同步电机稳态分析PPT课件

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1、第六章第六章 同步电机同步电机 Synchronous machines Synchronous machines同步电机的工作原理及结构特点同步电机的工作原理及结构特点同步电机的运行原理同步电机的运行原理同步电机的基本运行特性同步电机的基本运行特性同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行同步电动机和同步补偿机同步电动机和同步补偿机同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行同步发电机的突然短路同步发电机的突然短路主要内容主要内容6.1同步电机的基本结构和运行状态同步电机的基本结构和运行状态l同步电机结构模型同步电机结构模型l同步电机工作原理同步电机工作原理l同步电机运行方式同步电机运行方式l

2、同步电机结构（主要部件、励磁方式、分类）同步电机结构（主要部件、励磁方式、分类）l同步电机额定值同步电机额定值同步电机同步电机旋转电枢式旋转电枢式 旋转磁极式旋转磁极式 隐极式隐极式（Non-salientpole） 凸极式凸极式（Salient-pole） 最基本形式最基本形式很少使用很少使用一、同步电机的结构模型一、同步电机的结构模型V1V2W2W1U1U2NS定子定子（电枢）（电枢）+UfIf转子转子励磁励磁绕组绕组旋转磁极式电机旋转磁极式电机主磁场主磁场气隙气隙载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体

3、。或者感应电流的载体。切割运动：原动机拖动转子旋转（给切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组。组。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。提供交流电源。 动画动画主磁场的建立：转子上励磁绕组通以直流励磁电流，建立极主磁场的建

4、立：转子上励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。二、二、同步电机的工作原理同步电机的工作原理（三相同步发电机为例（三相同步发电机为例 ） 二二极极机机械械旋旋转转磁磁势势四四极极机机械械旋旋转转磁磁势势励磁机励磁机F0 旋转的旋转的 F0 和和0E0 原动机原动机电枢三相电枢三相 绕组中感应绕组中感应 SNn0NSn0发电机运行发电机运行交变感应电势的产生交变感应电势的产生感应电势有效值感应电势有效值感应电势频率感应电势频率交变性和对称性交变性和对称性同步转速同步转速f1 =pn60E相相 = 4.44 f1 kw1 N1三、三、三

5、相同步电机的可逆运行三相同步电机的可逆运行NSSNn0n0电动机状态电动机状态NSSNn0n0理想空载状态理想空载状态SNn0NSn0发电机运行发电机运行三相同步电机的工作原理三相同步电机的工作原理发电机发电机电能电能 机械能机械能电动机电动机机械能机械能电能电能无有功功率转换无有功功率转换 发出无功功率发出无功功率同步补偿机同步补偿机同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角与转子主磁场之间的夹角，称为功率角称为功率角 NNoNoNoNNSoSoSSSSo主极主极主极主极同同步步电电机机的的三三种种运运行行状状态态发电机发电机补偿机

6、补偿机电动机电动机四、三相同步电机的基本结构四、三相同步电机的基本结构1. 主要部件主要部件(1) 定子（电枢）定子（电枢）(2) 转子转子由硅钢片叠成。由硅钢片叠成。对称三相绕组。对称三相绕组。定子铁心：定子铁心：定子绕组：定子绕组：机座和端盖等。机座和端盖等。转子铁心：转子铁心： 由整块铸（锻）钢制成。由整块铸（锻）钢制成。励磁绕组：励磁绕组： 工作时施加直流励磁。工作时施加直流励磁。阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组阻尼绕组第第9章章 同步电动机同步电动机按转子结构的不同：隐极式、凸极式。按转子结构的不同：隐极式、凸极式。凸极式凸极式NS+3 3 +NS隐极式隐极式优点：机械强

7、度好优点：机械强度好优点：机械强度好优点：机械强度好 缺点：制造工艺较复杂；缺点：制造工艺较复杂；缺点：制造工艺较复杂；缺点：制造工艺较复杂；应用：因此多用在离心力较大、转速应用：因此多用在离心力较大、转速应用：因此多用在离心力较大、转速应用：因此多用在离心力较大、转速较高的电机中。例如汽轮发电机多采较高的电机中。例如汽轮发电机多采较高的电机中。例如汽轮发电机多采较高的电机中。例如汽轮发电机多采用隐极结构用隐极结构用隐极结构用隐极结构。优点：制造方便；优点：制造方便；优点：制造方便；优点：制造方便；缺点：机械强度较差。缺点：机械强度较差。缺点：机械强度较差。缺点：机械强度较差。应用：在离心力较

8、小、转速较低的中小应用：在离心力较小、转速较低的中小应用：在离心力较小、转速较低的中小应用：在离心力较小、转速较低的中小型电机中或用在水轮发电机中。型电机中或用在水轮发电机中。型电机中或用在水轮发电机中。型电机中或用在水轮发电机中。NSNS+凸极式凸极式励磁机励磁机发电机发电机水轮机水轮机水轮发电机原理水轮发电机原理水轮发电机结构水轮发电机结构(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机(3)转子结构转子结构10000kw水轮机转子三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构小浪底电站水轮机组安装小浪底电站水轮机组安装三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构三峡电站

9、首台机组安装三峡电站首台机组安装三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构水力发电水力发电三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构NS+隐极式隐极式励励磁磁机机发发电电机机汽汽轮轮机机三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构汽轮发电机原理汽轮发电机原理汽轮发电机结构汽轮发电机结构 (均为卧式）均为卧式）（1）定子铁心）定子铁心（2）定子绕组）定子绕组燃燃烧烧室室燃燃料料锅炉的锅炉的炉膛炉膛循环水循环水汽轮机汽轮机发电机发电机3 600 r/min升压变升压变压器压器超热高压蒸汽超热高压蒸汽电能输出电能输出电能的产生电能的产生 热电厂热电厂1 煤传送带煤传送带2 加煤机加煤机3 粉碎机

10、粉碎机4 锅炉锅炉5 煤渣煤渣6 空气预热器空气预热器 7 静电除尘静电除尘8 烟囱烟囱9 汽轮机汽轮机10 冷凝器冷凝器11变压器变压器12 冷却塔冷却塔13 发电机发电机14 输电线输电线l励磁方式励磁方式同步电机获取同步电机获取直流直流励磁电流励磁电流的方式的方式l励磁系统励磁系统供结励磁电流的整个系统，供结励磁电流的整个系统，包括装置和线路包括装置和线路励磁机励磁机励磁调节器（手动、自动）励磁调节器（手动、自动）灭磁装置灭磁装置2.励磁方式励磁方式对励磁系统的要求对励磁系统的要求l正常运行时，供结励磁电流正常运行时，供结励磁电流l为维持端电压或电网电压值，随负载情况为维持端电压或电网电

11、压值，随负载情况变化，变化，励磁励磁电流能相应电流能相应调节调节l当系统电压严重下降时（如发生短路故障当系统电压严重下降时（如发生短路故障等），能等），能强行励磁强行励磁提高电势，保持电压稳提高电势，保持电压稳定定l突然丢负荷时，如水轮机组转速明显升高，突然丢负荷时，如水轮机组转速明显升高，能能强行减磁强行减磁，限制端电压过度增高。，限制端电压过度增高。对励磁系统的要求对励磁系统的要求l当电机内部发生短路故障时，当电机内部发生短路故障时， 能快速能快速灭磁灭磁和减磁，以减小故障的损坏程度。和减磁，以减小故障的损坏程度。l对两台以上并列运行发电机，对两台以上并列运行发电机， 能成组能成组调节无功

12、功率调节无功功率，使无功合理分配。，使无功合理分配。l其他：反映迅速，运行可靠，结构简单，其他：反映迅速，运行可靠，结构简单，损耗小，成本低，体积小等损耗小，成本低，体积小等直流励磁机励磁直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法，或采用负载电流反馈的复式励磁。法，或采用负载电流反馈的复式励磁。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。磁机的同轴的直流发电机供给。交流励磁机静止整流励磁交流励磁机静止整流励磁同一轴上有三台交流发电机，即主

13、发电机、交流主励磁机同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励建立起来后再转为自励( (有时采用永磁发电机有时采用永磁发电机) )。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机励磁机主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。整流后供给主发电机的励磁绕组。它励式它励式交流励磁机旋转整流系统交流励

14、磁机旋转整流系统静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。电流达到数千安培，使得集电环严重过热。在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到流电流经与主轴一起旋转的硅整流器

15、整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置无刷励无刷励磁系统磁系统。旋转电枢式三相同步电机三相同步电机三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构三相同步电机三相同步电机三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构同步发电机同步发电机三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构小型同步电机小型同步电机三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构五、三相

16、同步电机的额定值五、三相同步电机的额定值(1) 额定电压额定电压 UN ：额定运行时定子侧：额定运行时定子侧线电压线电压的额定值。的额定值。(2) 额定电流额定电流 IN ：额定运行时定子侧：额定运行时定子侧线电流线电流的额定值。的额定值。(3) 额定功率额定功率 PN ：在正常运行时，电机的输出功率。：在正常运行时，电机的输出功率。 对于发电机是指对于发电机是指输出的电功率输出的电功率； 对于电动机是指对于电动机是指输出的机械功率输出的机械功率。三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构五、三相同步电机的额定值五、三相同步电机的额定值额定功率与额定电压、额定电流之间的关系：额定功率与额定电

