交流電機分：同步電機----n=ns(ns為同步轉(zhuǎn)速）異步電機----nns一、同步電機分類：旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞旋轉(zhuǎn)，主極固定，因電樞功率不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，實用少。旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極旋轉(zhuǎn)，電樞固定，電樞功率由靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)型式。同步電機第六章同步電機§6.1概述

6.1.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)型式

旋轉(zhuǎn)磁極式隱極式轉(zhuǎn)子：不計齒槽時氣隙均勻；機械強度高，適用于高轉(zhuǎn)速；一般用于汽輪發(fā)電機；外形細長。凸極式轉(zhuǎn)子：氣隙不均勻，極弧下較小，極間較大；機械強度比隱極機低，適用于低轉(zhuǎn)速；一般用于水輪發(fā)電機，外形扁盤形。二、隱極同步電機（只有臥式支撐）1、隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極，如圖6-1所示。沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，槽中嵌放勵磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn)N極和S極。圖6-1隱極式轉(zhuǎn)子2、隱極式轉(zhuǎn)子特點：在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達170米/秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機都做成細長的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復雜。轉(zhuǎn)子長度/直徑=2.5~6.5，且容量愈大比值愈大。3、汽輪發(fā)電機（如圖6-2）

主要結(jié)構(gòu)部件有：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承。定子定子大體上與異步電機相同，定子鐵心由0.35mm,0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成。圖6-2汽輪發(fā)電機定子外徑較小時，采用圓形沖片，當定子外徑大于1m

時，采用扇形沖片。定子鐵心固定在機座上，機座常由鋼板焊接而成，它必須有足夠的強度和剛度，同時還必須滿足通風和散熱的需要。汽輪發(fā)電機的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣強度，一般采用B級或F級絕緣。轉(zhuǎn)子（典型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)散件示意圖見圖6-3）采用隱極式轉(zhuǎn)子，外形常做成一個細長的圓柱體。轉(zhuǎn)子鐵心：鉻鎳鉬合金鋼鍛制而成，與轉(zhuǎn)軸鍛為一個整體。，勵磁繞組：勵磁繞組為同心式繞組，以特制扁銅線繞制，并用不導磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)。護環(huán)、中心環(huán)和滑環(huán)：護環(huán)為一金屬圓筒，共兩只，用于保護勵磁繞組的兩個端部，采用高強度非導磁合金鋼制成。中心環(huán)用于支撐護環(huán)，阻止勵磁繞組的軸向移動。滑環(huán)實現(xiàn)勵磁繞組與勵磁電源的連接，一方經(jīng)引線接勵磁繞組，另一方經(jīng)電刷接勵磁電源。端蓋和軸承圖6-3典型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)散件示意圖三、凸極同步電機（臥式、立式支撐）1支撐：臥式、立式支撐。立式水輪發(fā)電機據(jù)推力軸承的不同安放位置又分：懸式（推力軸承在轉(zhuǎn)子上部）、傘式。2、水輪發(fā)電機的特點是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。3、定子：水輪發(fā)電機的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風溝。3、轉(zhuǎn)子：水輪發(fā)電機由于水輪機的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機的極數(shù)就比較多，做成凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單。凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈，如圖6-4所示。轉(zhuǎn)子鐵心：由厚度為1～3mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來抑制短路電流和減弱電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。勵磁繞組：勵磁線圈中通過直流勵磁電流后，每個磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為N極和S極。圖6-4凸極式轉(zhuǎn)子圖6-5吊裝中的水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一、勵磁方式分類：獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。目前采用的勵磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機作為勵磁電源的直流勵磁機勵磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵磁的整流器勵磁系統(tǒng)。二、直流勵磁機勵磁：（圖6-6）直流勵磁機通常與同步發(fā)電機同軸，采用并勵、他勵或永磁勵磁方式。采用他勵接法時，勵磁機的勵磁電流由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發(fā)電機供給。6.1.2同步電機的勵磁方式圖6-6直流勵磁機勵磁三、靜止整流器勵磁：同一軸上有三臺交流發(fā)電機，即主發(fā)電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機。副勵磁機的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(有時采用永磁發(fā)電機)。副勵磁機的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機，而主勵磁機的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機的勵磁繞組。(見圖6-7）與傳統(tǒng)直流系統(tǒng)的區(qū)別：變直流勵磁機為交流主磁機，解決了換向器火花問題。圖6-7靜止整流器勵磁四、旋轉(zhuǎn)整流器勵磁：靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)電刷和集電環(huán)輸送到旋轉(zhuǎn)的勵磁繞組，對大容量的同步發(fā)電機其勵磁電流達到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴重過熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)，如圖6-8所示。主勵磁機是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。交流主勵磁機的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。圖6-8旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)冷卻方式主要有以下幾種：空氣冷卻、氫外冷卻、水冷卻、超導發(fā)電機。6.1.3同步電機的冷卻方式6.1.4同步電機的額定值一、額定值☆額定電壓UN(V,kV)：指額定運行時定子輸出端的線電壓。

