枢枢磁磁势除除了了一一部部分分产生生交交轴电枢枢反反响响外外，还有有一一部部分分产生生直直轴增增磁磁电枢枢反反响响。这个个结论非非常常重重要要，它它对发电机性能的影响将在后面几

12、章提到。机性能的影响将在后面几章提到。 13.2 同步同步电抗的概念抗的概念 同同步步电抗抗是是同同步步电机机中中一一个个极极为重重要要的的参参数数，它它的的大大小小对同同步步电机机的的性性能能有有很很大大影影响响，因因此此在在未未详细研研讨同同步步电机机性性能能以前，先以前，先对同步同步电抗的概念作一引抗的概念作一引见。13.2.1 13.2.1 隐极同步极同步电机：机：隐极极同同步步电机机有有一一个个特特点点就就是是定定转子子之之间的的气气隙隙是是均均匀匀分分布布的的。下下面面我我们就就来来分分析他的析他的电抗。抗。知：知：其中的其中的称为电枢反响电抗。在同样大小称为电枢反响电抗。在同样大

13、小电流情况下电流情况下,假设假设越大，电枢反响电势越大，电枢反响电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此磁通很强。因此的大小可以阐明电枢的大小可以阐明电枢反响的强弱。反响的强弱。当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会交产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对应产生电动势链电枢绕组，所以对应产生电动势n所所以以在在三三相相对对称称电电流流经经过过电电枢枢绕绕组组后后，所产生的匝链定子绕组的磁通为所产生的匝链定子绕组的磁通为 n，两两者者在在电电枢枢绕绕组组中中所所产产生生的

14、的全全部部电电势为势为n式式中中 称称为为隐隐极极同同步步电电机机的的同步电抗。同步电抗。n这样同同步步发电机机在在负载下下，电枢枢反反响响磁磁通通及及漏漏磁磁通通所所产生生的的作作用用，可可以以经过同同步步电抗抗压降降的的方式来表示了。方式来表示了。n同同步步电机机在在正正常常形形状状下下任任务，磁磁路路略略呈呈饱和和。磁磁路路的的饱和和程程度度越越高高，它它的的磁磁阻阻便便越越大大，所所对应的的电抗抗便便函函越越小小。所所以以 或或 的的大大小小是是随随着磁路着磁路饱和程度的改和程度的改动而改而改动的。的。n二、凸极同步二、凸极同步电机：机： n凸凸极极同同步步电机机的的特特点点就就是是气

15、气隙隙分分布布不不均均匀匀。这样我我们就就不不能能用用分分析析隐极极式式同同样的的方方法法来来分分析析凸凸极极同同步步电机机的的电抗抗。在在凸凸极极电机机中中，极极面面下下气隙气隙较小，两极之小，两极之间气隙气隙较大。大。很很显然，由于直然，由于直轴处的气隙比交的气隙比交轴处小，小，故直故直轴磁磁导比交比交轴磁磁导大。大。这样，同，同样大大小的小的电枢磁枢磁动势作用在直作用在直轴和交和交轴上上时，所所产生的生的电枢磁枢磁场将有明将有明显的差的差别。而不。而不同的磁阻将同的磁阻将对应着不同的着不同的电抗。抗。所以，在所以，在这里，我里，我们将磁将磁动势分解成沿分解成沿直直轴和交和交轴方向的两个分

16、量。方向的两个分量。n直直轴轴电电枢枢磁磁势势固固定定地地作作用用在在直直轴轴磁磁路路上上，对对应应于于一一个个恒恒定定不不变变的的磁磁阻阻，产产生生磁磁通通。交交轴轴电电枢枢磁磁势势固固定定地地作作用用在在交交轴轴磁磁路路，也也对对应应于于一一个个恒恒定定不不变变的的磁磁阻阻，产产生生磁磁通通 。磁磁通通 与与 分分别别切切割割定定子子绕绕组组而而在在其其中中感感应应出出电电势势 及及 。由由于于交交轴轴及及直直轴轴的的磁磁阻阻都都恒恒定定不不变变，所所以以 正比于正比于 ， 正比于正比于 ，因此，因此，n和和隐隐极极电电机机一一样样，直直轴轴和和交交轴轴电电枢枢反反响响电电抗抗各各和和定定

17、子子漏漏抗抗相相加加，便便可可以以得得到到直直轴同步电抗和交轴同步电抗，即轴同步电抗和交轴同步电抗，即n留留意意：在在直直轴轴磁磁路路上上，由由于于气气隙隙小小，磁磁阻阻小小，所所以以 较较大大。在在交交轴轴磁磁路路上上，由由于于气气隙隙很很大大，磁磁阻阻大大，所所以以 较较小小。当当直直轴轴及及交交轴轴的的同同步步电电抗抗相相等等时时，就就是是隐极电机。隐极电机。13.3 隐极同步极同步发电机的机的负载运运转n13.3.1 13.3.1 负载电流流对端端电压的影响：的影响：n一一台台同同步步发电机机，坚持持励励磁磁电流流和和电机机的的转速速不不变，给发电机机带上上负载，那那么么发电机机的的端

18、端电压将将随随着着负载电流流的的变化化而而变化化。不不同同性性质负载下下，其其变化化规律律也也不不同同。在在电阻阻负载时，负载电流流增增大大端端电压下下降降；在在电感感负载时，负载电流流增增大大端端电压下下降降的的更更厉害害；在在电容容负载时，负载电流流增增大大时，端端电压不不但但不不下下降降反反而而会会上上升升。这阐明明发电机机端端电压的的变化化，不不但但与与负载电流流的的大大小小有有关关，还与与负载电流的性流的性质有关有关 。 13.3.2 13.3.2 隐极同步极同步发电机的机的电势方程式：方程式：同同步步发电机机在在对称称负载下下运运转，气气隙隙中中存存在在着着两两种种磁磁势，即即定定

19、子子上上的的电枢枢磁磁势和和转子子的的磁磁极极磁磁势。在在不不思思索索磁磁路路的的饱和和景景象象时，运运用用迭迭加加原原理理，以以为它它们各各自自独独立立地地产生生相相应磁磁通通，并并在在电枢枢绕组内内产生感生感应电势。 n将上式整理：n如下图： n在在图中中， 与与 的的夹角角用用表表示示； 与与的的夹角角用用表表示示； 与与 的的夹角角用用 表表示示。在在以以上上三三个个角角度度间存存在在有有以以下下关关系：系：n根根据据图的的相相量量关关系系，将将电压按按 角角分分解解成成 及及 后后，可可以以得得到到的的计算公式：算公式：13.4凸极同步凸极同步发电机的机的负载运运转n当凸极同步当凸极