17、压、额定电流之间的关系：发电机发电机 电动机电动机 额定容量：额定容量：(4) 额定转速额定转速 nN ：额定运行时的转速。：额定运行时的转速。(5) 额定频率额定频率 fN ： 50Hz。6.2 空载和负载时同步发电机的磁场空载和负载时同步发电机的磁场一、同步电机的空载运行一、同步电机的空载运行空载磁势空载磁势空载电势空载电势时空矢量时空矢量1、空载与空载磁势、空载与空载磁势l空载运行：空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行，原动机带动发电机在同步转速下运行，励磁绕组通过适当的励磁电流，励磁绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任电枢绕组不带任何负载何负载的运行情况。的运行情况。l 空载运

18、行是同步发电机最简单的运行方式，空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其其气隙磁场由转子磁势单独建立气隙磁场由转子磁势单独建立，分析较为简单。，分析较为简单。 图图6-116-11表示一台四极电机空载时的磁通示意图。表示一台四极电机空载时的磁通示意图。同步电机的空载磁路1.1隐极同步电机的空载磁势隐极同步电机的空载磁势l励磁绕组（分布绕组）埋于转子槽内，励磁绕组（分布绕组）埋于转子槽内，沿转子圆周沿转子圆周气隙气隙近似均匀近似均匀。l励磁磁势在励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响受齿槽的影响, ,气气隙磁密呈现出波动变化。隙磁密呈现出波动变化。l用谐波分析法可

19、求出其基波分量用谐波分析法可求出其基波分量l合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦分布接近正弦波波。如无特殊说明，以后如无特殊说明，以后仅考虑磁通密度的基波分量仅考虑磁通密度的基波分量 1.2凸极同步电机的空载磁势凸极同步电机的空载磁势励磁绕组为集中绕组，磁势波为励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波矩形波l对于凸极发电机来说，由于定转子间的对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周气隙沿整个电枢圆周分布不均匀分布不均匀，极面下气隙较小，磁阻较小极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间气隙较大，极间磁阻很大极间磁阻很大。同一个极面下，气隙

20、径向磁通密度的分布近。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻似于平顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。两极中线上的磁通密度为零。l气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波和一系列谐波。气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波和一系列谐波。凸极同步电机通常选用凸极同步电机通常选用极弧系数为极弧系数为，气隙比值为气隙比值为l感应电势感应电势的波形和大小与的波形和大小与气隙磁密气隙磁密的分布形状及的分布形状及幅值大小紧密相关。幅值大小紧密相关。l在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获在设计和制造电机时，应采取适当

21、的措施，以获得尽可能得尽可能接近正弦分布接近正弦分布的气隙磁密，从而得到较的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。高品质的感应电势。 主磁通主磁通 02空载电势空载电势漏磁通漏磁通三相电势三相电势 对称对称只有主磁通才在定子绕组中产生感应电势只有主磁通才在定子绕组中产生感应电势励磁电势大小取决于？励磁电势大小取决于？当空载运行时，当空载运行时，励磁电势励磁电势随励磁随励磁电流电流变化的关系，称变化的关系，称为为空载特性空载特性，其为同步电机的一条基本特性。，其为同步电机的一条基本特性。如如图图612612所示所示空载特性可通过计算或试验空载特性可通过计算或试验得到。得到。说明电机设计合理性。说

22、明电机设计合理性。空载特性结合短路特性空载特性结合短路特性( (在在后面介绍）可以求取同步电后面介绍）可以求取同步电机的参数。机的参数。发电厂通过测取空载特性发电厂通过测取空载特性来判断励磁系统的故障。来判断励磁系统的故障。3同步电机中的时同步电机中的时-空矢量图空矢量图空间矢量：空间矢量：磁势和磁通密度（随时间变化）磁势和磁通密度（随时间变化）绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通时间相量时间相量：转子绕转子绕组轴线组轴线直轴直轴 d轴轴两极间两极间中心线中心线交轴（交轴（q 轴）轴）定子相绕组轴线定子相绕组轴线相轴相轴分析：分析：空间矢量：空间矢量：磁

23、势和磁通密度（随时间变化）磁势和磁通密度（随时间变化）绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通时间相量时间相量：l励磁磁势的基波Ff1和由它产生的气隙磁密波Bf1为空间 分布波，两者同相位，其正波幅处于转子直轴正方向，且与转子一起以同步速旋转；l磁密波Bf1与定子任一相交链的磁通量0是时 间变量，由 感应产生的该相电势用 表示， 当定子各相的时间参考轴都取在各自的相绕组 轴线时， 与 重合。将相将相绕组轴线作为空间矢量参考轴（相轴）绕组轴线作为空间矢量参考轴（相轴）令时间相量参考轴（时轴）与空间矢量参考轴（相轴）重合令时间相量参考轴（时轴）与空间矢量参考轴（

24、相轴）重合二、对称负载时的电枢反应二、对称负载时的电枢反应负载后磁势分析（电枢反应）负载后磁势分析（电枢反应）概念：内功率因数角概念：内功率因数角不同情况电枢反应分析不同情况电枢反应分析1、负载后（气隙）磁势分析、负载后（气隙）磁势分析空载时，只有一个以同步转速旋转的励磁磁势空载时，只有一个以同步转速旋转的励磁磁势F Ff f随轴同转的转子磁势随轴同转的转子磁势 ( (称为机械旋转磁势称为机械旋转磁势) ) ，在电枢，在电枢绕组中感应出三相对称交流电势，励磁电势，即空载绕组中感应出三相对称交流电势，励磁电势，即空载电势电势E E0 0。当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组中流过三当电枢绕组接

25、上三相对称负载后，电枢绕组中流过三相对称的交流电流相对称的交流电流 ，将形成一个以同步速度旋转的旋，将形成一个以同步速度旋转的旋转磁势转磁势电枢磁势电枢磁势FaFa电枢旋转磁势电枢旋转磁势 ( (称为电气称为电气旋转磁势）。旋转磁势）。两个旋转磁势的转速均为两个旋转磁势的转速均为同步转速同步转速，且转向一致，二，且转向一致，二者在空间处于者在空间处于相对静止状态相对静止状态，矢量合成为一个合成磁，矢量合成为一个合成磁势势 。 气隙磁场气隙磁场 由合成磁势由合成磁势 在电机的气隙中建立起来在电机的气隙中建立起来的磁场。的磁场。负载后同步电机的磁场建立负载后同步电机的磁场建立负载后，电枢磁动负载后

26、，电枢磁动势的基波对励磁磁势的基波对励磁磁动势的影响动势的影响称之为称之为称之为称之为电枢反应电枢反应电枢反应电枢反应思考：反映电枢思考：反映电枢反应有关系的量反应有关系的量有哪些？有哪些？反映电枢反应有关系的量反映电枢反应有关系的量主磁路的饱和程度主磁路的饱和程度转子的结构形式转子的结构形式励磁磁动势和电枢磁动势之间的相位关系励磁磁动势和电枢磁动势之间的相位关系假设：磁路不饱和假设：磁路不饱和 隐极式转子隐极式转子电枢磁势基波电枢磁势基波与与励磁磁势励磁磁势均均为同步转速，同转向，在空为同步转速，同转向，在空间间相对静止相对静止电枢反应性质电枢反应性质取决于励磁磁动势和电枢磁动势在空间的取决

27、于励磁磁动势和电枢磁动势在空间的相对位置，相对位置，即决定于电枢电流和励磁电动即决定于电枢电流和励磁电动势之间的相位角，势之间的相位角，即取决于负载的性质。即取决于负载的性质。（助磁、去磁、交磁）：（助磁、去磁、交磁）：内功率因数角内功率因数角0 E0Ia 0注意：时间相量注意：时间相量IaIa与与空间矢量空间矢量FaFa电枢磁势电枢磁势FaFa三相电流产生的合成磁势，哪一相电流达最大值，三相电流产生的合成磁势，哪一相电流达最大值，则位置在其绕组的轴线上；则位置在其绕组的轴线上；A A相电流相电流IaIa如如IaIa最大，则最大，则IaIa在相轴上，此时在相轴上，此时FaFa正好在交轴上正好在

28、交轴上与与同相时（内功率因数角等于同相时（内功率因数角等于0）a) a) 定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图2、不同情况电枢反应分析、不同情况电枢反应分析与与同相时同相时b) b) 时间矢量图时间矢量图与与同相时同相时c) c) 时时- -空统一矢量图空统一矢量图与与同相时同相时d)d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置气隙合成磁场与主磁场的相对位置交轴电枢反应：交轴电枢反应：使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴逆使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴逆向后移一个电角度，从而产生一定的电向后移一个电角度，从而产生一定的电磁转矩；磁转矩；合成磁场的幅值较转子励磁磁