☆額定電流IN(A)：指額定運行時定子的線電流。☆額定功率因數(shù)cosN：額定運行時電機的功率因數(shù)。

☆額定效率N：電機額定運行時的效率☆額定容量SN：對發(fā)電機指出線端額定視在功率，單位為VA，KVA，MVA；對調(diào)相機為線端額定無功功率，單位為Var,kVar,MVar。

SN=3UNIN☆額定功率PN(W,kW,MW）：發(fā)電機指額定輸出有功電功率：PN=SN

cosN

=3UNIN

cosN

電動機指軸上輸出的額定機械功率：

PN

=SN

cosNN=3UNIN

cosN

☆額定頻率：額定運行時電機電樞輸出端電能的頻率，我國標準工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz。☆額定轉(zhuǎn)速：額定運行時電機的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。二、國產(chǎn)同步電機型號

☆型號：我國生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機有QFQ、QFN、QFS等系列，前兩個字母表示汽輪發(fā)電機；第三個字母表示冷卻方式，Q表示氫外冷，N表示氫內(nèi)冷，S表示雙水內(nèi)冷。大型水輪發(fā)電機為TS系列，T表示同步，S表示水輪。

同步電動機系列有TD、TDL等，TD表示同步電動機，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動機；TDL表示立式同步電動機。同步補償機為TT系列?！钆e例來說：QFS-300-2表示容量為300MW雙水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機。TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機，定子外徑為1264厘米，鐵心長為160厘米，極數(shù)為48?！?.2同步電機的運行原理一、同步發(fā)電機工作原理：參考同步電機結(jié)構(gòu)模型圖6-91、定子上：三相繞組，空間互差1200電角度，匝數(shù)相等轉(zhuǎn)子上：If,由轉(zhuǎn)子N極出來氣隙定子鐵心氣隙轉(zhuǎn)子S極原動機n逆時針恒速旋轉(zhuǎn)定子上導體切割磁力線產(chǎn)生e

圖6-9二、e的大?。涸O沿極面正弦分布，則導體電勢ec=Bxlv=Bmlvsinwt=EcmsinwtBm--正弦波磁通密度最大值則：eA=EcmsinwteB=Ecmsin（wt-1200）

eC=Ecmsin（wt+1200）三、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n:

一對極：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，e為一個周波；

p對極：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，e為p個周波；則f=pn/60一般f=50HZ,則p、n成反比。P、f一定時，n=60f/p為恒值,同步電機n與f之間有嚴格不變的關(guān)系。nS=60f/p(同步轉(zhuǎn)速）nS=n(同步電機)nSn(異步電機)6.2.1同步發(fā)電機的空載運行空載運行：原動機帶動發(fā)電機在同步轉(zhuǎn)速下運行,勵磁（轉(zhuǎn)子）繞組通過適當?shù)膭畲烹娏?電樞（定子）繞組不帶任何負載（開路）時的運行情況，稱為空載運行?？蛰d運行是同步發(fā)電機最簡單的運行方式，其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢Ff（勵磁磁勢）單獨建立，稱勵磁磁場。一、空載氣隙磁場

1、主磁通：既與轉(zhuǎn)子交鏈，又經(jīng)氣隙與定子交鏈的磁通。為一以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，磁密波形沿氣隙圓周近似作正弦分布，其基波分量的每極磁通用0表示，0參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。2、漏磁通1