20、同步发电机在机在对称称负载下运下运转时，气隙，气隙中也存在着两种旋中也存在着两种旋转磁磁势，即，即转子上磁极磁子上磁极磁势和定子上和定子上电枢磁枢磁势。由于凸极。由于凸极电机中，机中，转子直子直轴和交和交轴上的气隙不等，在分析上的气隙不等，在分析电枢磁枢磁势影响影响时，必需按照式前面我，必需按照式前面我们所分析的将磁所分析的将磁动势分分解成直解成直轴和交和交轴两个分量，然后和两个分量，然后和处置置隐极极电机一机一样，不，不计及磁路的及磁路的饱和景象，运用迭加原和景象，运用迭加原理以理以为它它们各自独立地各自独立地产生相生相应的磁通，并在的磁通，并在电枢枢绕组内内产生感生感应电势。 n这样，产生

21、的端电压为：这样，产生的端电压为：n整理得：整理得：n可以把漏抗压降分解成两个分量，即：可以把漏抗压降分解成两个分量，即：n这就是凸极就是凸极发电机的机的电动势平衡方程式，平衡方程式，这样我我们就可以作出相就可以作出相应的相量的相量图。但。但是很明是很明显，要做出向量，要做出向量图还缺缺和和两两个分量。也就是要知道个分量。也就是要知道与与之之间的的夹角角。因此，。因此，还需求整理，在上式的根底上，需求整理，在上式的根底上，我我们在等式的两在等式的两边都减去都减去n再加上再加上，得到，得到n这样，我，我们就可以作出相就可以作出相应的向量的向量图：n在上在上图中，将中，将电压按按角分解成角分解成及

22、及，可以求得，可以求得角的角的计算式：算式：13.5 13.5 同步同步发电机的运机的运转特性特性n同同步步发电机机的的开开路路、短短路路及及零零功功率率因因数数特特性性都都是是同同步步发电机机的的根根本本特特性性，经过它它们可可以以求求出出同同步步电机机的的同同步步电抗抗及及漏漏电抗，以确定同步抗，以确定同步发电机的其他特性。机的其他特性。n一、空一、空载特性：特性：n当当同同步步发电机机运运转于于 时，即即称称为空空载运运转。 n显然，此然，此时我我们经过改改动励磁励磁电流，那流，那么气隙中的旋么气隙中的旋转磁通及磁通及电枢枢绕组中的感中的感应电动势都会随之都会随之发生生变化。化。n1开路

23、特性：空开路特性：空载时不同励磁不同励磁电流和流和产生空生空载电势之之间的关系，的关系，n如如图所所见：n因因 正比于正比于 ，而励磁，而励磁电流又正比于励流又正比于励磁磁磁磁势，所以开路特性曲，所以开路特性曲线与与电机的磁机的磁化曲化曲线在外形上完全一在外形上完全一样。开路特性主。开路特性主要有两个用途：要有两个用途： n1 1开路特性可以反映出开路特性可以反映出电机机设计能否能否合理。好像前面所分析的情况一合理。好像前面所分析的情况一样，额定定电压应位于开路特性开位于开路特性开场弯曲的部分，弯曲的部分，例如例如图中的中的A A点，点，这样才比才比较经济合理。合理。n2 2同步同步电抗是同步

24、抗是同步电机中一个极机中一个极为重重要的参数，同步要的参数，同步电机的机的许多性能由它所多性能由它所决决议。开路特性配合短路特性可以求出。开路特性配合短路特性可以求出同步同步电抗。抗。n2.2.短路特性：短路特性：n当当同同步步发发电电机机运运转转与与 ，电电枢枢三三相相绕绕组组继继续续稳稳态态短短路路即即U=0U=0时时，称称为为短短路路运运转转。如如改改动动它它的的励励磁磁电电流流，三三相相短短路路电电流流也也随随之之而而改改动动。短短路路特特性性就就是是研研讨讨这这两两个个量量之之间间的的变变化化关关系系， 曲线。曲线。n假假设设略略去去电电枢枢电电阻阻，并并将将 代代入上式可以得到：入

25、上式可以得到：n根据上式可以画出短路运转时的相量图根据上式可以画出短路运转时的相量图见图：由于忽略了电阻效应，电枢是纯见图：由于忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势电感电路，短路电流滞后于电势9090电角电角度，所以产生的电枢反响是直轴去磁效度，所以产生的电枢反响是直轴去磁效应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。从饱和的，所以同步电抗为一个常数。从上式我们可以看出：上式我们可以看出：n 正比于正比于 ，而，而 又正比于又正比于 ，所以，所以 正比于正比于 ，因此短路特性是一条经过原，因此短路特性是一条经过原点的直线，

26、如图中直线点的直线，如图中直线2 2所示。所示。n三三相相短短路路时，由由于于 滞滞后后于于 9090电角角度度，即即=90=90，因因此此在在凸凸极极电机机中中，短短路路电流流全全是是直直轴分分量量，而而交交轴分分量量为零零。所所以以n n和和隐极极电机机一一样，凸凸极极同同步步电机机在在三三相相短短路路时，由由于于电枢枢磁磁势的的直直轴去去磁磁作作用用，使使电机机中中磁磁通通小小，磁磁路路也也不不饱和和，所所以以式上式中的式上式中的 也是一个常数。也是一个常数。 n同同步步发电机机在在三三相相稳态短短路路时，由由于于短短路路电流流所所产生生的的电枢枢磁磁势对主主磁磁极极去去磁磁，减减少少了

27、了电机机中中的的磁磁通通及及感感应电势，使使短短路路电流流不不致致过大大，所所以以稳态的的三三相相短短路路是没有危是没有危险的。的。n3.3.由开路及短路特性求取同步由开路及短路特性求取同步电抗：抗：n从特性曲从特性曲线图上我上我们可以看出：可以看出：n1 1在在不不饱和和区区间，即即当当 很很小小时，运运转于于开开路路特特性性不不饱和和部部分分直直线部部分分，那那么么 与与 之之比比求求得得的的是是同同步步电抗的不抗的不饱和和值。n2当当处于于饱和区和区间：首先从空：首先从空载特性上特性上找到找到对应于于额定定电压时的励磁的励磁电流流值，如如图中的中的，再从短路特性上找到，再从短路特性上找到

28、对应于于此励磁此励磁电流所流所产生的短路生的短路电流，流，这样饱和同步和同步电抗的近似抗的近似值为：n在凸极在凸极电机中，机中，经过开路开路实验及短路及短路实验只能求出直只能求出直轴同步同步电抗。根据抗。根据阅历公公式，可以得到交式，可以得到交轴同步同步电抗抗为：n4.4.零功率因数特性：零功率因数特性：n所所谓零零功功率率因因数数特特性性指指：在在 ， = =恒恒定定值、 =0 =0的条件下，所得到的特性。的条件下，所得到的特性。 n在在 = =定定值条条件件下下，把把电压及及励励磁磁电流流的的变化化关关系系描描画画成成曲曲线，便便得得到到零零功功率率因因数特性数特性见图。n由由于于同同步步