29、场有所增合成磁场的幅值较转子励磁磁场有所增加（增磁）加（增磁）与与不同相时不同相时 a) a) 滞后于滞后于 时的空间矢量图时的空间矢量图与与不同相时不同相时 b) b) 滞后滞后 时的时时的时- -空统一矢量图空统一矢量图与与不同相时不同相时 c) c) 超前超前 时得时时得时- -空统一矢量图空统一矢量图返回电枢反应分析电枢反应分析同步发电机运行情况：（-90o，90o）同步电动机运行情况：（90o，270o）电枢反应总结电枢反应总结l交轴的电枢反应使转子产生电磁转矩，实现能量转交轴的电枢反应使转子产生电磁转矩，实现能量转换；换；l直轴电枢反应对气隙磁场起助磁或去磁的作用，不直轴电枢反应对

30、气隙磁场起助磁或去磁的作用，不产生转矩；产生转矩；l电枢磁动势和励磁磁动势的夹角（内功率因数角）电枢磁动势和励磁磁动势的夹角（内功率因数角）会随着电机的运行情况改变。电枢反应的性质也随会随着电机的运行情况改变。电枢反应的性质也随负载的变化而变化负载的变化而变化。同步发电机负载运行时物理量的关系：同步发电机负载运行时物理量的关系：l一、不考虑磁饱和时一、不考虑磁饱和时6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路不计磁路饱和，磁路线性，不计磁路饱和，磁路线性，把主极磁势和电枢磁势的作用分别考虑，再利用叠加原理把主极磁势和电枢磁势的作用分别考虑，再利用叠加原理采用采用发电机惯例发电机惯例，以输

31、出，以输出电流作为电枢电流的正方电流作为电枢电流的正方向时规定的参考正方向，向时规定的参考正方向，电枢绕组一相的电动势平电枢绕组一相的电动势平衡方程：衡方程：漏抗电动势写成漏抗压降漏抗电动势写成漏抗压降形式：形式： 在时间相位上，在时间相位上， 滞后于滞后于 以以9090电角度，若不计定子电角度，若不计定子铁耗铁耗, , 与与 同相位，则同相位，则 将滞后于将滞后于 以以9090电角度于是电角度于是 亦可写成负电抗压降的形式，即亦可写成负电抗压降的形式，即电枢绕组电枢绕组一相的电动势平衡方程一相的电动势平衡方程的电压方程为的电压方程为 因为电枢反应电动势因为电枢反应电动势EaEa正比于电枢反应

32、磁通正比于电枢反应磁通aa不计磁饱不计磁饱和时，和时，aa又正比于电枢磁动势又正比于电枢磁动势FaFa和电枢电流和电枢电流I I，即，即 (66) (66) (67) (67) 将式将式(67)(67)代人式代人式(66)(66)，可得，可得XsXs称为隐极同步电机的同步电抗称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+XXs=Xa+X；它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个效应的一个综合参数综合参数。不计饱和时，。不计饱和时，XsXs是一个常值。是一个常值。隐极同步发电机的等效电路隐极同步发电机的等效电路作相量图时，我们认为作相量图时

33、，我们认为发电机的端电压，电枢电流，负发电机的端电压，电枢电流，负载功率因数角以及同步电抗为已知量载功率因数角以及同步电抗为已知量，最终可以根据方程式，最终可以根据方程式求得励磁电势。求得励磁电势。 隐极电机相量图可按以下步骤作出：隐极电机相量图可按以下步骤作出：在水平方向作出相量在水平方向作出相量 ; ;根据根据 角找出角找出 的方向并作出相量；的方向并作出相量；在在 的尾端，加上相量的尾端，加上相量 ；作出由作出由 的首端指向的首端指向 尾端的相量，尾端的相量， 该相量便是该相量便是隐极同步发电机的相量图隐极同步发电机的相量图隐极同步发电机的向量（图隐极同步发电机的向量（图b）二、考虑磁饱

34、和时二、考虑磁饱和时 考虑磁饱和时，由于考虑磁饱和时，由于磁路的非线性磁路的非线性，叠加原理不再适用。叠加原理不再适用。先求出作用在主磁路上的合成磁动势先求出作用在主磁路上的合成磁动势F F；因为电枢磁势的波形和励磁磁势波形不太一样因为电枢磁势的波形和励磁磁势波形不太一样,所以要换算所以要换算. 换算系数换算系数Ka：表示：表示1安匝的电枢磁势相当于多少安匝的主极安匝的电枢磁势相当于多少安匝的主极磁势。磁势。然后利用电机的磁化曲线然后利用电机的磁化曲线 (空载曲线空载曲线)求出负载时的气隙磁通求出负载时的气隙磁通最后求出相应的气隙电动势最后求出相应的气隙电动势 。 相应的矢量图、相量图和相应的

35、矢量图、相量图和F FE E间的关系如图间的关系如图617a617a和和6617b17b所示。图所示。图6-17a6-17a中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故称中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故称为电动势为电动势磁动势图。磁动势图。或或 再从气隙电动势再从气隙电动势 减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，减去电枢绕组的电阻和漏抗压降， 使得电枢的端电压使得电枢的端电压 ，即，即电动势电动势-磁动势图磁动势图由合成磁动势由合成磁动势F确定气隙电动势确定气隙电动势E空载曲线空载曲线例题例题l凸极同步电机的气隙沿圆周不均匀：凸极同步电机的气隙沿圆周不均匀： 极面下的气隙较小，两极之间气隙较大。极面下的气

36、隙较小，两极之间气隙较大。l气隙磁导气隙磁导=0 0/ / ，直轴磁导比交轴磁，直轴磁导比交轴磁 导大导大, ,以以1801800 0由角度为一个周期。由角度为一个周期。l同样大小的电枢磁动势作用在直轴和交同样大小的电枢磁动势作用在直轴和交 轴上时，所产生的电枢磁场有明显变化；轴上时，所产生的电枢磁场有明显变化；一般情况一般情况：电枢磁动势在空间的任意位置。：电枢磁动势在空间的任意位置。分析方法分析方法：把电枢磁势：把电枢磁势分解分解成直轴和交轴两个分量；成直轴和交轴两个分量；用对应的直轴磁导和交轴磁导用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算出直轴和交轴电分别算出直轴和交轴电枢反应枢反应；最后把他们的

37、效果；最后把他们的效果叠加叠加起来。起来。6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图一、双反应理论一、双反应理论NS+3 凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导返回直轴电枢磁导直轴电枢磁导交轴电枢磁导交轴电枢磁导l双反应理论：双反应理论：l 对于在空间任意的电枢磁动势Fa,将其分解成直轴和交轴两个分量Fad和Faq，用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算出直轴和交轴电枢反应；最后把它们的效果叠加起来。不考虑磁饱和不考虑磁饱和时时同步发电机负载运行时物理同步发电机负载运行时物理量的关系：量的关系：二、凸极同步发电机的电压方程和相量图二、凸极同步发电机的电压方程和相量

38、图转子转子定子定子凸极机的电压方程凸极机的电压方程按规定的参考正方向，电压方程为：按规定的参考正方向，电压方程为：直轴电枢反应电抗直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗直轴同步电抗直轴同步电抗交轴同步电抗交轴同步电抗凸极同步发电机的向量图凸极同步发电机的向量图画出凸极同步发电机的相量图：画出凸极同步发电机的相量图： 首先必须知道及两个电流分量，也就是首先必须知道及两个电流分量，也就是要知道要知道 与与 之间的夹角之间的夹角0 0。进行变换：进行变换：引入虚拟电动势引入虚拟电动势 ，使，使依上式作图步骤如下：依上式作图步骤如下：1 1）以以电电压压作作参参考考量量，在在水水平平方方向向

39、作作出出相相量量 ；2 2）当已知功率因数角）当已知功率因数角 后，画出电流相后，画出电流相量量 ；3 3）根据）根据上上式式可知，相量可知，相量 和和 相相加可以确定加可以确定 的位置，即确定的位置，即确定0 0角；角； 4 4）按）按0 0角将电流角将电流I I分解成分解成 及及 ； 5 5）根据）根据上上式式，在电压相量，在电压相量 上加上上加上 及及 ，最后求得，最后求得 。 由图中，可以求得由图中，可以求得角及角及E E0 0的计算式的计算式角的确定角的确定凸极同步发电机的等效电路图凸极同步发电机的等效电路图三、直轴和交轴同步电抗的意义三、直轴和交轴同步电抗的意义 由于电抗与绕组匝数

40、的平方和所经磁路由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成正比，所以的磁导成正比，所以 如如图图102102所示。对于凸极电机，由于直轴所示。对于凸极电机，由于直轴下的气隙较交轴下小，下的气隙较交轴下小， ，所以，所以X XadadXXaqaq，因此在凸极同步电机中，因此在凸极同步电机中，X Xd dXXq q。 对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故X Xd dXXq qXXs s 例题例题返回思考：思考：判断下列变化对凸极同步发电机的直轴同步电抗有什判断下列变化对凸极同步发电机的直轴同步电抗有什么影响：么影响：（1 1）电枢绕组匝数增加；）电枢绕组匝数增加；（