：除0外的所有諧波成分，及勵磁磁場中僅與轉(zhuǎn)子勵磁繞組交鏈而不與定子交鏈的磁通。1不參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換。二、空載特性E0

=f(If)或E0=f(Ff)

：1、空載運行時,勵磁電勢隨勵磁電流變化的關(guān)系稱為同步發(fā)電機的空載特性。2、轉(zhuǎn)子同步速為n1，三相基波電勢有效值為E0=4.44fNkN10

3、E0

=f(Ff)：改變If，可改變0及E0，由此得空載特性曲線如圖6-10。空載特性與電機磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律。

☆勵磁電流較小時，由于磁通較小，電機磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長后的射線稱氣隙線）。圖6-10空載特性曲線E0隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進入飽和段。為合理利用材料，空載額定電壓一般設計在空載特性的彎曲處，如圖中的c點。

☆空載特性可以通過計算或試驗得到。試驗測定的方法與直流發(fā)電機類似。同步電機的空載特性也常用標么值表示，空載電勢以額定電壓為基值，此時的勵磁電流(稱為額定勵磁電流)為勵磁電流的基值。用標么值表示的空載特性具有典型性，不論電機容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。4、空載特性在同步發(fā)電機理論中有著重要作用：①根據(jù)設計好的電機的空載特性，可判斷該電機的磁路是否過于飽和或者材料是否充分利用。②空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹)可以求取同步電機的參數(shù)。③發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。5、飽和系數(shù)：飽和電機中E0一定時，氣隙線上的橫坐標為氣隙磁動勢空載特性上的橫坐標為為勵磁磁動勢其差是由鐵心飽和引起的磁壓降飽和系數(shù)k=勵磁磁動勢/氣隙磁動勢=ac/ab=E0/UN三、空載運行時空矢量圖（見圖6-11）1、凸極機中：d軸-----直軸，轉(zhuǎn)子磁極軸線

q軸-----交軸，N、S之間的中心線，與d軸垂直。2、時空矢量圖（取定子繞組的時間參考軸即時軸與相軸重合）Ff中的基波分量Ff1(空間矢量）與由它產(chǎn)生的Bf1(空間矢量）及0(時間矢量）同相位，波幅為直軸正方向；E0(時間矢量）滯后0900

。...圖6-11空載運行時空矢量圖四、正弦波畸變率各次諧波電壓有效值為：采用正弦波畸變率衡量波形的質(zhì)量。正弦波畸變率kM6.2.2同步電機的電樞反應

一、負載后磁勢分析

★空載時，同步電機中只有一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵磁磁勢Ff，它在電樞繞組中感應出三相對稱交流電勢，稱為勵磁電勢。

★當電樞繞組接三相對稱負載后，電樞繞組和負載一起構(gòu)成閉合通路，通路中流過的是三相對稱的交流電流，三相對稱電流流過三相對稱繞組時將會產(chǎn)生一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢。

★結(jié)論：同步發(fā)電機接上三相對稱負載以后，電機中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢Ff(稱為機械旋轉(zhuǎn)磁勢)外，又多了一個電樞旋轉(zhuǎn)磁勢Fa(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢)。這兩個旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速均為同步速，而且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對靜止狀態(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個合成磁勢F。氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機的氣隙中建立起來的磁場。也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。1、電樞磁勢的存在，將使氣隙磁場的大小和位置發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為電樞反應。電樞反應會對電機性能產(chǎn)生重大影響。

2、電樞反應的性質(zhì)（去磁、助磁或交鏈）決定于空間相量Fa

和Ff1之間的相對位置，這一相對位置僅與時間相量E0

和Ia之間的相位差y相關(guān)連。稱為內(nèi)功率因數(shù)角，其大小由負載的性質(zhì)決定。E0超前，y大于0。二、電樞反應3、時-空矢量圖：見圖6-12圖6-12同步電機的電樞反應

a電機原理圖b時-空矢量圖Ff1及0在d軸上，E0在q軸上,Fa與Ia重合。將Fa分解為直軸和交軸兩個分量Fad和Faq...（a）（b）幅值：Fad=FasinyFaq=Facosy