29、电机机是是在在电感感负载下下运运转，而而电机机本本身身的的阻阻抗抗也也是是电感感性性的的，因因此此，电势和和电流流之之间夹角角=90=90，所所以以电枢枢反反响响是是纯粹粹的的直直轴去磁效去磁效应。此。此时的相量的相量图如下如下图。n同同步步发电机机在在电感感负载下下运运转，磁磁极极磁磁势补偿了了电枢枢反反响响去去磁磁磁磁势后后，剩剩余余部部分分在在电机机气气隙隙内内产生生磁磁通通。所所以以励励磁磁电流流添添加加时，磁磁路路能能逐逐渐饱和和，电压上上升升逐逐渐缓慢慢，使使曲曲线弯弯曲曲，实践践上上，零零功功率率因因数数特特性性曲曲线的的外外形形与与开开路路特特性性曲曲线颇为类似似。下下面面研研

30、讨零零功功率率因因数数特特性性与与开开路特性之路特性之间的关系。的关系。n在上图中我们可以看出，当在上图中我们可以看出，当U=0时的情况。时的情况。在开路特性上，在开路特性上，时，时，；而在零功率因；而在零功率因数曲线上，数曲线上，时，时，。为什么在零功率因。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢？这是由于：呢？这是由于：n1零功率因数特性是在零功率因数特性是在定值条件下得定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降降，所以需求一定励磁电流，所以需求一定励磁电流，以产生，以产生电势电势来平衡此漏电抗压

31、降。来平衡此漏电抗压降。2 2零零功功率率因因数数曲曲线是是在在纯电感感负载下下得得到到的的，从从图右右以以看看出出，此此时的的电枢枢反反响响是是一一个个纯粹粹的的去去磁磁作作用用，所所以以再再需需求求一一定定的的励励磁磁电流流来来抵抵消消此此电枢枢反反响响去去磁磁作作用的影响。用的影响。 称称为特特性性三三角角形形，它它的的垂垂直直边是是定定子子漏漏抗抗压降降，程程度度边是是电枢枢反反响响去去磁磁磁磁势，这 两两 边 都都 正正 比比 于于 电 枢枢 电 流流 ， 因因 此此 在在 电 枢枢电流流一一定定时，此此特特性性三三角角形形的的大大小小不不变。所所以以当当特特性性三三角角形形的的A

32、A点点在在开开路路特特性性上上挪挪动时，C C点点的的轨迹迹就就是是零零功功率率因因数数特特性。当然也可以用作性。当然也可以用作图的方法求特性。的方法求特性。13.6 同步同步发电机的外特性和机的外特性和电压调整率整率n13.6.1 外特性：外特性：n外特性：在外特性：在n 的条件下，同步的条件下，同步发电机作机作单机运机运转，端，端电压U随随负载电流而流而变化的关系特性曲化的关系特性曲线n。显然，外特性曲然，外特性曲线和和负载的性的性质亲密密相关。如下相关。如下图：1当是感性当是感性负载时：曲：曲线1，此，此时随随着着负载电流的减少，端流的减少，端电压诼步上升。步上升。这是由于思索了是由于思

33、索了电枢反响的去磁作用的枢反响的去磁作用的影响，随着影响，随着电枢枢电流的减少，流的减少，电枢反响枢反响的去磁作用减弱，的去磁作用减弱，电机中的合成磁通添机中的合成磁通添加，所以端加，所以端电压诼渐添加。添加。2当是容性当是容性负载时：曲：曲线3，此，此时电流超前流超前电压，此，此时的的电枢反响是增磁作枢反响是增磁作用，随着用，随着电枢枢电流的添加，合成的磁通流的添加，合成的磁通在减小，所以端在减小，所以端电压下降。下降。3纯电阻阻负载：曲：曲线2。13.6.2电压调整率：定义：发电机的端电压随负载的改动而变化，变化的程度我们可以经过电压调整率 来衡量。即：空载与额定负载之间的电压调整率。当然

34、，负载是恣意负载，不仅仅指额定负载。如图，从图上我们可以看出：影响电压调整率的要素有：功率因数和同影响电压调整率的要素有：功率因数和同步电抗。普通发电机的电压调整率较大，步电抗。普通发电机的电压调整率较大，常在常在20%-40%之间。之间。第第14章章 同步同步发电机的并机的并联运运转n14.1同步同步发电机的并机的并联运运转n一、并一、并联运运转的的优点：点：n同步同步发电机在运机在运转时，总是并是并联在一同在一同的，的，n而而发电厂彼此之厂彼此之间也是并也是并联在一同以到在一同以到达达n组成成强大的大的电力系力系统，这一点不一点不难了解了解因因n为：n1提高提高电能供能供应的可靠性的可靠性

35、2、提高、提高发电厂的运厂的运转效率效率二、二、发电厂投入并厂投入并联时的理想条件：的理想条件：我我们知道由知道由发电厂消厂消费的的电能首先思索的能首先思索的就是并网运就是并网运转，然后供，然后供应各个用各个用户，那么，那么这里就存在着一个很重要的里就存在着一个很重要的问题，就是在，就是在怎怎样的条件下，的条件下，发电机才干并网运机才干并网运转？1、发电机机电压的有效的有效值U与与电网网电压 的有的有 效效值U1相等，且相位一相等，且相位一样2、发电机的机的频率率f与与电网的网的频率率f1相等相等3、发电机的相序与机的相序与电网的相序一致网的相序一致n那么，假那么，假设上述条件不上述条件不满足

36、，将会怎足，将会怎样呢？呢？n1假假设电压的有效的有效值不等：如不等：如图可可见n。在由电网在由电网A和发电机和发电机B所构成的回路中将所构成的回路中将会产生一个差额电压：会产生一个差额电压：显然，当开关显然，当开关K闭合时再整个回路中必然闭合时再整个回路中必然出现瞬态冲击电流，因此，条件出现瞬态冲击电流，因此，条件1必必需满足。需满足。2假假设频率不等：同理，在率不等：同理，在频率不相等的率不相等的情况下并网运情况下并网运转，也将会，也将会产生瞬生瞬态冲冲击电流，流，进一步延伸，当相序不同的一步延伸，当相序不同的时候，候，显见，不能，不能进展并网运展并网运转！三、三一三、三一样步步发电机的并

37、机的并联方法：方法：1直接接法灯光熄直接接法灯光熄灭法：法：如如图可可见:假设电网电压和发电机电压的大小、频率一致，并且向量A1，B1，C1和A，B，C完全重合，那么差额电压=0，显然此时灯是熄灭的，可以和闸并网。n而假而假设频率不相等率不相等时，那么两，那么两组相量以相量以不同的角速度旋不同的角速度旋转，即，即，因此存在因此存在着相着相对运运动,如下如下图。此。此时两两组相量端点相量端点的的间隔隔、n分分别表示三个灯上所接受的表示三个灯上所接受的电压、n随着两随着两组相量旋相量旋转速率不同，速率不同，的大小的大小发生改生改动，在，在02U之之间作周期作周期性性变化，所以灯化，所以灯时亮亮时暗