41、2 2）磁路饱和度增加；）磁路饱和度增加；（3 3）气隙变大；）气隙变大；（4 4）励磁绕组匝数增加。）励磁绕组匝数增加。例题例题四、电枢绕组的漏抗四、电枢绕组的漏抗当电枢绕组中通过电流时，电流所产生的大部分磁通经过气当电枢绕组中通过电流时，电流所产生的大部分磁通经过气隙闭合，这部分磁通称为电枢绕组的主磁通（见图隙闭合，这部分磁通称为电枢绕组的主磁通（见图33），主），主磁通交变在电枢绕组中感应的电势称为电枢反应电势。还有磁通交变在电枢绕组中感应的电势称为电枢反应电势。还有一小部分不经过气隙，只与自己或邻近的导体交链，这部分一小部分不经过气隙，只与自己或邻近的导体交链，这部分磁通称为漏磁通，漏

42、磁通交变在电枢绕组中感应的电势称为磁通称为漏磁通，漏磁通交变在电枢绕组中感应的电势称为漏电势。漏电势与电枢电流的比值称为漏抗。漏抗与那些因漏电势。漏电势与电枢电流的比值称为漏抗。漏抗与那些因素有关素有关? 漏磁通主要分为槽漏磁通和端部漏磁通。漏磁通主要分为槽漏磁通和端部漏磁通。 漏磁通的影响：趋肤效应；附加铜耗和附加铁耗；电压降漏磁通的影响：趋肤效应；附加铜耗和附加铁耗；电压降低。低。6.5 同步发电机的功率方程和转矩方程l一、功率方程和电磁功率一、功率方程和电磁功率 l功功率率方方程程 若若转转子子励励磁磁损损耗耗由由另另外外的的直直流流电电源源供供给给，则则发发电电机机轴轴上上输输入入的的

43、机机械械功功率率PlPl扣扣除除机机械械损损耗耗 和和定定子子铁铁耗耗 后后，余余下下的的功功率率将将通通过过旋旋转转磁磁场场和和电电磁磁感感应应的的作作用用，转换成定子的电功率，所以转换功率就是电磁功率转换成定子的电功率，所以转换功率就是电磁功率PePe，即，即 (6-14) 再从电磁功率再从电磁功率PePe中减去电枢铜耗中减去电枢铜耗 可得电枢端点输出可得电枢端点输出的电功率的电功率P2P2；即；即 (6-15)P2、Pe等物理量的表达式。等物理量的表达式。机械损耗和铁耗可以看成是不变损耗，电枢铜耗是可变损耗。这些损耗最后都转化为机械损耗和铁耗可以看成是不变损耗，电枢铜耗是可变损耗。这些损

44、耗最后都转化为热能，使电机温度升高。热能，使电机温度升高。【补】通过改善散热条件，可以使同步发电机的额定功率得到适当提高。【补】通过改善散热条件，可以使同步发电机的额定功率得到适当提高。电磁功率电磁功率 从式从式(615)(615)可知，电磁功率可知，电磁功率PePe为为 由由图图105105可见可见 故同步电机的电磁功率亦可写成故同步电机的电磁功率亦可写成 上式的第一部分与感应电机的电磁功率表达式相同，第上式的第一部分与感应电机的电磁功率表达式相同，第二部分则是同步电机常用的。对于隐极同步电机，由于二部分则是同步电机常用的。对于隐极同步电机，由于E EQ QE E0 0，故有，故有 二、转矩

45、方程二、转矩方程 把功率方程把功率方程(614)(614)除以同步角速度，可得转矩方程除以同步角速度，可得转矩方程 式中，式中，T T1 1为原动机的驱动转矩为原动机的驱动转矩,T,Te e为电磁转矩为电磁转矩,T,T0 0为空载为空载转矩，分别为：转矩，分别为：(618)返回例例6-26.6 同步电机参数的测定一、用空载特性和短路特性确定直轴同步电抗一、用空载特性和短路特性确定直轴同步电抗 空空载载特特性性可可以以用用空空载载试试验验测测出出。试试验验时时，电电枢枢开开路路 ( (空空载载) )，用用原原动动机机把把被被试试同同步步电电机机拖拖动动到到同同步步转转速速，改改变变励励磁磁电电流

46、流IfIf，并并记记取取相相应应的的电电枢枢端端电电压压U0 U0 ( (空空载载时时即即等等于于E0E0，直直到到左右，可得空载特性曲线左右，可得空载特性曲线 。短短路路特特性性可可由由三三相相稳稳态态短短路路试试验验测测得得，试试验验线线路路如如图图6-6-24a24a所所示示。将将被被试试同同步步电电机机的的电电枢枢端端点点三三相相短短路路，用用原原动动机机拖拖动动被被试试电电机机到到同同步步转转速速，调调节节励励磁磁电电流流IfIf使使电电枢枢电电流流I I从从零零起起一直增加到左右，便可得到短路特性曲线，一直增加到左右，便可得到短路特性曲线，如图如图624b624b所示。所示。 短路

47、时，短路时， ，故，故 ， ，而，而 所以所以 因为短路试验时磁路为不饱和，所以这里的因为短路试验时磁路为不饱和，所以这里的E E0 0( (每相值每相值) )应从气隙线上查出，如应从气隙线上查出，如图图625625所示，求出所示，求出的的X Xd d值为不饱和值。画短路时的相量图。值为不饱和值。画短路时的相量图。 (619)(620)【补】是否可以通过空载和短路试验测定同步电机的交轴同步电抗？【补】是否可以通过空载和短路试验测定同步电机的交轴同步电抗？ X Xd d的的饱饱和和值值与与主主磁磁路路的的饱饱和和情情况况有有关关。主主磁磁路路的的饱饱和和程程度度取取决决于于实实际际运运行行时时作

48、作用用在在主主磁磁路路上上的的合合成成磁磁动动势势，因因而而取取决决于于相相应应的的气气隙隙电电动动势势；如如果果不不计计漏漏阻阻抗抗压压降降，则则可可近近似似认认为为取取决决于于电电枢枢的的端端电电压压，所所以以通通常常用用对对应应于于额额定定电电压压时时的的X Xd d值值作作为为其其饱饱和和值值。为为此此，从从空空载载曲曲线线上上查查出出对对应应于于额额定定端端电电压压U UN N时时的的励励磁磁电电流流I If0f0，再再从从短短路路特特性性上上查查出出与与该该励励磁磁电电流流相相应应的的短短路路电电流流，如如图图626626所所示示，这这样样即即可可求求出出 X Xd d( (饱和饱

49、和) )例例6-3二、用转差法测定同步电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗二、用转差法测定同步电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗把同步电机的励磁绕组开路，用原动机把电机拖动到接近同步转速，在电枢绕组把同步电机的励磁绕组开路，用原动机把电机拖动到接近同步转速，在电枢绕组上施加上施加2%-5%的额定电压，测电枢电压和电枢电流的最大值和最小值。的额定电压，测电枢电压和电枢电流的最大值和最小值。Xd=Umax/IminXq=Umin/Imax如何测电枢电压和电枢电流的最大值和最小值？如何测电枢电压和电枢电流的最大值和最小值？6.7 同步发电机的运行特性一、同步发电机的运行特性一、同步发电机的运行特性 同步发

50、电机的稳态运行特性包括同步发电机的稳态运行特性包括外特性、调整外特性、调整特性和效率特性。特性和效率特性。 外特性外特性外特性表示发电机的转速为同步转外特性表示发电机的转速为同步转速，且励磁电流和负载功率因数不变时，发电机的速，且励磁电流和负载功率因数不变时，发电机的端电压与电枢电流之间的关系：即端电压与电枢电流之间的关系：即n nn nS S，I If f= =常值，常值，cos=cos=常值时，常值时，U=f(I)U=f(I)。 图图113 113 表示带有不同功率因数的负载时，同步表示带有不同功率因数的负载时，同步发电机的外特性。发电机的外特性。 从同步发电机的外特性曲线可以看出：从同步

51、发电机的外特性曲线可以看出：（1）当负载为感性负载时，外特性是下降的曲线；）当负载为感性负载时，外特性是下降的曲线；（2）当负载为纯电阻负载时，外特性也是下降的曲线；）当负载为纯电阻负载时，外特性也是下降的曲线；（3）当负载为容性负载时，外特性可能是上升的曲线。）当负载为容性负载时，外特性可能是上升的曲线。以纯电阻负载为例，画图说明。再从电枢反应的角度谈。电压调整率。以纯电阻负载为例，画图说明。再从电枢反应的角度谈。电压调整率。从同步发电机的调整特性曲线可以看出：调整特性曲线的变化趋势与外特性恰好从同步发电机的调整特性曲线可以看出：调整特性曲线的变化趋势与外特性恰好相反。相反。效率特性：开口向

