同步電機是交流旋轉(zhuǎn)電機的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速機時得名。同步電機主要用作發(fā)電機，也可用作電動機和調(diào)相機。本章主要分析同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行原理和運行特性，簡要分析同步電動機和調(diào)相機的運行狀態(tài)。第四篇同步電機第八章同步電機的基本類型和基本結(jié)構(gòu)第九章同步發(fā)電機第十章同步電動機和同步調(diào)相機第一節(jié)同步電機的基本類型第二節(jié)同步電機的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)同步電機的額定值及勵磁方式第八章同步電機的基本類型和基本結(jié)構(gòu)第一節(jié)同步電機的基本類型一、同步電機的特點

勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢

。

頻率：大?。翰ㄐ危河煽芍ㄐ稳Q于的空間分布。相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定?？梢姡?dāng)電機的極對數(shù)、轉(zhuǎn)速一定時，電機發(fā)出的交流電動勢的頻率也是一定的。作為同步電動機運行時，需要在定子繞組上施以三相交流電壓，電機內(nèi)部便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這時轉(zhuǎn)子繞組上加上直流勵磁，則轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下，沿定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n=n1=60f/p由此可見，同步電機的特點是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f之間具有固定不變的關(guān)系，轉(zhuǎn)速n稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載的大小無關(guān)。二、同步電機的基本類型按運行方式，同步電機分發(fā)電機、電動機和調(diào)相機。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機類別,同步電機分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機等。汽輪發(fā)電機一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，水輪發(fā)電機采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機、柴油發(fā)電機和調(diào)相機一般作成凸極式。第二節(jié)同步電機的基本結(jié)構(gòu)一、隱極同步電機的基本結(jié)構(gòu)定子鐵心：硅鋼片疊成。機座：鋼板焊接面成，有足夠的強度和鋼度。電樞繞組：三相對稱繞組——銅線制成定子(電樞)轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護環(huán)：保護勵磁繞組受離心力時不甩出勵磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進入勵磁繞組中心環(huán)：支持護環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動轉(zhuǎn)子

隱極同步電機都采用臥式結(jié)構(gòu)，有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。機械端口電端口ABC轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心1、定子鐵心2、定子繞組3、轉(zhuǎn)子鐵心4、勵磁繞組二、凸極同步電機的基本結(jié)構(gòu)1、立式水輪發(fā)電機2、臥式水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW水輪機轉(zhuǎn)子各種電機

引進600MW汽輪發(fā)電機國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子鐵心現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機第三節(jié)同步電機的額定值及勵磁方式一、同步電機的額定值指電機額定運行時，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVA或KW。電動機額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位是KW。調(diào)相機用KVA或Kvar表示。額定運行時加在三相定子繞組上的線電壓。在額定運行狀態(tài)下三相定子繞組的線電流.二、勵磁方式簡介同步電機運行時，必須在勵磁繞組中通人直流電流，通常稱之為勵磁電流。所謂勵磁方式是指同步電機獲得直流勵磁電流的方式，而供給勵磁電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。（一）直流勵磁機勵磁同步電機的勵磁方式有以下幾種：（二）靜止的交流整流勵磁系統(tǒng)1、他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)2、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)（三）旋轉(zhuǎn)的交流整流勵磁系統(tǒng)（四）三次諧波勵磁第一節(jié)同步發(fā)電機的空載運行第二節(jié)同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)第三節(jié)同步發(fā)電機的負(fù)載運行第四節(jié)同步發(fā)電機的并聯(lián)運行第九章同步發(fā)電機第一節(jié)同步發(fā)電機的空載運行