38、。灯光暗。灯光闪烁的的次数决次数决议于两于两组相量相量间的相的相对速率。速率。此此时可以可以调理理发电机的机的转速，使速，使发电机的机的频率接近于率接近于电网网频率。当它率。当它们非常接近，非常接近，而且两而且两组相量完全重合相量完全重合时图14-5a，表示表示=0，此，此时可以合上开关，可以合上开关，发电机并机并联到到电网上了。网上了。2灯光旋灯光旋转法：如法：如图可可见，灯，灯1的接法不的接法不变，灯2和3交叉接于发电机的端点，不难想象，灯1熄灭，而2，3同时亮堂时，应该是发电机和电网完全重合时，即同相位，同频率，同大小，可以合闸。而当频率不相等或不同相时，又是怎样的呢？A、频率不等时：即

39、发电机和电网的角速度w,w1不相等，其中，令A1，B1，C1表示电网电压，A，B，C表示发电机电压，这样如图：a)灯灯1灭，灭，2、3亮亮b)灯灯2灭，灭，1、3亮亮c)灯灯3灭，灭，2、1亮亮正由于我们所看到的是旋转的灯光因此正由于我们所看到的是旋转的灯光因此叫做灯光旋转法。这显然不是我们所希叫做灯光旋转法。这显然不是我们所希望看到的，可以经过调整发电机的转速，望看到的，可以经过调整发电机的转速，以到达改动频率的目的以到达改动频率的目的，这样，当满足要求时，可以合闸。B、相位不等时：进展并网运转时，假设我们看到的是三个灯同时明暗，那么可断定发电机和电网的相序一定不同。由于我们采用的是交叉接法

40、，假设相序是对的，应该是依次旋转的，而景象却是同时明暗，这就证明实践上是直接接法，这时只需互换发电机接到开关K上B、C两相的接法，就可以矫正相序。n总结：总结：n1、在直接接法中：频率不同时，灯光是、在直接接法中：频率不同时，灯光是同时明灭的，相位不同时，是旋转的同时明灭的，相位不同时，是旋转的n2、在交叉接法中：当频率和相位不一样、在交叉接法中：当频率和相位不一样时，灯光是依次旋转的。时，灯光是依次旋转的。3自整步自同步法：利用同步指示灯自整步自同步法：利用同步指示灯进展展并并联的方法，在的方法，在现代的代的电厂中已不再采用，而厂中已不再采用，而代之以各种半自代之以各种半自动或全自或全自动的

41、并的并车安装，不安装，不过它它们的根本功能的根本功能还是一致的。是一致的。合合闸瞬瞬间必需留意的是：励磁必需留意的是：励磁绕组必需必需经过一限一限流流电阻短接起来。由于励磁阻短接起来。由于励磁绕组假假设开路，将在开路，将在其中感其中感应出危出危险的高的高电压；励磁；励磁绕组假假设直接短直接短路，将在定、路，将在定、转子子绕组中中产生很大的冲生很大的冲击电流，流，自同步法的自同步法的优点是：操作点是：操作简单，能在，能在紧急情况急情况下将下将发电机迅速并入机迅速并入电网；缺陷是：合网；缺陷是：合闸时有冲有冲击电流。流。 14.2 隐极同步极同步发电机功率平衡方程式机功率平衡方程式和功角特性和功角

42、特性一、功率平衡方程式：一、功率平衡方程式： P1=PM+pm+pFe PM=PCU+P2由此可由此可见：P1=pm+pFe+PCU+P2在在发电机中，定子机中，定子铜耗是极小的一部分，耗是极小的一部分，为了分析了分析简单，经常忽略，因此：常忽略，因此： PM=P2=从从隐极同步极同步发电机向量机向量图可以看出：可以看出：从图得：所以有最后：可得 n由此，我们得到了隐极同步电机的功由此，我们得到了隐极同步电机的功n角特性表达式角特性表达式，即当，即当e0和和u为常数时，为常数时，电电n磁功率和功角之间的函数关系。显然，磁功率和功角之间的函数关系。显然，当当n功角功角=900时，电磁功率到达最大

43、值。时，电磁功率到达最大值。即即它正比于它正比于E0即励磁即励磁电流流,反比于同步反比于同步电抗。从功角特性可以决抗。从功角特性可以决议电磁磁转矩与功角矩与功角之之间的关系，由此可以得出相的关系，由此可以得出相应的的电磁磁转矩，矩，为式中，式中，单位是位是W；单位是位是rad/s；单位是位是Nm。n14.3 凸极同步凸极同步发电机的功角特性机的功角特性n好像好像隐极极电机功角特性推机功角特性推导方法一方法一样，可，可n以得到凸极同步以得到凸极同步发电机的功角特性。机的功角特性。假假设n略去略去电阻阻损耗，式耗，式14-4对凸极凸极电机机n也能成立。参看式也能成立。参看式13-2得得:下面，我们

44、来看一下它的向量图：下面，我们来看一下它的向量图：n从凸极发电机的相量图图从凸极发电机的相量图图14-12可以看出：可以看出：n或或n最后，可得：最后，可得： 式中式中为根本电磁功率；为根本电磁功率；为附加电为附加电磁功率磁功率显然然,此此时当功角当功角=900时,电磁功率并不磁功率并不象象隐极式一极式一样到达最大到达最大,而是提早而是提早.凸极同步凸极同步发电机的机的电磁磁转矩和矩和隐极极发电机的推机的推导方法一方法一样，在恒定，在恒定转速速1下，下，转矩和功矩和功率成正比，于是得：率成正比，于是得：式式中中为为根根本本电电磁磁转转矩矩；为为附附加加电电磁磁转转矩矩，又又称磁阻称磁阻转转矩。

45、矩。 14.4功角的物理意功角的物理意义及静及静态稳定概念定概念n一、功角的物理意义:n我们曾经知道功角和电磁功率是亲密相关n的，实践上同步发电机输出功率的大小及n稳定运转问题，都和功角是严密相连的。n知：n在这里我们忽略了，作出相应的向量图可以看出：此时，磁通此时，磁通与与之间的夹角就是之间的夹角就是E0和和U之间的夹角之间的夹角，也就是转子磁极与合，也就是转子磁极与合成磁场之间的夹角成磁场之间的夹角，由此可见，在发电，由此可见，在发电机运转时机运转时,E0永远超前于永远超前于U，也就是说，也就是说，转子磁极轴线永远超前合成磁场轴线一转子磁极轴线永远超前合成磁场轴线一个个角度。角度。二、同步