52、下的曲线，有极大值点。效率特性：开口向下的曲线，有极大值点。水轮发电机水轮发电机200MW汽轮发电机汽轮发电机(n=150r/min)(n=3000r/min)铁耗铁耗(包括空载杂散铁耗）包括空载杂散铁耗）25.8%12.78%电枢基本铜耗电枢基本铜耗14.8%14.28%励磁损耗励磁损耗22.2%19.39%机械损耗机械损耗28.3%39.14%短路杂散损耗短路杂散损耗8.9%14.41%总损耗总损耗100%100%额定效率额定效率97.81%98.32%本节第本节第2部分内容：用电动势部分内容：用电动势-磁动势图求取额定励磁电流和电压调整率，与前面磁动势图求取额定励磁电流和电压调整率，与前

53、面的补充题相似。的补充题相似。 调调整整特特性性调调整整特特性性表表示示发发电电机机的的转转速速为为同同步步转转速速、端端电电压压为为额额定定电电压压、负负载载的的功功率率因因数数不不变变时时，励励磁磁电电流流与与电电枢枢电电流流之之间间的的关关系系；即即n nn nS S，U U =U=UNN，cos=cos=常值时，常值时，If=f(I)If=f(I)。 图图631631表表示示带带有有不不同同功功率率因因数数的的负负载载时时，同同步步发电机的调整特性发电机的调整特性 效效率率特特性性效效率率特特性性是是指指转转速速为为同同步步转转速速、端端电电压压为为额额定定电电压压、功功率率因因数数为

54、为额额定定功功率率因因数数时时，发发电电机机的的效效率率与与输输出出功功率率的的关关系系；即即n nn nS S，U U =U=UNN，cos= coscos= cosN N时，时，=f(P2)=f(P2)。 返回同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行为减少负载变动的影响为减少负载变动的影响,提高供电可靠性和质量提高供电可靠性和质量,电网中多台发电机并联运行电网中多台发电机并联运行.一一、投入并联的条件和方法、投入并联的条件和方法.条件条件:(1)同步发电机的相序与电同步发电机的相序与电网的相序一致网的相序一致;(2)同步发电机的频率与电同步发电机的频率与电网的相同网的相同;(3

55、)同步发电机空载电压的同步发电机空载电压的大小大小,相位与电网的相同相位与电网的相同.这三个条件其实是要求要这三个条件其实是要求要并网的发电机与电网上其并网的发电机与电网上其它正在运行的发电机严格它正在运行的发电机严格保持同步保持同步.这三个条件中这三个条件中,第一个条件必须满足第一个条件必须满足,第二个和第三个允许稍有出入第二个和第三个允许稍有出入.方法方法:(1)准确整步法准确整步法定义定义:使三个条件全部满足后再并网的方法使三个条件全部满足后再并网的方法,称为准确整步法称为准确整步法.如何判断三个条件全部满足如何判断三个条件全部满足?采用同步指示器采用同步指示器,最简便的一种判断方法称为

56、灯光法最简便的一种判断方法称为灯光法.灯光法包括直接接法灯光法包括直接接法(灯光熄灭法灯光熄灭法)和交叉接法和交叉接法(灯光旋转法灯光旋转法).直接接法直接接法(灯光熄灭法灯光熄灭法):如图如图,指示灯的接法和并网开关的接法一致指示灯的接法和并网开关的接法一致.若相序一致若相序一致,其它不一致其它不一致,则三盏灯同时变化亮度则三盏灯同时变化亮度;若相序一致若相序一致,频率也一致频率也一致,但发电机的电压的大小或相位与电网的不同但发电机的电压的大小或相位与电网的不同,则三盏灯的则三盏灯的亮亮度保持不变度保持不变.若三个条件全部满足若三个条件全部满足,则三盏灯全部熄灭则三盏灯全部熄灭.趁三盏灯全部

57、熄灭时合闸趁三盏灯全部熄灭时合闸.直接接法的同步指示器直接接法的同步指示器交叉接法交叉接法(灯光旋转法灯光旋转法):指示灯的接法和并网开关的接法不一致指示灯的接法和并网开关的接法不一致,如图如图.若相序一致若相序一致,其它条件不满足其它条件不满足,则三盏灯的亮度出现旋转现象则三盏灯的亮度出现旋转现象;若相序一致若相序一致,频率也一致频率也一致,但发电机空载电压的大小或相位与电网的不同但发电机空载电压的大小或相位与电网的不同,则三盏灯则三盏灯保保持各自的亮度不变持各自的亮度不变;若三个条件全部满足若三个条件全部满足,则一盏灯熄灭则一盏灯熄灭,其余两盏灯一样亮其余两盏灯一样亮.趁一盏灯灭趁一盏灯灭

58、,其余两盏灯一样亮时合闸其余两盏灯一样亮时合闸.【补】在做同步发电机并网实验时发现，把一台【补】在做同步发电机并网实验时发现，把一台4极的同步发电机拖动极的同步发电机拖动到到1500r/min并网，并网后电机转速变为并网，并网后电机转速变为1497r/min，这是为，这是为什么什么?交叉接法的同步指示器交叉接法的同步指示器(2)自整步法自整步法先将发电机的励磁绕组通过一个电阻短接先将发电机的励磁绕组通过一个电阻短接,用原动机把发电机按正确相序拖动到用原动机把发电机按正确相序拖动到接近同步转速后并网接近同步转速后并网,最后把励磁电源接入最后把励磁电源接入,依靠同步转矩把电机牵入同步依靠同步转矩把

59、电机牵入同步.紧急情况下使用自整步法紧急情况下使用自整步法.总结总结:熟记同步发电机并网的三个条件熟记同步发电机并网的三个条件,准确整步法准确整步法,自整步法自整步法.【补】同步发电机与电网并联运行的条件是什么？当四个并联条件中的某一个不符合【补】同步发电机与电网并联运行的条件是什么？当四个并联条件中的某一个不符合时，会产生什么后果？应采取什么措施使之满足并联条件？时，会产生什么后果？应采取什么措施使之满足并联条件？解：同步发电机与电网并联运行的条件是解：同步发电机与电网并联运行的条件是相序相同；频率相同；电压幅值相同；电压初相角相同。相序相同；频率相同；电压幅值相同；电压初相角相同。当四个条

60、件中的某一个条件不符合时，并网时会产生很大的电流冲击。当四个条件中的某一个条件不符合时，并网时会产生很大的电流冲击。相序不同时，应将发电机接至并网开关的任意两根线对调；频率不同时，应调整相序不同时，应将发电机接至并网开关的任意两根线对调；频率不同时，应调整发电机的转速；电压幅值不同时，应调节发电机的励磁；电压初相角不同时，应通过发电机的转速；电压幅值不同时，应调节发电机的励磁；电压初相角不同时，应通过调节发电机的瞬时转速使转子的相对位置有所变化。调节发电机的瞬时转速使转子的相对位置有所变化。【补】一台直流电动机拖动一台同步发电机并联在大电网上运行，适当减少直【补】一台直流电动机拖动一台同步发电

61、机并联在大电网上运行，适当减少直流电动机的励磁电流，整个机组的转速是否会有变化？为什么？此时发电机输流电动机的励磁电流，整个机组的转速是否会有变化？为什么？此时发电机输出的有功功率有什么变化？出的有功功率有什么变化？【补】同步电机的习题集中的第【补】同步电机的习题集中的第30题。题。二二、与电网并联时同步电机的功角特性、与电网并联时同步电机的功角特性当同步电机并联在大电网上运行当同步电机并联在大电网上运行,可以可以假定电网电压假定电网电压U的大小的大小,频率和相位不频率和相位不变变.功角特性功角特性:U,E0一定时一定时,同步电机的电同步电机的电磁功率与功角的函数关系磁功率与功角的函数关系:P

62、e=f()(1)隐极同步电机的功角特性隐极同步电机的功角特性忽略电枢绕组铜耗忽略电枢绕组铜耗,有有经过推导经过推导,代换代换,得得功角特性曲线如图功角特性曲线如图,当当=90度电角度电角度度,电磁功率达到最大电磁功率达到最大.(2)凸极同步电机的功角特性凸极同步电机的功角特性忽略电枢绕组铜耗忽略电枢绕组铜耗,有有经过推导经过推导,代换代换,得得当当约等于约等于70度电角度时度电角度时,电磁功率达到最大电磁功率达到最大.总结总结:当同步电机并联在大电网上运行时当同步电机并联在大电网上运行时,在稳定运行的范围内在稳定运行的范围内,同步电机的电磁功率同步电机的电磁功率的大小与功率角的大小正相关的大小

63、与功率角的大小正相关.三三与电网并联时有功功率的调节和静态稳定与电网并联时有功功率的调节和静态稳定当同步发电机并联在大电网上运行时当同步发电机并联在大电网上运行时,可以认为电压的大小可以认为电压的大小,频率和相位保持不变频率和相位保持不变.刚并上电网时刚并上电网时,功率角为功率角为0,有功功率为有功功率为0,见下图左边见下图左边.欲增大有功功率欲增大有功功率,应该增大原动机的机械功率应该增大原动机的机械功率,这样主极就有了加速的趋势这样主极就有了加速的趋势,功率角功率角增大增大,电机的有功功率增大电机的有功功率增大.反之反之,应该减少原动机的机械功率应该减少原动机的机械功率从能量转化和守恒的角