4、電樞反應的性質(zhì)(參圖6-13）★

y=00

(參圖6-13中a）Fa和Ff1之間的夾角為90度，即二者正交，轉(zhuǎn)子磁勢作用在直軸上，而電樞磁勢作用在交軸上，這種作用在交軸上的電樞反應稱為交軸電樞反應，簡稱交磁作用。結(jié)論：Fa對

大小無影響，但合成磁勢F的軸線位置從空載時直軸處逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角，幅值增大Ff1FaFa、y=0圖6-13交直軸電樞磁動勢作用b、y=90Ff1FaFE0Ea...E0★y=900

(參圖6-13中b）E0超前Ia

900

Fa和Ff1與之間的夾角為180度，即二者反相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相反，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，合成磁勢的幅值減小，這一電樞反應稱為直軸去磁電樞反應。Ff1FaFE0Ea..★y=-900

(參圖6-14）Ia超前E0

900

此時Fa和Ff1與之間的夾角為00

，即二者同相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相同，電樞反應為純助磁作用，合成磁勢的幅值增大，這一電樞反應稱為直軸助磁電樞反應。圖6-14y=-900交直軸電樞磁動勢作用★y=-900

(參圖6-15）

滯后

一個銳角

.E0Ia.Id=IasinyIq=IacosyA、直軸分量Id直軸去磁作用B、交軸分量

Iq交磁作用，F(xiàn)，其軸線位置從空載時直軸處逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向后移一個銳角.Ff1FaFE0Ia.FadFaqIq(Id)圖6-15

電樞反應對氣隙磁場、感應電動機勢的影響與電機的磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)，需把隱極機、凸極機分開討論。隱極機：氣隙均勻。只要Fa相同，不管它作用于圓周氣隙上任何位置，其產(chǎn)生的氣隙磁場和每極磁通量都相同，故不需分解為直軸、交磁兩分量分別討論，可整體考慮電樞反應的影響。三、隱極同步電機的電樞反應特點

1、磁路不飽和：采用疊加原理求解

Ff1

FaaEa

.E02、磁路飽和：磁場（、B）不再滿足線性疊加條件，但由安培環(huán)路定律，磁動勢(F)可疊加,故求解方法為：

F=Ff1+Fa

EE=Ea+.E0......1、凸極機：氣隙不均勻。直軸磁路中的氣隙短，磁阻?。唤惠S磁路中的氣隙長，磁阻大。Fa相同，作用于圓周氣隙上不同位置，其產(chǎn)生的氣隙磁場和每極磁通量不相同，分解為直軸、交磁兩分量分別討論---引入雙反應理論。四、凸極同步電機的雙反應理論

2、雙反應理論Fa的軸線既不與直軸又不與交軸重合時，可把Fa分解為Fad、Faq，然后分別求直軸、交軸電樞反應，最后將它們的效果進行疊加。3、直軸、交軸的折算把電樞（定子）磁動勢折算到勵磁繞組（轉(zhuǎn)子繞組）側(cè)?！飫畲糯艅觿軫f的基波磁通密度Bf1：

Ff----方波，恒作用于d軸kf----波形系數(shù)kd----正弦波Fad作用于d軸的波形系數(shù)

Bf=0Ff

/(k)Bf1=Bfkf=kf

0Ff

/(k)為方波與基波之間關(guān)系式★類似地Bad1=kd0Fad/(k)

★正弦波Faq(馬鞍形）作用于q軸等效到d軸上的基波磁通密度Baq1：Baq1=kq0Faq/(k)★直軸、交軸正弦波電樞（定子）磁動勢折算為方波（轉(zhuǎn)子繞組）勵磁磁動勢

kd0Fad/(k)=kf

0Fad'

/(k)kq0Faq/(k)=kf

0Faq'

/(k)即Fad'

=kdFad

/kf

=kadFadFaq'

