同步发电机在大容量电网上运行

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1、电机学电机学Electrical Machineryl自动化系温志明自动化系温志明2013电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行主要内容主要内容l同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行l发电机的整步发电机的整步l同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性隐极机、凸极机隐极机、凸极机l有功功率的调节、稳定概念有功功率的调节、稳定概念l无功功率的调节、无功功率的调节、V V形曲线形曲线l了解：了解：同步电动机、同步补偿机同步电动机、同步补偿机2电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同

2、步发电机的并联运行同步发电机的并联运行l单机供电的单机供电的缺点缺点：不：不能保证供电质量能保证供电质量( (电电压和频率的稳定性压和频率的稳定性) )和可靠性和可靠性( (发生故障发生故障就得停电就得停电) )，无法实，无法实现供电的灵活性和经现供电的灵活性和经济性。济性。l通过并联可将几台发通过并联可将几台发电机或几个电站并成电机或几个电站并成一个电网。一个电网。3电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步发电机并联运行的意义同步发电机并联运行的意义 l 减少发电厂的储备容量减少发电厂的储备容量 发发电电

3、厂厂可可以以根根据据负负荷荷的的发发展展，相相应地逐步增加发电机的台数。应地逐步增加发电机的台数。l 提提高高发发电电厂厂运运行行的的经经济济性性 发发电电厂厂可可按按照照负负荷荷变变化化倩倩况况，确定投入并联运行的发电机台数。确定投入并联运行的发电机台数。l 提高供用电的质量和可靠性提高供用电的质量和可靠性由由许许多多发发电电厂厂组组成成的的电电力力系系统统，容容量量大大，负负荷荷变变化化时时对对系系统统的的电电压压和和频频率率的的影影响响就就小。小。4电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行并联运行的基本条

4、件并联运行的基本条件l必须必须与电网有相同的额定电压和相同的额定频率与电网有相同的额定电压和相同的额定频率l因励磁可以自由调节、空载电势可以不相同（同因励磁可以自由调节、空载电势可以不相同（同步电抗的数值并不能决定负载电流的分配步电抗的数值并不能决定负载电流的分配与与变压器并联运行对照变压器并联运行对照）。l同步电抗有不同数值的发电机可并联运行，并获同步电抗有不同数值的发电机可并联运行，并获得合理的负载分配得合理的负载分配通过功率的调节手段。通过功率的调节手段。 电压幅值相同电压幅值相同电压相序一致电压相序一致初相角一样初相角一样5电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学

5、电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步发电机的整步同步发电机的整步l并列、并车、整步并列、并车、整步 将发电机并联至电网的手将发电机并联至电网的手续。续。l在并车时必须在并车时必须避免产生巨大的冲击电流避免产生巨大的冲击电流，以防止，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。6电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行并车条件并车条件l使使发电机每相电势瞬时值与电网电压瞬时值保发电机每相电势瞬时值与电网电压瞬时值保持一直相等持一直相等1.1.相同的相序相

6、同的相序2.2.相等的电压相等的电压波形、大小和相位波形、大小和相位 波形波形由设计、制造自行满足由设计、制造自行满足3.3.相等或接近的频率相等或接近的频率7电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行并车条件并车条件频率不同频率不同，矢量，矢量E E与与U U将产生相对运动，即产生一直变化将产生相对运动，即产生一直变化的环流，引起发电机内的功率震荡。的环流，引起发电机内的功率震荡。波形不同波形不同，如发电机中有高次谐波，将产生高次谐波环，如发电机中有高次谐波，将产生高次谐波环流，增加运行时损耗。流，增加运行时损

7、耗。如如电压大小、相位不同电压大小、相位不同，也产生一环流。如在极性相反，也产生一环流。如在极性相反时投入，环流将达到时投入，环流将达到20-30I20-30IN N，在电磁冲力作用下，定子在电磁冲力作用下，定子绕组端部将受到大的冲击。绕组端部将受到大的冲击。8电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行并车的准备工作并车的准备工作1.1.检查并车条件检查并车条件 通常用电压表测量电网电压通常用电压表测量电网电压 ，并，并调节发电机的励磁电流调节发电机的励磁电流使得发电机的使得发电机的输出电压输出电压U=UU=U1