64、度看也是这样从能量转化和守恒的角度看也是这样.静态稳定静态稳定:同步发电机与电网并联运行同步发电机与电网并联运行,假假定外界发生扰动定外界发生扰动,当扰动消失后当扰动消失后,如果电如果电机机仍然能够回到原来的运行点运行仍然能够回到原来的运行点运行,则该发则该发电机是静态稳定的电机是静态稳定的.如图如图,假定开始时电机运行在假定开始时电机运行在A点点如果开始时电机运行在如果开始时电机运行在B点点由此可见由此可见,可以根据功角特性曲线的斜可以根据功角特性曲线的斜率来判断电机的静态稳定性率来判断电机的静态稳定性.整步功率系数整步功率系数当整步功率系数大于当整步功率系数大于0,电机才是静态电机才是静态

65、稳定的稳定的.同步发电机的过载能力同步发电机的过载能力增大励磁电流可以增大整步功率系数增大励磁电流可以增大整步功率系数,也就是增加了同步发电机的静态稳定性和过也就是增加了同步发电机的静态稳定性和过载能力载能力.补补一台同步发电机并联在大电网上运行一台同步发电机并联在大电网上运行,增大原动机的功率增大原动机的功率,电机的功率角将电机的功率角将；增大励磁电流；增大励磁电流(原动机功率保持不变原动机功率保持不变),电机的功率角将电机的功率角将。总结总结:要想改变并网运行的同步发电机的有功功率要想改变并网运行的同步发电机的有功功率,必须改变原动机的机械功率必须改变原动机的机械功率.四四、与电网并联运行

66、时无功功率的调节、与电网并联运行时无功功率的调节有功功率有功功率无功功率无功功率假定有功功率不变假定有功功率不变,调节励磁电流调节励磁电流,看无功功率如何变化看无功功率如何变化.如图如图.正常励磁正常励磁:Q=0,功率因数等于功率因数等于=1，发电机不输出无功功率，发电机不输出无功功率;过励过励:Q大于大于0,功率因数小于功率因数小于1（滞后），发电机输出滞后的无功功率（滞后），发电机输出滞后的无功功率;欠励欠励:Q小于小于0,功率因数小于功率因数小于1（超前），发电机输出超前的无功功率（超前），发电机输出超前的无功功率.因此因此,并网运行时并网运行时,发电机的功率因数的性质和大小是由励磁电流

67、决定的发电机的功率因数的性质和大小是由励磁电流决定的.总结总结:对于并网运行的同步发电机对于并网运行的同步发电机,通过调节励磁来调节它的无功功率通过调节励磁来调节它的无功功率.补补一台汽轮发电机并联于电压为一台汽轮发电机并联于电压为U的大电网，额定负载时功率角为的大电网，额定负载时功率角为20度。现在度。现在因因为故障，电网电压降为为故障，电网电压降为60%U，假定负载大小不变，假定负载大小不变,为使功率角不超过为使功率角不超过25度，应加度，应加大励磁使至少变为原先的多少倍？大励磁使至少变为原先的多少倍？(1.35)五、功率因数变化时发电机的输出能力五、功率因数变化时发电机的输出能力输出能力

68、曲线输出能力曲线Q=f（P）：当发电机的端电压为额定值，励磁电流和电枢电流都不）：当发电机的端电压为额定值，励磁电流和电枢电流都不超过额定值时的无功功率超过额定值时的无功功率Q和有功功率和有功功率P的关系曲线。的关系曲线。设发电机的输出能力主设发电机的输出能力主要受温升限制。如何让发要受温升限制。如何让发电机始终在输出能力曲线电机始终在输出能力曲线上运行？上运行？再谈电机的温升与散热。再谈电机的温升与散热。同步电动机与同步补偿机同步电动机与同步补偿机一一同步电动机的电压方程和相量图同步电动机的电压方程和相量图画图说明同步发电机向电动机的转变画图说明同步发电机向电动机的转变.1.隐极同步电动机隐

69、极同步电动机按照电动机惯例重新规定同步电机各物理量的正方向如图按照电动机惯例重新规定同步电机各物理量的正方向如图.得得画相量图如图画相量图如图:先画先画U,I.2.凸极同步电动机凸极同步电动机如图如图,按照电动机惯例重新规定电机各物理量的正方向按照电动机惯例重新规定电机各物理量的正方向,得得画相量图画相量图,先画先画U,I,再画再画Eq.总结总结:按照电动机惯例重新规定各物理量正方向按照电动机惯例重新规定各物理量正方向.二二同步电动机的功角特性同步电动机的功角特性,功率方程和转矩方程功率方程和转矩方程1.功角特性功角特性隐极同步电动机隐极同步电动机凸极同步电动机凸极同步电动机形式与发电机一样形

70、式与发电机一样,注注意意小于小于0.2.功率方程功率方程3.转矩方程转矩方程其中其中三三同步电动机的运行特性同步电动机的运行特性1.功率因数特性功率因数特性保持励磁电流不变保持励磁电流不变,当同步电动机的负载由小变大当同步电动机的负载由小变大,功率因数由超前变为滞后功率因数由超前变为滞后.保持负载不变保持负载不变,调节励磁电流调节励磁电流,同步电动机的功率因数也会变化同步电动机的功率因数也会变化.如图如图.功率因数可调功率因数可调,这是同步电动机相比于异步电动机的一大优点这是同步电动机相比于异步电动机的一大优点.2.其它工作特性其它工作特性电磁转矩特性电磁转矩特性,电流特性电流特性,效率特性效

71、率特性,如图如图.形曲线形曲线定义如右边公式定义如右边公式:正常励磁时正常励磁时,I最小最小;过励或欠励过励或欠励,I都将增大都将增大.自己看自己看例例6-6,作业作业6-26四四同步电动机的起动同步电动机的起动直接起动很难直接起动很难.1.异步起动法异步起动法利用阻尼绕组产生异步转矩帮助利用阻尼绕组产生异步转矩帮助起动起动.如图如图,先把励磁绕组通过电阻短先把励磁绕组通过电阻短接接为什么要这样做为什么要这样做?如果直接开路如果直接开路或直接短路或直接短路,会产生过电压或较会产生过电压或较大的单轴转矩大的单轴转矩,如图如图.2.辅助电动机起动辅助电动机起动类似于同步发电机的自整步法投入电网类似

72、于同步发电机的自整步法投入电网.3.变频起动变频起动需要变频电源需要变频电源.转子加励磁转子加励磁,定子慢升频定子慢升频.同步电动机的缺点同步电动机的缺点:需要电刷需要电刷,集电环集电环.如果没有变频电源如果没有变频电源,起动和调速都比较困难起动和调速都比较困难.【补】感应电动机的功率因数总是滞后的，同步电动机的功率因数总是超前的。【补】感应电动机的功率因数总是滞后的，同步电动机的功率因数总是超前的。五五同步补偿机同步补偿机当同步电机的电压相量与电流相量垂直时当同步电机的电压相量与电流相量垂直时,为补偿机状态为补偿机状态,如图如图.同步电机处于补偿机状态时同步电机处于补偿机状态时,向外不输出有

73、功功率向外不输出有功功率,但输出无功功率但输出无功功率.因此因此,补偿机补偿机一一般接在负载附近般接在负载附近,专门向负载提供无功功率专门向负载提供无功功率,以提高电网的功率因数以提高电网的功率因数,如图如图.没有补偿机时没有补偿机时,电网电流为电网电流为Ia;有补偿机时有补偿机时,电网电流为电网电流为I,由于由于I小于小于Ia,因此因此,电网的无电网的无功电流减少功电流减少,功率因数得以提高功率因数得以提高.作业作业:6-28总结总结:同步补偿机一般向电网输出滞后的无功电流同步补偿机一般向电网输出滞后的无功电流,并联在负荷中心，就近提供无功并联在负荷中心，就近提供无功电流。电流。同步补偿机相

74、量图（电流方向按发电同步补偿机相量图（电流方向按发电机惯例）机惯例）6.10同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行由于种种原因由于种种原因,如三相负载不对称如三相负载不对称,单相对中点短路等单相对中点短路等,同步发电机有可能在不对称状同步发电机有可能在不对称状态态下运行下运行.研究方法研究方法:化不对称为对称化不对称为对称.例例单相对中点短路单相对中点短路:一一对称分量法对称分量法定义定义:设电机结构对称设电机结构对称,磁路线性磁路线性,若三相电压或电流不对称若三相电压或电流不对称,可以把它们分解成三组可以把它们分解成三组对对称的电压或电流称的电压或电流,分别称之为正序分量分别称之为正序