46、二、同步电机的机的稳定运定运转问题：同步同步电机能否机能否稳定运定运转，与功角的大，与功角的大小有小有亲密关系。在密关系。在这里，我里，我们先来看一下先来看一下什么是什么是电机的静机的静态稳定，定，为了分析了分析简便起便起见，略去，略去铁芯芯损耗和机械耗和机械损耗耗，这样，可得，可得P1=PM，静静态稳定：定：电机在运机在运转时，遭到外界，遭到外界的干的干扰，从而，从而导致运致运转偏离原先的偏离原先的运运转点，而当干点，而当干扰撤去后，撤去后，电机又机又能自行回到原先的点能自行回到原先的点继续任任务，就，就叫做叫做电机的静机的静态稳定。定。这样一来，一来，如下如下图：n作如下分析：作如下分析：

47、n1在在a点，点，P1=PM，即，即输入入P1和和输出出PM相相n等，等，电机机稳态运运转n2来一个干来一个干扰，假定使得，假定使得P1添加到添加到P1，n显然然电机的机的转速将增大，由于功角和速将增大，由于功角和转速速n成正比关系成正比关系变化，所以，功角也将增大，化，所以，功角也将增大，n推出推出PM也增大也增大，这样一来，我一来，我们可以看出可以看出n在在b点点电机将到达一个新的平衡点，从而机将到达一个新的平衡点，从而n继续稳定运定运转。n3由此可以推出，当功角在由此可以推出，当功角在00-900之之间变化化时，发电机有自机有自动坚持同步的才干，是持同步的才干，是发电机机稳定定 运运转区

48、域。在区域。在稳定运定运转范范围内，内，电磁功率磁功率 的改的改动只会改只会改动功角的大小，而功角的大小，而转子的子的稳 定定转速是不会改速是不会改动的，永的，永远以同步速旋以同步速旋转。 4 4而在而在90018009001800之之间，电机是不机是不稳定运定运 行的，在功角行的，在功角=900=900时，输入的机械功率到入的机械功率到 达与最大达与最大电磁功率相等，即磁功率相等，即 当功角大于900时将失去同步，失去同步后， 装在电网与间的维护开关产生动作， 将发电机从电网上拉开。 14.5 同步发电机有功功率及无功功率的调理、V形曲线 一、有功功率的一、有功功率的调理：理：知，在忽略知，

49、在忽略铜耗的前提下，耗的前提下，PM=P2=而而PM和和P1从功角特性可以看出是成正比关从功角特性可以看出是成正比关系的，所以，想要添加系的，所以，想要添加电机机输出的有功功率，出的有功功率，从功率平衡的从功率平衡的观念来看，念来看，只需添加原只需添加原动机的机的输入功率入功率P1。二、无功功率的二、无功功率的调理：理：为简便起见，在调理无功功率时，假定发为简便起见，在调理无功功率时，假定发电机输出的有功功率不变，于是：电机输出的有功功率不变，于是：由于由于m、U、Xs均是定值，所以均是定值，所以在有功功率不变的情况下调理电机的无功在有功功率不变的情况下调理电机的无功功率看图：功率看图：E0的

50、变化必需满足在的变化必需满足在CD直线，而相应直线，而相应的的Ia的变化必需在的变化必需在AB线上。线上。1当当Ia1与与U同相，即同相，即=1。此时发电。此时发电机向电网输出的全部功率都是有功功率，机向电网输出的全部功率都是有功功率，无功功率为零，此时的电枢电流为最小无功功率为零，此时的电枢电流为最小值，值，所对应的励磁电流我们叫做正常励磁电所对应的励磁电流我们叫做正常励磁电流，流，此时组成的是一个直角三角形此时组成的是一个直角三角形 2 2添加励磁添加励磁电流，那么空流，那么空载电动势E0E0相相应添加，看添加，看图可可见，电枢枢电流由流由Ia1 Ia1 ,Ia2,Ia2,电动势变化到化到

51、E02E02，此，此时整个系整个系统出出现了无功了无功电流，并且是滞后，即此流，并且是滞后，即此时发电机将向外机将向外输出滞后性的无功功率，出滞后性的无功功率，整个形状我整个形状我们称之称之为 过励。励。 3减小励磁电流，那么电动势亦减小在减小励磁电流，那么电动势亦减小在正正常励磁电流对应的情况下，由图可见，常励磁电流对应的情况下，由图可见，此时电流超前，即向外输出超前性质的无此时电流超前，即向外输出超前性质的无功功率的电流，整个形状我们称之为欠厉。功功率的电流，整个形状我们称之为欠厉。由上可见，对于无功功率的调理，可以通由上可见，对于无功功率的调理，可以通过对励磁电流的调理实现。过对励磁电流

52、的调理实现。三、同步发电机的三、同步发电机的V型曲线：型曲线：将不同励磁电流及与其对应的电枢电流画将不同励磁电流及与其对应的电枢电流画成曲线，此曲线称成曲线，此曲线称V形曲线，曲线的最低形曲线，曲线的最低点对应的是点对应的是，相当于，相当于=1的情况，此时的励磁电流为正常励磁电的情况，此时的励磁电流为正常励磁电流，假设增大那么进入过厉，输出滞后流，假设增大那么进入过厉，输出滞后的无功电流反之为欠厉，输出超前的无的无功电流反之为欠厉，输出超前的无功电流。功电流。如下图：如下图：第第15章章 三一三一样步步电动机机同步同步电动机：机：转速不随速不随负载的的变化化而改而改动15.1 同步同步电机的三

53、种运机的三种运转方式方式一、同步一、同步电机的三种运机的三种运转方式：方式：如右如右图：1转子子轴线超前定子超前定子轴线，产生的生的电磁磁转矩矩为制制动性性质显然是然是发电机。机。2转子子轴线和定子和定子轴线相重合，此相重合，此时的功的功角角为零，零，电磁磁转矩矩为0，所以，所以这是一种从是一种从发电机向机向电动机机过度的度的临界形状。界形状。3转子子轴线滞后与定子滞后与定子轴线一个功角，此一个功角，此时产生的生的电磁磁转矩矩为驱动性性质，所以我，所以我们可以断定可以断定电机机为电动机。机。 15.2同步电动机的根本方程式、相量图及功角特性同步电动机的电势平衡方程式及相量图，同步电动机的电势平

54、衡方程式及相量图，可可以以经经过过同同步步发发电电机机的的电电势势平平衡衡方方程程式式及及相相量图转化求得。量图转化求得。一、根本方程式：一、根本方程式：1、电动势：、电动势：同理可得出凸极式：同理可得出凸极式：2、相量图：相对与发电机，即可作出相应的、相量图：相对与发电机，即可作出相应的电动机的相量图。电动机的相量图。3功角特性：在同步发电机中，我们令电功角特性：在同步发电机中，我们令电流流出的方向为正方向，而在电动机中，流流出的方向为正方向，而在电动机中，实际上，我们依然可以这样，但为了大实际上，我们依然可以这样，但为了大家好了解，我们设电流流入的方向为正家好了解，我们设电流流入的方向为正