8、 1。2.2.确定合闸时刻确定合闸时刻 借助同步指示器检查并借助同步指示器检查并调整频率调整频率和相位和相位以确定合闸时刻。以确定合闸时刻。 9电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步指示灯同步指示灯并车方法并车方法：通过调节发电机励磁电流的大小通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等使电压相等 ；电压调整好后，如果相序一致，电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替。灯光应表现为明暗交替。如果灯光如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致不是明暗交替，则说明相序不一致，应调整发电机的出线相序或电网的应调整

9、发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；引线相序，严格保证相序一致；通过调节发电机的转速改变频率，通过调节发电机的转速改变频率，直到直到灯光明暗交替十分缓慢时，说灯光明暗交替十分缓慢时，说明频率已十分接近明频率已十分接近，等待灯光完全，等待灯光完全变暗的瞬间（相位相同），即可合变暗的瞬间（相位相同），即可合闸并车闸并车 10电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步指示灯同步指示灯并车方法并车方法：通过调节发电机励磁电流的通过调节发电机励磁电流的大小使电压相等大小使电压相等 ；电压调整好后，如果相

10、序一电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，如致，则灯光旋转，如灯光同步灯光同步则说明相序不一致则说明相序不一致；通过调节发电机的转速改变通过调节发电机的转速改变 频率，直到频率，直到灯光旋转十分缓慢灯光旋转十分缓慢时，说明时，说明 频率十分接近频率十分接近，这时，这时等待灯等待灯 3 3 完全熄灭的瞬间到来，完全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。即可合闸并车。11电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行2.3 自整步法自整步法l前提：相序一致前提：相序一致l将励磁绕组通过电阻短接将励磁绕组通过电阻短接l拖动到接近

11、同步速拖动到接近同步速( (相差相差2525) )，在无励磁电流的，在无励磁电流的情况下，将发电机接入电网情况下，将发电机接入电网l再接通励磁并调节励磁，依靠定子磁场和转子磁再接通励磁并调节励磁，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程结束。程结束。约为约为励磁电阻的励磁电阻的1010倍倍12电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行2.3 自整步法自整步法 需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为

12、短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流击电流。l优点：操作简单，方便快捷；优点：操作简单，方便快捷；l缺点：合闸时有冲击电流。缺点：合闸时有冲击电流。适用于事故状态下的并车 13电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极同步发电机的功角特性隐极同步发电机的功角特性l功率流程图功率流程图电磁功率电磁功率P PM M与励磁系统的情况有关。如是同轴励磁机，则与励磁系统的情况有关。如是同轴

13、励磁机，则P P1 1中应扣除输入励磁机的全部功率；如是单独拖动的电动机中应扣除输入励磁机的全部功率；如是单独拖动的电动机- -励磁机组，则励磁损耗励磁机组，则励磁损耗p pcu2cu2与与P P1 1无关，由励磁机组供给。无关，由励磁机组供给。p padad14电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极同步发电机的功角特性隐极同步发电机的功角特性 等效电路等效电路15电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极同步发电机的功

14、角特性隐极同步发电机的功角特性 相量图相量图功功角角 内功率因数角内功率因数角 功率因数角功率因数角 16电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极同步发电机的功角特性隐极同步发电机的功角特性 相量图相量图功功角角 内功率因数角内功率因数角 功率因数角功率因数角 17电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行功率关系式功率关系式18电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同

15、步发电机在大容量电网上运行功率关系式功率关系式取取实部，有功实部，有功19电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行功角的时空概念功角的时空概念l在时间上：端电压（在时间上：端电压（U U与与E E相位基本相同相位基本相同）和励磁磁势）和励磁磁势之间的相位差之间的相位差l在空间上：合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。在空间上：合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。 l稳定运行时，稳定运行时， F Ff f和和F F 之间无相对运动，之间无相对运动，d d固定。固定。 l功角功角d d为为正值时，为发电机运行。正值时

16、，为发电机运行。20电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极机的功角特性隐极机的功角特性发电机运行发电机运行电动机运行电动机运行21电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行过载能力过载能力kMl最大功率与额定功率之比最大功率与额定功率之比减小减小x xs s，可减小可减小N N ，即有较大短路比，即有较大短路比，则电机过载能力大则电机过载能力大22电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机