75、分量,负序分量和零序分量负序分量和零序分量.分别求出三组分分别求出三组分量量单独作用时电机的响应单独作用时电机的响应,然后把结果叠加然后把结果叠加.例例设设为不对称三相电压为不对称三相电压,则有则有其中其中由于系数行列式不为零由于系数行列式不为零,因此方程组因此方程组有且仅有唯一一组解有且仅有唯一一组解.对称分量法的理论根据一是线性系统对称分量法的理论根据一是线性系统的叠加原理的叠加原理,二是线性方程组理论二是线性方程组理论.总结总结:对称分量法对称分量法.二二同步发电机的各相序阻抗和电压方程同步发电机的各相序阻抗和电压方程1.正序阻抗和正序电压方程正序阻抗和正序电压方程正序阻抗正序阻抗:主极

76、正向旋转主极正向旋转,励磁绕组接励磁绕组接励磁电源励磁电源,电枢绕组流过正序三相电电枢绕组流过正序三相电流流,此时同步电机所表现的阻抗称为此时同步电机所表现的阻抗称为正序阻抗正序阻抗.隐极隐极凸极凸极电压电压方程方程式式2.负序阻抗和负序电压方程负序阻抗和负序电压方程负序阻抗负序阻抗:主极正向旋转主极正向旋转,励磁绕组短路励磁绕组短路,电枢绕组流过负序三相电流电枢绕组流过负序三相电流,此时同步电此时同步电机机所表现的阻抗称为负序阻抗所表现的阻抗称为负序阻抗.从负序旋转磁场来观察从负序旋转磁场来观察,电机的转差电机的转差不为零不为零(s=2),负序旋转磁场切割励负序旋转磁场切割励磁磁绕组和阻尼绕

77、组绕组和阻尼绕组,这两个绕组中会感这两个绕组中会感应去磁性质的电流应去磁性质的电流.因此负序阻抗要因此负序阻抗要比正序阻抗小比正序阻抗小.设电机主极上有阻尼绕组设电机主极上有阻尼绕组,则则电压方程式电压方程式3.零序阻抗和零序电压方程零序阻抗和零序电压方程零序阻抗零序阻抗:主极正向同步旋转主极正向同步旋转,励磁绕励磁绕组短接组短接,流过三相零序电流流过三相零序电流,此时同步此时同步电机表现的阻抗称为零序阻抗电机表现的阻抗称为零序阻抗.由于三相零序电流在气隙中的合成磁由于三相零序电流在气隙中的合成磁势为零势为零,因此只剩下漏磁通因此只剩下漏磁通,零序阻抗零序阻抗基本上是漏阻抗基本上是漏阻抗.电压

78、方程式电压方程式:总结总结:正序阻抗约等于同步电抗正序阻抗约等于同步电抗,负序阻抗要小于正序阻抗负序阻抗要小于正序阻抗,零序阻抗最小零序阻抗最小.熟悉各熟悉各序的电压方程。序的电压方程。三三同步发电机的单相短路同步发电机的单相短路设设A相对中点短路相对中点短路,B,C两相空载两相空载,有约束条件有约束条件:根据对称分量法根据对称分量法,有有即即解得解得又根据各序的电压方程：又根据各序的电压方程：三式相加三式相加,得得所以所以再对比三相对称短路再对比三相对称短路电流电流又又,B,C两相电压如下两相电压如下式式:以上讨论的是基波以上讨论的是基波.实际上实际上,由于电枢负序旋转磁场以两倍于同步转速的

79、速度相对励磁绕组运动由于电枢负序旋转磁场以两倍于同步转速的速度相对励磁绕组运动,励磁绕励磁绕组组中会感应两倍基波频率的电流中会感应两倍基波频率的电流,产生脉振磁场产生脉振磁场.把这个脉振磁场分解成两个旋转磁场把这个脉振磁场分解成两个旋转磁场,其中的负向旋转磁场相对于电枢绕组以同步转速运动其中的负向旋转磁场相对于电枢绕组以同步转速运动,在电枢绕组中感应的正是基波在电枢绕组中感应的正是基波负序电流负序电流;而正向旋转磁场以三倍于同步转速的速度相对于电枢绕组运动而正向旋转磁场以三倍于同步转速的速度相对于电枢绕组运动,因此电枢因此电枢绕绕组中还有三次谐波电流组中还有三次谐波电流.总结总结:运用对称分量

80、法可得运用对称分量法可得,同步发电机单相对中点短路基波电流明显大于三相对中同步发电机单相对中点短路基波电流明显大于三相对中点短路基波电流点短路基波电流;另外另外,电枢绕组中还有三次谐波电流电枢绕组中还有三次谐波电流,励磁绕组中还有二次谐励磁绕组中还有二次谐波波电流电流.四四同步发电机的线间短路同步发电机的线间短路如图如图,在没有中线的情况下在没有中线的情况下,B,C两相发生短路两相发生短路,A相开路相开路.电流约电流约束条件束条件:根据对称分量法根据对称分量法,有有解得解得又又,根据电压方根据电压方程式程式,可得可得右图为各序等效电路的电压方程式右图为各序等效电路的电压方程式,把把第第(1)式

81、减去第式减去第(2)式式,得得所以所以,B,C两相电流为两相电流为又又以上是基波电流以上是基波电流,还有还有三次谐波电流三次谐波电流.总结总结:同步发电机线间短路电流小于单相短路电流同步发电机线间短路电流小于单相短路电流,但是大于三相对称短路电流但是大于三相对称短路电流.五五不对称运行对同步发电机的影响不对称运行对同步发电机的影响同步发电机在不对称运行的情况下同步发电机在不对称运行的情况下,电枢绕组里有三次和更高次数的谐波电流电枢绕组里有三次和更高次数的谐波电流,励励磁绕组磁绕组,阻尼绕组和实心转子中有频率阻尼绕组和实心转子中有频率100Hz和更高频率的电流和更高频率的电流.所有这些电流会所有

82、这些电流会增大电机的附加铜耗增大电机的附加铜耗,这些电流所产生的磁场又会增大电机的附加铁耗这些电流所产生的磁场又会增大电机的附加铁耗,使转子温使转子温度上升度上升,电机效率下降电机效率下降.负序电流还会引起转矩脉动和定子振动负序电流还会引起转矩脉动和定子振动.总结总结:从保护发电机的角度来看从保护发电机的角度来看,希望避免不对称运行希望避免不对称运行,但是为了电网的安全但是为了电网的安全,有时有时又又需要发电机运行于不对称的情况需要发电机运行于不对称的情况.【补】同步电机习题集中关于负序电抗的习题。【补】同步电机习题集中关于负序电抗的习题。补补一台同步发电机做不对称运行一台同步发电机做不对称运

83、行,运用对称分量法分解三相电流运用对称分量法分解三相电流,得得A相各序电相各序电流流如下图如下图.请你在原图上画出请你在原图上画出B,C相各相序电流相各相序电流,并指出电机处于何种不对称运行并指出电机处于何种不对称运行情况情况.作业作业:6-306.11同步发电机的三相突然短路同步发电机的三相突然短路先谈稳态短路电流的大小和相位先谈稳态短路电流的大小和相位.分析三相突然短路基于以下原则分析三相突然短路基于以下原则:(1)电枢周期电流的相位落后励磁电动势相位电枢周期电流的相位落后励磁电动势相位90度度;(2)电枢电流和励磁电流的瞬时值在突然短路前后不能突变电枢电流和励磁电流的瞬时值在突然短路前后

84、不能突变.1.三相突然短路的瞬态电磁过程三相突然短路的瞬态电磁过程2.假定短路发生前假定短路发生前,电机空载电机空载,短短路路3.发生时发生时,主极运行到主极运行到d轴与轴与A相相相相4.轴垂直的位置上轴垂直的位置上,如图如图.5.此时此时,A相的励磁电动势的瞬时相的励磁电动势的瞬时6.值为最大值为最大,根据第根据第(1)条原则条原则,A7.相的周期电流的瞬时值为零相的周期电流的瞬时值为零,8.因此因此A相周期电流的波形如图相周期电流的波形如图.由于突然短路前后由于突然短路前后,A相周期相周期电流没有突变电流没有突变,因此因此A相电流相电流中没有非周期分量中没有非周期分量.对于对于B,C两相来

85、说两相来说,由于其周由于其周期电流的瞬时值在突然短路期电流的瞬时值在突然短路发生时不为零发生时不为零,因此其电流因此其电流中中还有非周期分量还有非周期分量,两者叠加两者叠加,使得突然短路发生时使得突然短路发生时,电流电流瞬时值仍然为零瞬时值仍然为零,如图如图.以上说明以上说明,突然短路发生时突然短路发生时,各各相的情况不一定相同相的情况不一定相同,是否存是否存在非周期分量在非周期分量,要看短路发生要看短路发生时主极运行到什么位置时主极运行到什么位置.假定突然短路发生时假定突然短路发生时,d轴与轴与A相相轴重合相相轴重合,情况怎样情况怎样?又又,突然短路发生时突然短路发生时,周期电流的幅值是稳态