同步發(fā)電機被原動機拖動到同步轉(zhuǎn)速，勵磁繞組中通入直流電流，定子繞組開路的運行稱為空載運行。電磁關(guān)系：空載電動勢大小：空載特性：第二節(jié)同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):電機帶上負(fù)載后，電樞磁動勢的基波在氣隙中使氣隙磁通的大小及位置均發(fā)生變化,這種影響稱為電樞反應(yīng).電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動勢基波和勵磁磁動勢基波之間的相對位置，即與空載電動勢和電樞電流之間的夾角有關(guān).勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別基波波形大小位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向勵磁磁動勢正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機的轉(zhuǎn)速決定由原動機決定電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由磁極對數(shù)和電流頻率決定由電流相序決定一、時的電樞反應(yīng)空載電動勢和電樞電流同相位.d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)二、時的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)三、時的電樞反應(yīng)空載電動勢滯后電樞電流

d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)四、一般情況下的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流角,d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸,還有直軸去磁電樞反應(yīng)此種情況下---直軸分量---交軸分量---直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢---交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢上升下降

上升下降下降下降不變不變下降R、C增強交軸直軸助磁d、q軸R、L削弱交軸直軸去磁d、q軸C增強直軸助磁d軸L削弱直軸去磁d軸R波形畸變交軸q軸

負(fù)載性質(zhì)對電機的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作夾角

位置第三節(jié)同步發(fā)電機的負(fù)載運行一、凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式和相量圖1、電動勢方程式電磁關(guān)系：不計磁路飽和時有下列關(guān)系由于且令則電動勢平衡方程--直軸同步電抗--交軸同步電抗分別表征在對稱負(fù)載下，單位直軸或交軸三相電流產(chǎn)生的總電樞磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。2、相量圖作圖步驟二、隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式和相量圖電磁關(guān)系：不計磁路飽和時有下列關(guān)系令電動勢平衡方程--同步電抗

表征在對稱負(fù)載下，單位三相電流產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。相量圖根據(jù)相量圖可求出三、同步發(fā)電機的特性（一）、空載特性和短路特性1、空載特性定義：

空載特性是發(fā)電機的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓變化率等。

實際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵磁繞組和定子鐵心有無故障等。2、短路特性定義：短路時的等效電路短路特性曲線

短路特性與空載特性配合可以求出電機的同步電抗。（二）、外特性和調(diào)整特性1、外特性定義：外特性曲線

當(dāng)發(fā)電機帶阻性和感性負(fù)載時，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降.

帶容性負(fù)載時且（發(fā)電機負(fù)載的容抗大于同步電抗）時，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。2、調(diào)節(jié)特性定義：調(diào)整特性曲線

在感性和阻性負(fù)載時，隨著負(fù)載電流的增加，必須增加勵磁電流，補償電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵磁電流。

在功率因數(shù)一定情況下,根據(jù)調(diào)整特性曲線,可確定在負(fù)載變化范圍內(nèi),維持電壓不變所需的勵磁電流的變化范圍。運行人員可利用調(diào)整特性曲線,使系統(tǒng)中無功功率的分配更合理一些。第四節(jié)同步發(fā)電機的并聯(lián)運行并聯(lián)運行的含義

將兩臺或更多臺發(fā)電機分別接在電力系統(tǒng)對應(yīng)母線上，或通過變壓器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同向負(fù)荷供電。并聯(lián)運行的優(yōu)點1、提高供電的可靠性；2、提高供電的經(jīng)濟性；3、提高電能的質(zhì)量。無窮大電網(wǎng)的含義一、并聯(lián)運行的條件1.待并發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；2.待并發(fā)電機電壓相位相同與電網(wǎng)電壓相位相同；3.待并發(fā)電機電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相同；4.待并發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同。

上述條件（4）一般在安裝發(fā)電機時，根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)向確定了發(fā)電機的相序而滿足，因此運行人員在并列時只需調(diào)節(jié)發(fā)電機使其滿足其它三個條件即可。

不滿足任一條件的并列稱為非同期并列，將對電機產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。二、有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)（一）、有功功率的調(diào)節(jié)

發(fā)電機空載運行時，原動機輸入的功率用來平衡各種損耗，此時，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，它們之間只有徑向力而無切向力，所以，在功角特性的0點上。