17、在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行考虑电枢电阻后的功角特性考虑电枢电阻后的功角特性l电枢电阻的存在，使最大功率减小电枢电阻的存在，使最大功率减小23电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极机的转矩特性隐极机的转矩特性l转矩特性与功角特性形状相同转矩特性与功角特性形状相同电电角速度角速度24电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行凸极机的功角特性凸极机的功角特性1. 1. 作出相量图作出相量图关键：关键：先作出先作

18、出E E0 0的方向的方向25电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行凸极机的功角特性凸极机的功角特性磁阻功率磁阻功率原因：凸机极电机原因：凸机极电机直轴和交轴位置的直轴和交轴位置的磁阻不一样，电枢磁阻不一样，电枢磁密矢量磁密矢量BaBa与与磁势磁势磁势磁势FaFa不重合不重合2. 2. 推导推导26电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行发电发电机机电动电动机机凸极机的功角特性凸极机的功角特性27电机学教案， 太原工业学院自动

19、化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行例例13-2l注意注意：对应最大功率的功角：对应最大功率的功角28电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行稳定稳定不稳定不稳定有功功率的调节有功功率的调节电机的极限功率电机的极限功率1 1空载时空载时：P=PP=PM M=0=0P P1 1=P=P0 0，处于平衡状态，处于平衡状态=0=0( (列写功率平衡方程式和转列写功率平衡方程式和转 矩平衡方程式矩平衡方程式) )P PM M29电机学教案， 太原工业学院自动化系

20、温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行稳定稳定不稳定不稳定电机的极限功率电机的极限功率2增加机械功率输入增加机械功率输入：P P1 1PP0 0， P P1 1-P-P0 000过渡过程：电机加速，转过渡过程：电机加速，转子磁场位置将超前合成磁子磁场位置将超前合成磁场，场， 0 0 随着随着 增加，增加，P=PP=PM M00增加，增加，当达到当达到P P1 1-P-P0 0=P=PM M时，电机加时，电机加速过程结束速过程结束稳定运行：转化来的电磁稳定运行：转化来的电磁功率，使功率，使输出有功功率输出有功功率P PP1-P0PM有功功率的调

21、节有功功率的调节30电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行稳定稳定不稳定有功功率的调节有功功率的调节电机的极限功率电机的极限功率发电机内部发电机内部自动改变位自动改变位移角移角，相应改变电磁功，相应改变电磁功率和输出功率，率和输出功率，达到新的功率平衡（达到新的功率平衡（如如保持励磁电流不变保持励磁电流不变）P1-P0P PM M31电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行问题：问题：l若输入机械功率发生突然变化，发电机的运行

22、状若输入机械功率发生突然变化，发电机的运行状况况l若输出端发生突然变化，若输出端发生突然变化，32电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行静态稳定静态稳定33电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行静态稳定静态稳定l扰动扰动发电机输入功率发电机输入功率的微动的微动l静态稳定静态稳定瞬时扰动消瞬时扰动消除后继续保持原来的平衡除后继续保持原来的平衡运行状态运行状态34电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机

23、学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行静态稳定静态稳定结论：处于功角特性的曲结论：处于功角特性的曲线上升部分的工作点，是线上升部分的工作点，是静态稳定的，即静态稳定的，即35电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行比整步功率比整步功率s36电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行比整步功率比整步功率l空载时，空载时， =0 =0，PssPss最大，最稳定最大，最稳定l =/2 =/2，PssPss=0=0，将

24、将进入不稳定状态进入不稳定状态l /2 /2，PssPss00，失去稳定失去稳定s37电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行动态稳定动态稳定l扰动扰动负载突然变化（加、卸、负载突然变化（加、卸、短路、失磁、电压突变）短路、失磁、电压突变）a a点：原正常运行点点：原正常运行点曲线曲线2 2：电网电压因：电网电压因事故明显降低事故明显降低曲线曲线3 3：电压降低很大：电压降低很大38电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行比较下

25、列情况电机的稳定性比较下列情况电机的稳定性l短路比大小：短路比大，则同步电抗小，短路比大小：短路比大，则同步电抗小，P Pmaxmax大，一定大，一定P P时，时，角较小，稳定性好。角较小，稳定性好。l过励与欠励：有功一定时，过励时过励与欠励：有功一定时，过励时E E0 0大，大，角小，稳定角小，稳定性好。性好。l轻载与满载：励磁相同时，轻载与满载：励磁相同时，P Pmaxmax相同，轻载时相同，轻载时角小，稳角小，稳定性好。定性好。l直接接电网或通过电抗接电网：通过外电抗接电网，则直接接电网或通过电抗接电网：通过外电抗接电网，则最大输出功率由电抗分配，较直接接电网时小，一定最大输出功率由电抗