86、电流幅值的周期电流的幅值是稳态电流幅值的4-7倍倍,这是为什么这是为什么?突然短路时突然短路时,电枢电流的瞬时值为电枢电流的瞬时值为零零,但是其变化率不为零但是其变化率不为零,则励磁则励磁绕绕组会感应电流组会感应电流,该电流以时间常该电流以时间常数数Td衰减衰减,Td主要与励磁绕组主要与励磁绕组参参数有关数有关.对于电枢绕组来说对于电枢绕组来说,由于励磁电流由于励磁电流增加了增加了,因此励磁电动势也增加了因此励磁电动势也增加了从从E0变成了变成了E0,这样这样,电枢电流电枢电流的的周期分量的幅值自然也增大了周期分量的幅值自然也增大了.对对于凸极同步电机来说于凸极同步电机来说,有有或写为或写为X

87、d称为直轴瞬态电抗称为直轴瞬态电抗,比比Xd小小.由于励磁绕组电流的非周期分量以由于励磁绕组电流的非周期分量以Td衰减衰减,因此因此,电枢电流的周期分量的增加部分电枢电流的周期分量的增加部分也以也以Td衰减衰减.由于励磁电流在突然短路前后也由于励磁电流在突然短路前后也不能突变不能突变,因此因此,励磁电流中还有励磁电流中还有周周期分量期分量,以时间常数以时间常数Ta衰减衰减,如图如图.电枢电流的非周期分量也以电枢电流的非周期分量也以Ta衰衰减减,Ta与电枢绕组的参数有关与电枢绕组的参数有关.总结总结:同步发电机发生三相突然短同步发电机发生三相突然短路时路时,电枢电流的周期分量的电枢电流的周期分量

88、的幅值会增大幅值会增大,有的相绕组中还有的相绕组中还可能有非周期分量可能有非周期分量.2.阻尼绕组对三相突然短路电流的影响阻尼绕组对三相突然短路电流的影响如果主极上还装有阻尼绕组如果主极上还装有阻尼绕组,则突然短路瞬间则突然短路瞬间,阻尼绕组中也要感应电流阻尼绕组中也要感应电流,这个感这个感应电流也参加励磁应电流也参加励磁,使得励磁电动势变得更大使得励磁电动势变得更大,从从E0变为变为E0.电枢电流周期分量电枢电流周期分量的幅值变得更大的幅值变得更大,对于凸极对于凸极同步电机来说同步电机来说,有有Xd称为直轴超瞬态电抗称为直轴超瞬态电抗有关系式有关系式:或或由于阻尼绕组的存在由于阻尼绕组的存在

89、,电枢电流电枢电流的波形如图的波形如图,其中的周期分量先其中的周期分量先以以Td衰减衰减,再以再以Td衰减衰减.Td与与阻尼绕组的参数有关阻尼绕组的参数有关.总结总结:如果同步电机上装有如果同步电机上装有,阻阻尼尼绕组绕组,突然短路时突然短路时,电枢电流周电枢电流周期期分量的幅值会变得更大分量的幅值会变得更大.3.一点说明一点说明以上分析了同步发电机突然短路时电枢绕组中的周期以上分析了同步发电机突然短路时电枢绕组中的周期(基波基波)电流和非周期电流电流和非周期电流,其其实实电枢绕组中还有二倍基波频率的周期电流电枢绕组中还有二倍基波频率的周期电流(二次谐波二次谐波),这个电流是与励磁绕组和阻这个

90、电流是与励磁绕组和阻尼尼绕组中的周期电流绕组中的周期电流(基波基波)对应的对应的.讨论讨论例例6-7突然短路的危害：突然增大的电磁力对绕组端部的冲击；瞬时过电流对电网的冲突然短路的危害：突然增大的电磁力对绕组端部的冲击；瞬时过电流对电网的冲击。（画图说明）击。（画图说明）补】一台同步发电机原来运行于空载状态，当主极直轴运行到与补】一台同步发电机原来运行于空载状态，当主极直轴运行到与A相绕组轴线重相绕组轴线重合时发生突然短路事故。问合时发生突然短路事故。问A相绕组中是否会产生非周期电流相绕组中是否会产生非周期电流,为什么？为什么？三相同步发电机的不对称突然短路三相同步发电机的不对称突然短路例：单

91、相对中点突然短路；相间突然短路。例：单相对中点突然短路；相间突然短路。分析方法：对称分量法仍然适用，不过考虑的时间段是短路刚发生时的几个周分析方法：对称分量法仍然适用，不过考虑的时间段是短路刚发生时的几个周波。波。结论：把不对称运行情况中的各序电抗用各序瞬态电抗代替即可。结论：把不对称运行情况中的各序电抗用各序瞬态电抗代替即可。即用即用Xd(Xd)代替代替Xd，负序电抗和零序电抗不变。，负序电抗和零序电抗不变。同步电机的空载磁路返回同步电机的空载特性返回空载时空载时NKw1双反应理论图618 双反应理论双反应理论双反应理论图618 双反应理论返回双反应理论双反应理论隐极同步发电机的向量图隐极同

92、步发电机的向量图返回隐极同步发电机的向量（图隐极同步发电机的向量（图b）返回隐极同步发电机的等效电路隐极同步发电机的等效电路返回电动势电动势-磁动势图磁动势图返回由合成磁动势由合成磁动势F确定气隙电动势确定气隙电动势E空载曲线空载曲线返回凸极同步发电机的向量图凸极同步发电机的向量图返回角的确定角的确定返回凸极同步发电机的等效电路图凸极同步发电机的等效电路图返回凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导返回直轴电枢磁导直轴电枢磁导交轴电枢磁导交轴电枢磁导从向量图导出从向量图导出返回短路实验接线图短路实验接线图返回短路特性短路特性返回用空载和短路特性来确定用空载和

93、短路特性来确定返回(饱和饱和)的确定的确定返回同步发电机的外特性同步发电机的外特性cos滞后滞后cos=1cos超前超前返回图图631同步发电机的调整特性同步发电机的调整特性cos滞后滞后cos=1cos超前超前返回旋转磁极式同步电机的类型旋转磁极式同步电机的类型NS+隐极式隐极式返回NSNS+凸极式凸极式返回带副励磁机的励磁系统带副励磁机的励磁系统GG副励磁机副励磁机主励磁机主励磁机同步发电机同步发电机返回静止整流器励磁系统交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机不可控整不可控整流起器流起器电压调电压调整器整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控整可控整流起器

94、流起器自励恒自励恒压器压器返回NNoNoNoNNSoSoSSSSo主极主极主极主极同同步步电电机机的的三三种种运运行行状状态态发电机发电机补偿机补偿机电动机电动机返回l例例62 有一台25000kW、10.5kV(星形联结)、 (滞后)的汽轮发电机，从其空载、短路试验中得到下列数据，试求同步电抗。l从空载特性上查得：相电压 kV时，If0155A；从短路特性上查得：IIN1718A时，Ifk280A；从气隙线上得查得：If280A时， kV l解解 从气隙线上查出，If280A时，激磁电动势 ；在同一励磁电流下，由短路特性查出，短路电流I1718A；所以同步电抗为 l用标幺值计算时用标幺值计算

95、时，l故故l从空载和短路特性可知从空载和短路特性可知，l于是于是Xd(饱和饱和)为为例例6-1 一台凸极同步发电机，其直轴和交一台凸极同步发电机，其直轴和交轴同步电抗的标幺值为轴同步电抗的标幺值为，电枢，电枢电阻略去不计，试计算该机在额定电压、电阻略去不计，试计算该机在额定电压、额定电流、额定电流、(滞后滞后)时激磁电动势的时激磁电动势的标幺值标幺值(不计饱和不计饱和) l解解以端电压作为参考相量以端电压作为参考相量虚拟电动势为虚拟电动势为l即即角为角为1944，于是，于是l电枢电流的直轴、交轴分量和激磁电动势电枢电流的直轴、交轴分量和激磁电动势分别为分别为深入理解深入理解:电枢反应是实现能量

96、转换的关键电枢反应是实现能量转换的关键l同步电机空载运行时，定子绕组开路，没有负载电同步电机空载运行时，定子绕组开路，没有负载电流：流：不存在电枢反应，不存在由转子到定子的能量不存在电枢反应，不存在由转子到定子的能量传递。传递。当同步发电机带有负载时，就产生了当同步发电机带有负载时，就产生了电枢反应。电枢反应。 不同负载性质时，电枢磁场与转子电流不同负载性质时，电枢磁场与转子电流产生不同性质的电产生不同性质的电磁力和电磁转矩磁力和电磁转矩。实现能量的传递实现能量的传递 （a)a)：电枢反应交轴作用，电磁力与旋转方向相反，为了维持：电枢反应交轴作用，电磁力与旋转方向相反，为了维持发电机的转速不变，必须随着有功负载的变化调节原动机的输发电机的转速不变，必须随着有功负载的变化调节原动机的输入功率入功率（b b）（）（c c）：电枢反应直轴作用，）：电枢反应直轴作用，b b为去磁，为去磁，c c为助磁，为保持为助磁，为保持发电机的端电压不变，必须随着无功负载的变化相应地调节转发电机的端电压不变，必须随着无功负载的变化相应地调节转子的激磁电流。子的激磁电流。