55、方向。这样，我们可以仿照同步发电机方向。这样，我们可以仿照同步发电机列出同步电动机的功角特性表达示：列出同步电动机的功角特性表达示： 即：这样，我们就可以画出凸极同步电动机的功这样，我们就可以画出凸极同步电动机的功角特性曲线。为了构造上的简单，在某些小角特性曲线。为了构造上的简单，在某些小容量同步电动机的转子上不安放直流励磁绕容量同步电动机的转子上不安放直流励磁绕组，因此转子就不能产生磁场，感应电势组，因此转子就不能产生磁场，感应电势，此时电动机的电磁功率并不为零，此时电动机的电磁功率并不为零，仍有仍有有了电磁功率就有电磁转矩，因此转子没有励磁有了电磁功率就有电磁转矩，因此转子没有励磁的凸极同

56、步电动机也能旋转。的凸极同步电动机也能旋转。15.3同步同步电动机无功功率的机无功功率的调理理一、无功功率的一、无功功率的调理：理：同步同步电动机的功率因数是超前机的功率因数是超前还是滞后，和是滞后，和发电机一机一样决决议于励磁形状。于励磁形状。先看一下同先看一下同步步电动机的机的V型曲型曲线，留意到：，留意到：1过励励时，电动机从机从电网中吸入超前的无网中吸入超前的无功功电流，流，2欠励欠励时，从，从电网中吸入滞后的无功功率网中吸入滞后的无功功率电流，流，显然，然，电动机的功率因数是可以机的功率因数是可以经过改改动励磁励磁电流来流来进展展调理的。理的。我我们知道，感知道，感应电动机必需从机必

57、需从电网吸收激磁网吸收激磁电流来建立磁流来建立磁场，所以，所以现代代电网的功率因数网的功率因数经常是滞后性的。而同步常是滞后性的。而同步电动机在机在过励励时，可以从可以从电网吸入超前网吸入超前电流。因此，如将同步流。因此，如将同步电动机在机在过励形状下和感励形状下和感应电动机接在同一机接在同一电网上，便可以使供网上，便可以使供电系系统的功率因数提高。的功率因数提高。同步同步电动机可以改善机可以改善电网的功率因数，网的功率因数，这是是它最可它最可贵的的优点。点。15.4 同步电动机的起动一、异步起一、异步起动方法：方法：同步同步电动机的起机的起动不同于异步不同于异步电动机的机的启启动方式，它有非

58、常特殊的地方，如下方式，它有非常特殊的地方，如下图： 即：转子绕组参与直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。当在定子绕组中能入三相交流电以后，在气隙中那么产生旋转磁场。定、转子磁场之间存在有相对运动，转子上的平均转矩为零，所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时，我们经常采用的是异步起动方法。异步启异步启动法：在磁极外表上装法：在磁极外表上装设有有类似感似感应电机机笼型型导条的短路条的短路绕组，称，称为起起动绕组。在起在起动时，电压施加于定子施加于定子绕组，在气隙，在气隙中中产生旋生旋转磁磁场，好像感，好像感应电机任机任务原理原理一一样，这个旋个旋转磁磁场将在将在转子上的起子

59、上的起动绕组中感中感应电波波经电流和旋流和旋转磁磁场相互作用相互作用产生生转矩，所以同步矩，所以同步电机按照感机按照感应电机原机原理理转动起来。待速度上升到接近同步起来。待速度上升到接近同步转速速时，再，再给予直流励磁，予直流励磁，产生生转子磁子磁场，此，此时它和定子磁它和定子磁场间得到得到转速已非常接近，速已非常接近，依托依托这两个磁两个磁场间相互吸引力，把相互吸引力，把转子拉子拉入同步速一同旋入同步速一同旋转。所以同步。所以同步电动机机的起的起动过程可以分程可以分为两个两个阶段：段：1 1首先按感首先按感应电机方式起机方式起动，使，使转子子转速接近速接近同步速；同步速；2 2加直流励磁，使

60、加直流励磁，使转子拉入同步。子拉入同步。 由于磁阻由于磁阻转矩的影响，凸极式同步矩的影响，凸极式同步电动机很机很 容易拉容易拉 入同步。甚至在未加励磁的情况下，入同步。甚至在未加励磁的情况下， 有有时转子也能拉入同步。因此，子也能拉入同步。因此，为了改善起了改善起 动性能，同步性能，同步电动机机绝大多数采用凸极式大多数采用凸极式结 构。构。留意：当同步留意：当同步电动机按感机按感应电机方式起机方式起 动时，励磁，励磁绕组绝对不能开路不能开路 ！ 必需短路必需短路 ！第第16章章 同步同步发电机的不机的不对称称运运转和忽然短路和忽然短路在之前的分析中，我们针对的都是稳态系统，其实这是一种理想化的

61、假设，真正的电网运转实践上存在着许多非稳态景象，如系统内接较大的单相负载，或由于雷击、短路等事故，都可以使电机在不对称形状下运转，这将是我们这一章的主要内容。16.1 同步发电机不对称运转的分析方法研研讨讨电电机机不不对对称称运运转转最最有有效效的的方方法法是是对对称称分分量量法法，这这在在讲讲变变压压器器的的时时候候我我们们曾曾经经讲讲过过，下下面面，我我们把这种方法运用到电机中来。们把这种方法运用到电机中来。对对称称分分量量法法：即即把把不不对对称称的的三三相相电电压压、电电流流分分解解成成正正序序、负负序序和和零零序序，分分别别研研讨讨它它们们的的效效果果，然然后后迭迭加加起起来来而而得

62、得到到最最后后结结果果。严严重重的的不不对对称称会会使使转转子子发发热热，甚甚至至烧烧环环。因因此此对对不不对对称称运运转转方式的研讨，有着现实意义。方式的研讨，有着现实意义。好好像像变变压压器器一一样样，要要利利用用对对称称分分量量法法来来分分析析同同步步电电机机的的不不对对称称运运转转形形状状，首首先先必必需需了了解解同同步步电机在正序、负序及零序时的参数。电机在正序、负序及零序时的参数。 一、正序电抗X+：转子直流励磁的磁通在定子绕组所产生的感应电势的相序，定为正序。当定子绕组中三相电流的相序与一致时，就是正序电流。正序电流流过定子绕组时所对应的电抗，就是正序电抗，在数值上，研讨不对称问

63、题时，由于电枢电阻远小于电抗，故短路电流中的正序分量和直轴电抗根本相当，即：=二、负序电抗X-： 负序电流流过定子绕组所对应的电抗就是负序电抗。由于负序电流所产生的旋转磁场与转子转向相反，负序磁场将以两倍同步转速切割转子上的一切绕组在正常运转时，这些绕组都是自成闭路的，因此产生两倍频率的电流，这就相当于感应电机运转于转差率时的制动形状，所以同步电机负序形状下的等效电路与感应电机等效电路极为类似。 如下图：如下图：根据16-2图，可以求出直轴与交轴的负序电抗： n负序电抗的平均值为：负序电抗的平均值为：nn其中，其中，Xd，Xq称为直轴和交轴的超瞬态电称为直轴和交轴的超瞬态电抗。抗。n三、零序电