26、分配，较直接接电网时小，一定P P时，时，角角 较大，稳定性差。较大，稳定性差。39电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行无功功率的调节无功功率的调节l不计电枢电阻时隐极电机的无功功率不计电枢电阻时隐极电机的无功功率40电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行隐极机的无功功率功角特性隐极机的无功功率功角特性l设设功率为功率为P PT T，运行于运行于a a点，点，功角功角aaPTaQa假设原动机有功功率不假设原动机有功功率不变

27、，变，减小励磁电流减小励磁电流，则，则E E0 0减小减小 功角特性幅值降低，运行功角特性幅值降低，运行点变为点变为b b点，功角为点，功角为b b，相应无功变为相应无功变为Q Qb b，即，即减小减小了无功输出。了无功输出。（静态稳定度降低）（静态稳定度降低）b41电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行有功不变时的无功调节有功不变时的无功调节当当调节励磁时，调节励磁时，E0E0发生变化，使定子发生变化，使定子电流电流I I和功率因数同时变化和功率因数同时变化42电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wa

28、sxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步电动机无功功率的调节同步电动机无功功率的调节正常励磁：正常励磁：=0，cos=1，Q=0过励磁：过励磁：0，cos超前，超前，Q0，cos滞后，滞后，Q0(感性感性)43电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行有功不变时的无功调节有功不变时的无功调节正常励磁：正常励磁：=0，cos=1，Q=0过励磁：过励磁：0，cos滞后，滞后，Q0(感性感性)欠励磁：欠励磁：0，cos超前，超前，Q0P” Pcos M=1cos M=0.8co

29、s (-M)=0.8结论：结论：l调节励磁电流，就调节励磁电流，就可以调节同步电动可以调节同步电动机的无功电流和功机的无功电流和功率因数；率因数；l当同步电动机工作当同步电动机工作在过励状态时，向在过励状态时，向电网吸收电网吸收超前超前无功，无功，可改善电网的功率可改善电网的功率因数。因数。45电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行无功功率的无功功率的V形曲线形曲线l电枢电流和励磁电流电枢电流和励磁电流之间关系的曲线。之间关系的曲线。（有功功率保持不变时）（有功功率保持不变时）l对应于不同的有功功对应于不同的

30、有功功率，有不同的率，有不同的V V形曲形曲线。当输出的功率值线。当输出的功率值愈大时，曲线愈向上愈大时，曲线愈向上移。移。 cos =0.8超前超前cos =0.8滞后滞后过励欠励结论：对于每一给定的有功功率都有一允许的最少励磁，进结论：对于每一给定的有功功率都有一允许的最少励磁，进一步减小励磁将使发电机失去稳定。一步减小励磁将使发电机失去稳定。 46电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行超前与滞后的无功功率超前与滞后的无功功率功率功率因数角因数角电压与电电压与电流的关系流的关系同步发电机同步发电机同步电动

31、机同步电动机0I滞后于滞后于U向电网发出滞后向电网发出滞后的无功功率的无功功率(过励过励)从电网吸收滞后从电网吸收滞后的无功功率的无功功率(欠励欠励)从电网吸收超前从电网吸收超前的无功功率的无功功率(过励过励)向电网发出超前向电网发出超前的无功功率的无功功率(欠励欠励)0(滞后滞后)Q0(滞后滞后)Q0(超前超前)49电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行例题分析例题分析l一汽轮发电机，额定功率因数为一汽轮发电机，额定功率因数为0.80.8（滞后），同步电（滞后），同步电抗为抗为x xs s* *=1.0=1

32、.0，并联在无穷大电网上运行，并联在无穷大电网上运行（1 1）供给）供给90%90%额定电流时的输出有功和无功（额定功率因额定电流时的输出有功和无功（额定功率因数），空载电动势数），空载电动势E E0 0和功角和功角；（2 2）调节机械输入，使输出有功功率达到额定的）调节机械输入，使输出有功功率达到额定的110%110%，如励磁保持不变，则如励磁保持不变，则角和无功如何变化；角和无功如何变化；（3 3）如需无功保持不变，如何调节励磁电流，求此时的）如需无功保持不变，如何调节励磁电流，求此时的空载电动势空载电动势E E0 0和功角和功角。50电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty

33、_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行例题分析例题分析l一汽轮发电机，额定功率因数为一汽轮发电机，额定功率因数为0.80.8（滞后），同步电抗为（滞后），同步电抗为x xs s* *=1.0=1.0，并联在无穷大电网上运行，并联在无穷大电网上运行分析分析：1. 1. 并联在无穷大电网上，不论输入机械功率、励磁电流和并联在无穷大电网上，不论输入机械功率、励磁电流和负载如何变化，则输出电压保持为额定电压；负载如何变化，则输出电压保持为额定电压；2. 2. 计算空载电动势计算空载电动势 需先知道输出电流的相量需先知道输出电流的相量51电机学教案， 太原工业学院自动化系

34、温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行解：解：90%90%额定电流，且有额定功率因数，则额定电流，且有额定功率因数，则输出有功功率为输出有功功率为0.720.72，无功功率为，无功功率为0.540.54空载电动势空载电动势例题分析例题分析l一汽轮发电机，额定功率因数为一汽轮发电机，额定功率因数为0.80.8（滞后），同步电抗（滞后），同步电抗为为x xs s* *=1.0=1.0，并联在无穷大电网上运行，并联在无穷大电网上运行（1 1）供结）供结90%90%额定电流时的输出有功和无功（额定功率因数）额定电流时的输出有功和无功（额定功率因数），

35、空载电动势，空载电动势E E0 0和功角和功角；52电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行解：有功为额定的解：有功为额定的110%110%，则，则P P* *=0.8*1.1=0.88=0.8*1.1=0.88 励磁保持不变，则空载电动势励磁保持不变，则空载电动势E E0 0=1.70=1.70（大小不变）（大小不变）根据电压方程式，反过来计算输出电流根据电压方程式，反过来计算输出电流例题分析例题分析l一汽轮发电机，额定功率因数为一汽轮发电机，额定功率因数为0.80.8（滞后），同步电（滞后），同步电抗为抗为

36、x xs s* *=1.0=1.0，并联在无穷大电网上运行，并联在无穷大电网上运行（2 2）调节机械输入，使输出有功功率达到额定的）调节机械输入，使输出有功功率达到额定的110%110%，如励磁保持不变，则如励磁保持不变，则角和无功如何变化；角和无功如何变化；53电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行例题分析例题分析励磁不变，有功增加，励磁不变，有功增加，则则增加，无功减少增加，无功减少54电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上

37、运行解：有功为额定的解：有功为额定的110%110%，则，则I Ia a* *=0.8*1.1=0.88=0.8*1.1=0.88 保持无功不变，即保持无功不变，即I Ir r* *=0.54=0.54 根据电压方程式计算空载电动势根据电压方程式计算空载电动势空载电动势的有效值有空载电动势的有效值有1.71.7增加到增加到1.771.77，则，则需要增加励磁电流需要增加励磁电流。例题分析例题分析l一汽轮发电机，额定功率因数为一汽轮发电机，额定功率因数为0.80.8（滞后），同步电（滞后），同步电抗为抗为x xs s* *=1.0=1.0，并联在无穷大电网上运行，并联在无穷大电网上运行（3 3）

38、如需无功保持不变，如何调节励磁电流，求此时的）如需无功保持不变，如何调节励磁电流，求此时的空载空载电动势电动势E E0 0和功角和功角。55电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行思考题思考题l发电机的定子电流的功率因数的确定发电机的定子电流的功率因数的确定1.1.单独给对称负载供电时，由负载阻抗决定单独给对称负载供电时，由负载阻抗决定2.2.与大电网并联时，负载由电网供给，发电机担负与大电网并联时，负载由电网供给，发电机担负的有功由其原动机的功率大小决定；担负的无功的有功由其原动机的功率大小决定；担负的无功功