可見，并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機要調(diào)節(jié)有功功率輸出，只需調(diào)節(jié)原動轉(zhuǎn)矩。在功率極限角范圍內(nèi)，輸入轉(zhuǎn)矩越大，有功功率輸出就越大。靜態(tài)穩(wěn)定：指并聯(lián)在電網(wǎng)上穩(wěn)定運行的同步發(fā)電機，當(dāng)受電網(wǎng)或原動機方面某些微小擾動時，能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。在a點運行時電機具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力。若干擾使功角δ增大到a′點，Pem和Tem增大，迫使電機減速，功角δ變小，電機回到a點。干擾使功角δ減小時，有同樣結(jié)論。所以a點稱為穩(wěn)定運行點。而b點為不穩(wěn)定運行點，分析略。靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：比整步功率(kW/rad)對汽輪發(fā)電機，比整步功率為在電機穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，越大，電機穩(wěn)定增長性越好。（二）、無功功率的調(diào)節(jié)相量分析1.正常勵磁2.過勵磁3.欠勵磁

發(fā)電機運行時，定子電流和勵磁電流是運行人員主要監(jiān)視的兩個物理量，這兩個量關(guān)系到定子繞組和勵磁繞組的溫度，又牽涉到功率因數(shù)的超前或滯后以及運行的穩(wěn)定性問題。

并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機，保持有功功率不變時，表示電樞電流

和勵磁電流

的關(guān)系曲線稱為“V”形曲線。

對于一個給定的有功功率輸出就有一條V形曲線，有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇“V”形曲線。V形曲線的特點1.每條曲線的最低點,,定子電流最小,且全為有功電流，這些點的連線向右傾斜；表明要輸出純有功功率，必須相應(yīng)增加一些勵磁電流。2.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：δ=900，連線向右傾斜;表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵磁電流也越大。3.每條曲線上的電流變化量ΔI為無功分量;4.勵磁電流從零開始增大時，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小后增大。第一節(jié)

同步電動機的基本方程式和相量圖第二節(jié)

同步電動機的起動第三節(jié)

同步調(diào)相機第十章同步電動機和同步調(diào)相機第一節(jié)同步電動機的基本方程式和相量圖一、同步電機的可逆原理

同步電機的運行是可逆的，既可以用作發(fā)電機，還可以用作電動機。

同步電機運行于發(fā)電機狀態(tài)時，如圖所示。

轉(zhuǎn)子磁極軸線超前定子合成磁極軸線，δ>0，電機把機械能轉(zhuǎn)變成電能。

逐步減少發(fā)電機的輸入功率，轉(zhuǎn)子將瞬時減速，δ角減小，相應(yīng)的電磁功率也減少。

當(dāng)發(fā)電機的輸入功率只能滿足空載損耗時，發(fā)電機處于空載運行狀態(tài)。

繼續(xù)減少發(fā)電機的輸入功率，則δ和Pem變?yōu)樨?fù)值。卸動原動機，電機從電網(wǎng)吸收功率滿足空載損耗，成為空轉(zhuǎn)的電動機。

電機軸上加上機械負(fù)載，負(fù)值的δ增大，由電網(wǎng)向電機輸入的電功率和相應(yīng)的電磁功率增大，轉(zhuǎn)子磁極軸線落后定子合成磁極軸線，轉(zhuǎn)子受到驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩作用。二、同步電動機的基本方程式和相量圖

按照發(fā)電機慣例，同步電動機可以看成是一臺輸出負(fù)的有功功率的發(fā)電機，其電動勢方程與發(fā)電機的方程相同，以隱極機為例：

按照電動機慣例，把輸出負(fù)電流看成是輸入正電流即可，其電動勢方程：隱極機：凸極機：

同步電動機的功角特性與發(fā)電機的也相似，用δM=-δ代替δ即可。三、同步電動機的V形曲線

與同步發(fā)電機相似,當(dāng)同步電動機的輸入有功功率恒定而調(diào)節(jié)勵磁電流時,也有三種勵磁狀態(tài),“正常勵磁”時,電動機沒有無功功