64、抗三、零序电抗X0：n零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电抗。如下图零序电抗。如下图：由于零序电流在时间也是一样相位、振幅由于零序电流在时间也是一样相位、振幅相等，因此，当零序电流流过三相绕组时，相等，因此，当零序电流流过三相绕组时，各相所建立得到磁势在时间上也是相位各相所建立得到磁势在时间上也是相位一样、振幅相等的。零序电流在气隙中不一样、振幅相等的。零序电流在气隙中不能建立基波磁势及磁场。零序电流经过三能建立基波磁势及磁场。零序电流经过三相绕组时，只产生漏磁通，因此零序电抗相绕组时，只产生漏磁通，因此零序电抗的大小大体上等于定子绕组的漏电抗，即

65、的大小大体上等于定子绕组的漏电抗，即16.2同步同步发电机的机的稳态单相短相短路路一、同步发电机的稳态单相短路：一、同步发电机的稳态单相短路：在这里，我们经过一个详细的例子来看一在这里，我们经过一个详细的例子来看一下同步电机的不对称运转。下同步电机的不对称运转。如下图：假定如下图：假定A相发生短路，相发生短路，表示短表示短路电流，根据图所示的端点情况，可得，路电流，根据图所示的端点情况，可得，将短路电流分解为对称分量时，得将短路电流分解为对称分量时，得由电压关系式，有：由电压关系式，有： 为满足上式中的各序电压之和为零这一为满足上式中的各序电压之和为零这一条件，等效电路在串联之后要短接，又条件

66、，等效电路在串联之后要短接，又由于正序、负序、零序电流分量均构成由于正序、负序、零序电流分量均构成各自独立的对称系统，它们流经电枢绕各自独立的对称系统，它们流经电枢绕组时，各自产生相应的正序、负序及零组时，各自产生相应的正序、负序及零序电抗压降，而转子上仅有正序旋转磁序电抗压降，而转子上仅有正序旋转磁场，故每相感应电势中只需正序分量，场，故每相感应电势中只需正序分量，负序及零序的感应电势为零。假设略去负序及零序的感应电势为零。假设略去电阻压降，便得到正序、负序及零序电电阻压降，便得到正序、负序及零序电势平衡方程式势平衡方程式 ：经过化简，可解得短路电流：n以上分析的是短路以上分析的是短路电流的

67、基波。流的基波。n由于由于负序序电抗及零序抗及零序电抗比正序抗比正序电抗小抗小n得多，故得多，故单相短路相短路电流流远较三相短路三相短路电流流n为大，近似是三相短路大，近似是三相短路电流的三倍，流的三倍，单相相n负载的分析方法与的分析方法与单相短路相短路类似。似。同同步步发电机机不不对称称运运转的的主主要要危危害害是是在在定定子子中中产生生了了三三相相负序序电流流，此此负序序电流流在在电机机气气隙隙中中将将建建立立反反向向旋旋转磁磁场，以以两两倍倍同同步步速速切切割割转子子上上的的一一切切金金属属部部件件，并并在在其其中中产生生电势及及电流流，增增中中转子子的的损耗耗及及发热，影响，影响发电机

68、的正常运机的正常运转。16.3 16.3 同步发电机三相忽然短同步发电机三相忽然短路的物理过程路的物理过程n前面我们对单相短路的情况进展了分析，前面我们对单相短路的情况进展了分析，n在这一节里我们来看一下假设三相短路将在这一节里我们来看一下假设三相短路将n会是怎样的。为了分析问题的简便，我们会是怎样的。为了分析问题的简便，我们n在这个地方首先来了解一下有关超导体回在这个地方首先来了解一下有关超导体回n路磁链不变的概念。路磁链不变的概念。n一、超导体回路磁链不变的概念：一、超导体回路磁链不变的概念：n超导体回路：指电阻为零的一个闭合线圈。超导体回路：指电阻为零的一个闭合线圈。n如如a)图所示：图

69、所示：假设将一个永久磁铁移近该线圈，由于改动了假设将一个永久磁铁移近该线圈，由于改动了该闭合线圈的磁链，在线圈中将感应出电势，该闭合线圈的磁链，在线圈中将感应出电势，外磁场对超导回路的磁链。在此电势作用外磁场对超导回路的磁链。在此电势作用下，下，在线圈中产生电流在线圈中产生电流i，由电流产生磁链，并产生，由电流产生磁链，并产生自感电势自感电势。于是。于是即即 显然，由此，我们可以看出，不论在什么情况下，交链超导体回路的磁链不变。二、发电机三相忽然短路的物理过程：如图：当满足a图，发生短路时在这里，A相绕组用一个等效线圈AX来代表；转子上的励磁绕组F及阻尼绕组Z，各用短道路圈来代表，并假定这些绕

70、组都是超导回路。可以看出，此时，=0，=,由于主磁场随着转子是以同步转速旋转，因此我们可以从b图看出，当磁场沿着正向转过900,此时，A相绕组所交链的主磁通为最大值。由于闭合的A相绕组有坚持磁链不变的特性即=0，所以在A相绕组中将感应出电流，由电流产生的电枢反响磁通经过空气隙进入转子及定子漏磁通之和应与大小相等方向相反，即有要要经过转子子回回路路，去去交交链转子子上上的的励励磁磁绕组和和阻阻尼尼绕组。但但是是转子子上上的的闭合合绕组都都要要坚持持它它们所所交交链的的磁磁链不不变，因因此此在在励励磁磁绕组及及阻阻尼尼绕组中中将将感感应电流流。此此感感应电流流企企图阻阻止止电枢枢反反响响磁磁通通进

71、入入转子子，所所以以只只能能沿沿着着励励磁磁绕组及及阻阻尼尼绕组的的漏漏磁磁路路而而构构成成闭合合回回路路，如如图b所示。所示。这条磁路的主要组成部分是空气，磁阻这条磁路的主要组成部分是空气，磁阻很很大大，定定子子绕绕组组要要产产生生一一定定的的电电枢枢反反响响磁磁通通，就就需需求求有有很很大大的的定定子子电电流流，所所以以瞬瞬态态短短路路电电流流要要比比稳稳态态短短路路电电流流大大得得多多。随随着着转转子子旋旋转转，主主磁磁场场对对定定子子绕绕组组作作正正弦弦变变化化，所所以以定定子子绕绕组组中中产产生生正正弦弦变变化化的交流电流。的交流电流。 16.4 忽然短路忽然短路时的的电抗抗 我我们