=kqFaq

/kf

=kaqFaqkad

=kd

/kf直軸電樞磁動勢折算系數(shù)交軸kaq=kq

/kf交軸電樞磁動勢折算系數(shù)交軸物理意義：建立同樣大小的基波磁場時，單位安匝的直軸或交軸正弦磁動勢（Fad、Faq

）所對應的等效的方波勵磁磁動勢（Fad'

、

Faq'

）6.2.3隱極發(fā)電機的負載運行

一、不飽和時：1、電磁關(guān)系疊加原理計算E轉(zhuǎn)子勵磁電流IfFfFf10E0If定子三相電流IFa1aEaIaEa=-jIXa

EIaE=-jIXXa---電樞反應電抗X---漏電抗...........2、電勢方程：由圖6-16.E..E=E0+Ea=U+IRa+jIX.........Ea.E.E0.I.U圖6-16.諧波基波E0=-Ea+U+IRa

+jIX=U+IRa

+jIX+jIXa

=U+IRa+jIXtXt

=X+

Xa大?。篍0=4.44f1NKN10Xt--隱極機同步電抗，表征對稱穩(wěn)態(tài)運行時電樞反應基波磁場和漏磁場綜合效應的電磁參數(shù)。...........U.I.IRa.E0.EjIX.jIXa..Ea.03、相量圖：如右圖6-17★由給定的功率因數(shù)cos及U、I作、★在末端加及★求★由圖6-17忽略磁滯效應與同相位.I.U.UjIX.jIXa..E0.E0.0..a.Fa.a.Fa.Ea..E4、及E0的求?。海号cI之間的夾角:U與I之間的夾角矢量法：利用2中的平衡方程求解設U或I初相角為00進行矢量運算即可標量法：根據(jù)相量圖進行代數(shù)運算，運算簡單tan=(IXt+Usin)/(IRa+Ucos)Eo=Ucos+IRacos+IXtsin此結(jié)論參書P376.E0.....5、等效電路：如圖6-18圖6-18不計飽和時隱極同步發(fā)電機等效電路圖.E0Xa~.Ea.ERa.UE.X~.E0Xt.U1、電磁關(guān)系不能再用疊加原理計算E，+，轉(zhuǎn)子勵磁電流IfFfFf1定子三相電流IFa1

IaF1..E.E..0.a.E.E0+.Ea基波二、飽和時：與滿足空載特性。F.E2、磁勢方程

=Ff1+Fa1(*)F13、電勢方程：=+=+Ra.E.E.E.U

I.或.E=.U+

I.Ra+jIX.4、飽和時，由F1求

（磁勢Fa1折算）：求作用在主磁路上的合成磁勢F'

，然后利用電機的磁化曲線（空載特性）求負載時氣隙合成電勢。.E.E

F1

=Ff1+Fa1為基波磁勢，但空載特性E0=f(Ff

)是用勵磁磁勢(階梯波，近似梯形波）最大值Ff=Nf

If或勵磁電流If為橫坐標，而F1為正弦波，F(xiàn)f為階梯波，F(xiàn)a1為正弦波，故要將F1、Fa1折算為直流勵磁磁動勢梯形波。Ff1=FfKfFf

=KaFf1

Kf=Ff1/Ff=(8sinv/2)/2v----勵磁磁勢曲線波形系數(shù)

Ka

=1/Kf----電樞反應系數(shù)（0.97~1.035)Fa

'

=

KaFa1

Fa

'的基波幅值等于Fa1

Fa

'

---折算到直流勵磁磁動勢梯形波的等效電樞磁動勢(*)式兩側(cè)同時乘KaKaF1=KaFf1+KaFa1

F'

=Ff+Fa

'F'

---折算到直流勵磁磁動勢梯形波的等效氣隙磁動勢小結(jié)：由Fa1得Fa

‘，加上Ff得F‘，再查空載特性求。.E5、相量圖：如圖6-19.I.E.URa.IjIX..E0FfFf1FaFa1Fa

'F'F圖6-19計飽和時隱極同步發(fā)電機時—空矢量圖6.2.4凸極發(fā)電機的負載運行

一、不飽和時：

1、電磁關(guān)系（疊加原理計算E）轉(zhuǎn)子勵磁電流IfFf10

定子三相電流IFaq

EIaE=-jIXId.Fad.ad.Ead.E0Iq..ad.Eaq.E2、電勢方程：..E...E=+E=E0+Ead

+Eaq

+E

=U+IRa......