39、率决定于发电机的励磁电流，过励时功率因数功率决定于发电机的励磁电流，过励时功率因数滞后，欠励时超前。滞后，欠励时超前。56电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行 从前面介绍的同步电动机基本工作原理可知，若从前面介绍的同步电动机基本工作原理可知，若将同步电动机同时双边励磁，由于定子旋转磁场将同步电动机同时双边励磁，由于定子旋转磁场转速为同步转速转速为同步转速n n1 1，而起动瞬间转子处于静止，而起动瞬间转子处于静止，气隙磁场与转子磁极之间存在相对运动，不能产气隙磁场与转子磁极之间存在相对运动，不能产生平均的同

40、步电磁转矩，即同步电动机本身没有生平均的同步电磁转矩，即同步电动机本身没有起动转矩，使电动机自行起动。起动转矩，使电动机自行起动。 同步电动机起动方法同步电动机起动方法57电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步电动机的起动问题同步电动机的起动问题 同同步步电电动动机机没没有有自自起起动动转转距距。定定子子通通入入三三相相对对称称电电流流，在在气气隙隙内内产产生生转转速速为为ns的的旋旋转转磁磁场场，转转子子通通入入直直流流励励磁磁，产产生生N、S极极，定定子子前前后后半半周周对对转转子子磁磁极极的的作作用

41、用力力相相反反，产产生生的的平平均转距为零，无法自起动。均转距为零，无法自起动。A AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AZA AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AZA AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AA AX XB BCYA AX XB BCYSaNaA AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AZNS58电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行l异步起动法异步起动法l辅助电动机拖动起动法辅助电动机拖动起动法l变频起动法变频起动法同步电动机的起动方法

42、同步电动机的起动方法59电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行 异步起动法是在转子上加装起动绕组，其结构如异步起动法是在转子上加装起动绕组，其结构如同异步机的鼠笼绕组。起动时，先不给励磁绕组同异步机的鼠笼绕组。起动时，先不给励磁绕组励磁，同步电动机定子绕组接电源，通过起动绕励磁，同步电动机定子绕组接电源，通过起动绕组作用，产生起动转矩，使同步电动机自行起动，组作用，产生起动转矩，使同步电动机自行起动，当转速达当转速达95%95%同步转速左右后，给同步电动机的同步转速左右后，给同步电动机的励磁绕组通入直流，转子

43、自动牵入同步。励磁绕组通入直流，转子自动牵入同步。 异步起动法异步起动法60电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步电动机异步起动法起动时原理接线图同步电动机异步起动法起动时原理接线图异步起动法异步起动法61电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行l起动过程中励磁绕组既不能开路，也不能直接短起动过程中励磁绕组既不能开路，也不能直接短接。若励磁绕组开路，在高转差率情况下，旋转接。若励磁绕组开路，在高转差率情况下，旋转磁场会在励

44、磁绕组中产生较高的感应电势，易损磁场会在励磁绕组中产生较高的感应电势，易损坏绕组绝缘；若励磁绕组直接短路，将产生单轴坏绕组绝缘；若励磁绕组直接短路，将产生单轴转矩，有可能使电动机起动不到接近同步转速，转矩，有可能使电动机起动不到接近同步转速，解决的办法是：起动过程中在励磁绕组回路串入解决的办法是：起动过程中在励磁绕组回路串入 5 51010倍励磁绕组电阻的附加电阻，电动机起动到倍励磁绕组电阻的附加电阻，电动机起动到接近同步转速时，再切除附加电阻，同时给励磁接近同步转速时，再切除附加电阻，同时给励磁绕组通入直流，牵入同步，完成起动。绕组通入直流，牵入同步，完成起动。异步起动法异步起动法62电机学

45、教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行 辅助电动机起动法是选用一台与同步电动机极数辅助电动机起动法是选用一台与同步电动机极数相同的小型异步电动机作为辅助电动机，起动时，相同的小型异步电动机作为辅助电动机，起动时，先起动辅助电动机将同步电动机拖动到异步转速，先起动辅助电动机将同步电动机拖动到异步转速，然后将同步电动机投入电网，加入励磁，利用同然后将同步电动机投入电网，加入励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入同步，同时切除辅步转矩把同步电动机转子牵入同步，同时切除辅助电动机电源，这种方法适用于同步电动机的空助电动机电