72、曾曾经知道在知道在电机机发生忽然短路生忽然短路时的瞬的瞬间，会会产生一个很大的冲生一个很大的冲击电流，我流，我们叫做超瞬叫做超瞬态短路短路电流，而相流，而相应的在此的在此电流流流流过的途径的途径会会对应产生相生相应的的电抗，知抗，知: : X= , = N/ = N2 X= , = N/ = N2 从从电路的角度来看，同步路的角度来看，同步电机短路机短路电流的流的 大小决大小决议于于电路的参数，即同步路的参数，即同步电机机电抗抗 的大小。的大小。电抗的大小是由磁路形状来决抗的大小是由磁路形状来决议 的的, ,所以要研所以要研讨定子定子绕组的的电抗抗X X，首先，首先 要研要研讨它的磁阻它的磁阻

73、 及磁及磁导 。 一、一、稳态短路短路时：如下如下图，转子子绕组中没有感中没有感应电流，流，电枢反响磁通可以枢反响磁通可以顺利地利地经过定、定、转子子铁芯及两个气隙，由于芯及两个气隙，由于铁芯的磁阻是很小芯的磁阻是很小的，可以略去不的，可以略去不计，所以，所以对应的磁的磁导为气隙磁气隙磁导，短路，短路电流流还产生漏磁通，生漏磁通，对应的漏磁的漏磁导为。所以短路。所以短路电流所流所产生生的的总磁通所磁通所对应的的总磁磁导为=+对应的的电抗抗为：=+它就是直它就是直轴同步同步电抗。所以抗。所以稳态短路短路电流流的大小的大小为二、瞬二、瞬态短路短路时：在在发生生瞬瞬态短短路路时，为了了共共同同抵抵抗

74、抗短短路路初初瞬瞬的的电枢枢反反响响磁磁通通对他他们的的影影响响，转子子上上励励磁磁绕组及及阻阻尼尼绕组中中都都感感应了了电流流，因因此此励励磁磁绕组及及阻阻尼尼绕组对电枢枢反反响响磁磁通通的的进入入，起起对抗抗作作用用，使使电枢枢反反响响磁磁通通被被挤到到它它们的的漏漏磁磁途途径径上上，如如下下图，电枢枢反反响响磁磁通通的的途途径径经过气气隙隙磁磁阻阻、励励磁磁绕组漏漏磁磁阻阻及及阻阻尼尼绕组漏漏磁磁阻阻，所所以以电枢反响磁通所遇到的磁阻枢反响磁通所遇到的磁阻为n用相用相应的磁的磁导来表示：来表示：n=n思索漏磁通后，定子磁通的思索漏磁通后，定子磁通的总磁磁导为：nn+ 相相应的的电抗抗为：

75、=称称为直直轴超瞬超瞬态电抗，抗，和和为阻尼阻尼绕组及励磁及励磁绕组的漏磁的漏磁电抗抗.这样，Ik超瞬超瞬态电抗所决抗所决议的的电流，流，为短路超瞬短路超瞬态电流周期分量的有效流周期分量的有效值.由于由于电阻的存在，在阻的存在，在发生生短路后的极短短路后的极短时间内，阻尼内，阻尼绕组中的感中的感应电流已衰减流已衰减终了，此了，此时电枢反响磁通的途径如枢反响磁通的途径如16-7a所示，它所示，它经过气隙磁阻及励磁气隙磁阻及励磁绕组漏磁阻，所以漏磁阻，所以电枢反响磁通的枢反响磁通的总磁阻磁阻为对应的的电抗抗为：=称称为直直轴瞬瞬态电抗，抗，由它所决由它所决议的的电流，是短路流，是短路时瞬瞬态电流周

76、期分量的有效流周期分量的有效值，即：即： 16.5 瞬瞬态短路短路电流流计算算我我们曾曾经知道同步知道同步发电机机发生突破短路后，生突破短路后，由于受由于受电阻的影响短路阻的影响短路电流是逐流是逐渐衰减的：衰减的：刚短路短路时 ，短路，短路电流流为 ，经过极短的极短的时间后，可以以后，可以以为阻尼阻尼绕组电流已流已衰减衰减终了，此了，此时的短路的短路电流流为 再再经过一段一段时间后，励磁后，励磁绕组中的感中的感应电流全部衰减流全部衰减终了，此了，此时的短路的短路电流流为 所以，所以， 是受阻尼是受阻尼绕组影响而衰减的一影响而衰减的一部部分分电流，衰减快慢决流，衰减快慢决议与与时间常数常数而短路

77、而短路电流中流中可是受励磁可是受励磁绕组影响影响而衰减的一部分而衰减的一部分电流，衰减快慢决流，衰减快慢决议与与时间常数常数，由此定子，由此定子绕组电流流以写成以写成而假而假设短路瞬短路瞬间发生在生在A相相绕组铰链的磁通的磁通为最最大，那么此大，那么此时短路短路电流中除了周期分量外，流中除了周期分量外，还应存有直存有直轴分量，因此分量，因此A相瞬相瞬态短路短路电流可以写成：流可以写成：由于如今分析的是空载短路，由于如今分析的是空载短路，t=0时时ia=0,带入上式，可以得到直流分量得到最大带入上式，可以得到直流分量得到最大值值，由于定子绕组电阻的影响，由于定子绕组电阻的影响，直流分量要衰减，衰

78、减的快慢决议于时直流分量要衰减，衰减的快慢决议于时间常数，间常数，这样，我们就可以作这样，我们就可以作出瞬态短路时电流的波形图：出瞬态短路时电流的波形图：从图上可以看出，曲线从图上可以看出，曲线1是瞬态短路电流是瞬态短路电流的周期分量，曲线的周期分量，曲线2是曲线是曲线1的包线，曲的包线，曲线线3表示瞬态短路电流中的直流分量，曲表示瞬态短路电流中的直流分量，曲线线4表示瞬态短路电流的总值，曲线表示瞬态短路电流的总值，曲线5是是总电流的包线。从图中可以看出：曲线总电流的包线。从图中可以看出：曲线5的的最最大大值值是是，它它是是超超瞬瞬态态短短路路电电流流周周期分量期分量的两倍。由于电流的衰减，的

79、两倍。由于电流的衰减，经经过过半半个个周周期期后后，实实践践上上的的最最大大电电流流普普通通为超瞬态短路电流周期分量的为超瞬态短路电流周期分量的1.8倍。倍。16.6 忽然短路的影响忽然短路的影响一、忽然短路对同步电机的影响：一、忽然短路对同步电机的影响：1冲击电流的电磁力作用：冲击电流的电磁力作用：2忽然短路时的电磁转矩忽然短路时的电磁转矩3发热景象发热景象二、忽然短路对电力系统的影响：二、忽然短路对电力系统的影响：1破坏电力系统运转的稳定性破坏电力系统运转的稳定性2产生过电压景象产生过电压景象3产生高频干扰景象：产生高频干扰景象：目前，冲击电流的额主要危害是产生极大目前，冲击电流的额主要危害是产生极大的电磁力，使绕组短部变形甚至拉断。的电磁力，使绕组短部变形甚至拉断。