.E..=E0+Ead

+Eaq

=U+IRa....+jIX.Ead=-jIdXad..Eaq=-jIqXaq.E0..=U+IRa+jIX+jId

Xad不飽和+jIqXaq=U+IRa+jIdXd不飽和+jIqXq........Xd不飽和=X+Xad不飽和Xq=X+XaqXad

--直軸電樞反應電抗(與飽和有關(guān)）Xaq

--交軸電樞反應電抗(與飽和無關(guān)）Xd不飽和--直軸同步電抗不飽和值Xq

–交軸同步電抗EadadFad'FadIdEaqaq

Faq

'Faq

IqXad/Xaq=Kad/Kaq=Kd/Kq3、相量圖★見下頁圖6-20，由電勢平衡方程直接作出.0.U.I.IRa.E0.Ead.Eaq.E.Id.Iq.ad.aq..0.U.I.IRa.Id.Iq.ad.aq...E0jIdXd.jIqXq.圖6-20不計飽和時凸極同步發(fā)電機的相量圖作此圖時假設為已知，可先作出Id及Iq..★相量圖的實際作法：已知U、I、cos、Xaq、Xad、X應先通過已知條件求出相量圖的實際作圖見圖6-21.U.I.IRa.Id.IqjIdXd.jIqXq..E0jIXq.OQTXSRWA、RQ=IqXq/cos=IXqB、由已知條件畫出U、IC、作出=Ra+...EQ.EQ.U+.IjIXq.OQ與I的夾角即為角。D、將分解為、.I..Id.IqE、按前述方法可得相量圖F、RX=ST/sin=IdXd/sin=IXd圖6-21不計飽和時凸極同步發(fā)電機的相量圖.EiIdXd4、及E0的求取：：與I之間的夾角:U與I之間的夾角=-矢量法：設U或I初相角為00利用平衡方程求解；再由電勢平衡方程進行矢量運算標量法：根據(jù)相量圖進行代數(shù)運算，運算簡單tan=(IXq+Usin)/(IRa+Ucos)Eo=Ucos+IRacos+IXdsin此結(jié)論參書P376例6.1P305.E0......U+.EQ=IRa+jIXq..假設：直軸飽和、交軸不飽和、交直軸磁路分開計算不計交叉飽和的影響。1、電磁關(guān)系（疊加原理不再適應，雙反應理論仍采用）轉(zhuǎn)子勵磁電流IfFfFd'

d'定子三相電流I

Faq

'

EIaE=-jIXId.Fad'.EdIq..aq.Eaq.E2、電勢方程：...

....Ed=U+IRa+jIX+jIqXaq.Eaq=-jIqXaq....E.E=+E=Ed+Eaq

+E=U+IRa......二、飽和時：3、相量圖見圖6-22.U.I.IRa.E0.E.Id.IqjIqXaq..EaqjIX..EdFad'Faq'FfFad'Fd'圖6-22計飽和時凸極同步發(fā)電機時—空矢量圖作圖方法：（參圖6-23）★作、★作，連OQ得角★由角得★作得給定負載飽和時電機等效線性化空載特性OA,E0"=f(Ff)★求得Ed,查E0"

=f(Ff)得Fd'★由I1及Fa1=1.35INKN1/p,計算出Fa1★Fad=Fa1sinQO.U.I.EQ.EQjIXaq..Id、.Iq.E.EFad'=FadKadFaq'=FaqKaq

=Fa1Kaq

cos

★由Fd

‘=Ff+Fad‘Ff=Fd

‘

-Fad‘求得Ff數(shù)值上Ff=Fd

‘+Fad‘★由Ff查I=0時空載特性E0=f(Ff)曲線，求得E0圖6-23凸極同步發(fā)電機空載特性FEEO氣隙線E0=f(Ff)AE0"=f(Ff)F'Fd'EdFad'FfEad"E0Faq'EaqE0'=f(Ff)同步電機基值選?。簞畲烹娏鳎篒fb=If0