46、源，这种方法适用于同步电动机的空载起动。载起动。辅助电动机起动法辅助电动机起动法63电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行 由于恒频起动时，作用在转子上的平均转矩为由于恒频起动时，作用在转子上的平均转矩为零，使电动机无法自行起动。变频起动法是在起零，使电动机无法自行起动。变频起动法是在起动前将转子加入直流，利用变频电源使频率从零动前将转子加入直流，利用变频电源使频率从零缓慢升高，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速，直缓慢升高，旋转磁场牵引转子缓慢同步加速，直至达到额定转速，起动完毕。这种方法多用于大至达到额定转速，

47、起动完毕。这种方法多用于大型同步电动机的起动。型同步电动机的起动。变频起动法变频起动法64电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行l同步电动机的励磁电流应如何调节则要视电动机同步电动机的励磁电流应如何调节则要视电动机运行时电网的实际情况而定，若电网功率因数未运行时电网的实际情况而定，若电网功率因数未达到要求，需要同步电动机提供无功，则电动机达到要求，需要同步电动机提供无功，则电动机应工作在过励状态（但应以电枢电流不超过额定应工作在过励状态（但应以电枢电流不超过额定值为极限），以提电网的功率因数；若电网功率值为极

48、限），以提电网的功率因数；若电网功率因数已达到要求，则同步电动机应工作在正常励因数已达到要求，则同步电动机应工作在正常励磁状态，这时电动机功率因数为磁状态，这时电动机功率因数为1 1、电枢电流、电枢电流I I1 1最最小、铜损最小、效率最高。小、铜损最小、效率最高。同步电动机起动方法同步电动机起动方法65电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行l定义：一台不带机械负载的同步电动机，定义：一台不带机械负载的同步电动机，专门用于发出（或者吸收）无功功率，以专门用于发出（或者吸收）无功功率，以改善电网的功率因数。也称

49、改善电网的功率因数。也称同步调相机同步调相机。l相量图：相量图：同步补偿机同步补偿机过励：电容器过励：电容器欠励：电感器欠励：电感器结论结论：只要调节励磁电流的大小，就可：只要调节励磁电流的大小，就可以灵活的调节无功功率的大小与性质。以灵活的调节无功功率的大小与性质。66电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行同步补偿机同步补偿机供给无功功率供给无功功率l空载运行的电动机：不吸收有功功率，过励时，空载运行的电动机：不吸收有功功率，过励时，对电网供给感性无功功率。对电网供给感性无功功率。l运行状况：运行状况：电磁

50、功率接近零，且在零功率因数电磁功率接近零，且在零功率因数l特殊应用：在电网基本空载，由于长输电线电特殊应用：在电网基本空载，由于长输电线电容影响，使受电端电压偏高时，可将同步补偿容影响，使受电端电压偏高时，可将同步补偿机在欠励下运行，以保持电网电压的稳定。机在欠励下运行，以保持电网电压的稳定。67电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行l当电网负荷较大时，为了改善功率因素，同步当电网负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机应过励运行。补偿机应过励运行。l当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈现较当电网负荷很轻时，

51、高压长输电线路将呈现较大的电容作用，使受端电网电压升高。此时，大的电容作用，使受端电网电压升高。此时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中多同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中多余的无功功率。余的无功功率。同步补偿机的应用同步补偿机的应用68电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行l电力系统规模越大，当电力系统处于轻载时，会使得电力系统规模越大，当电力系统处于轻载时，会使得系统中无功功率过剩问题突出，可以让同步电机中的系统中无功功率过剩问题突出，可以让同步电机中的一部分发电机在发出一部分有功功率的同时，发出

52、无一部分发电机在发出一部分有功功率的同时，发出无功功率，以吸收电网中多余的感性功率。功功率，以吸收电网中多余的感性功率。l特点：特点： 发电机处于欠载运行，稳定性差；发电机处于欠载运行，稳定性差； 随着超前功率因数角的增大，定子侧的漏抗增加，损随着超前功率因数角的增大，定子侧的漏抗增加，损耗增大。耗增大。同步电机的进相运行同步电机的进相运行69电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行思考题思考题l同步电机的内功率与电磁功率有何关系？同步电机的内功率与电磁功率有何关系？l磁阻转矩应可看同步转矩还是异步转矩？磁阻转矩应可看同步转矩还是异步转矩？70电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_电机学电机学同步发电机在大容量电网上运行同步发电机在大容量电网上运行71电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_