（

E0

=UN時的勵磁電流）其它參量選取與前面其它電機相同§6.3同步發(fā)電機的運行特性

6.3.1同步發(fā)電機的運行特性

一、空載特性：

1、nnN

I=O時，E0=f(Ff)，實驗測得。（圖6-24a）If：

0增大至1.3UN,再減小至0，因磁滯現(xiàn)象，上升、下降曲線不重合，一般取下降曲線。If=0時，E0，為剩磁電動勢，將曲線由此延長與橫軸相交，交點與原點距離為校正值，再將原實測曲線整體右移得工程中實用的校正曲線。IfU0=E0if0圖b

三根空載特性曲線圖a空載特性的實驗測定及校正圖6-24

空載特性曲線E0'=f(Ff)2、三根空載特性曲線(圖6-24b)★電機空載，I=0，為空載特性E0=f(Ff)

★電機負載，且飽和時等效線性化空載特性,E0"=f(Ff)★電機負載，但不計飽和時為氣隙線E0'=f(Ff)同步發(fā)電機運行于同步轉(zhuǎn)速時，將電樞繞組三相的端點持續(xù)短路然后加上勵磁電流，稱為短路運行。

1、定義：nnN

U=O時，IK=f(If)曲線。2、短路時（U=O）電動勢方程：隱極機：凸極機：即.E=E0+Ea=U+IK

Ra+jIK

X....=E0+Ead

+Eaq

=U+IRa....+jIX.E..E=U+IRa+jIX.....jIK

X..二、短路特性：X很小，F(xiàn)‘很小IK，電機磁路不飽和。3、短路特性曲線（圖6-25）分析：已知U=0當Ra=0時，隱極機：E0=U+IKRa+jIKXt=jIKXt900,電樞磁勢基本上為純直軸去磁，F(xiàn)a=Fad,Faq=0.凸極機：

F‘=Ff-Fad’(數(shù)值上）又因磁路不飽和，F(xiàn)‘

IKFad’IK

故有FfIK

即IfIK

短路特性為一條過原點的直線。......E0..=U+IRa+jIX+jId

Xad不飽和+jIqXaq=U+IRa+jIdXd不飽和+jIqXq=jIKXd不飽和..........E..=E0+Ead

+Eaq

=U+IRa....+jIkX穩(wěn)態(tài)短路時，電機中的電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，電機的磁通和感應電勢較小，短路電流也不會過大，所以三相穩(wěn)態(tài)短路運行沒有危險。4、穩(wěn)態(tài)短路時-空矢量圖（圖6-26）IKOIf圖6-25短路特性.I.E0Ff.EFad'.EadFad'F'圖6-26穩(wěn)態(tài)短路時-空矢量=0=0=0=05、特性三角形（短路三角形）Ff

（If）EOCAE0=f(If)B三角形ABC為同步發(fā)電機的特性三角形。=Fad‘=INXEF'Fad‘E圖6-27

特性三角形-AB-AC

（利用圖6-28短路特性、空載特性求取）

①隱極機：短路時故

Xt=E0'/IK

短路時磁路不飽和，故在同一Ff(If)下，由空載特性中的氣隙線E0'=f(Ff)求得E0’

，由短路特性求得IK，由Xt=E0'/IK得不飽和同步電抗Xt。

②凸極機：短路時

.E0'=U+IKRa+jIKXt=jIKXt....E0..=U+IRa+jIX+jId

Xad不飽和+jIqXaq=U+IRa+jIdXd不飽和+jIqXq=jIKXd不飽和.........'6、不飽和同步電抗的求取Xd不飽和=E0'/IKXd*不飽和=Xd不飽和/Zb

=(E0'IN)/(IKUN)=E0'

*

/IK

*同理在同一Ff(If)下，由空載特性中的氣隙線E0'=f(Ff)求得E0’

，由短路特性求得IK，由Xd不飽和=E0'/IK得不飽和同步電抗Xd。根據(jù)經(jīng)驗公式Xq

0.65Xd可求Xq。(圖6-28中黑線所示）★定義：指同步發(fā)電機在空載額定電壓所對應的勵磁電流

If0下，三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流

IK0與額定電流IN之比，用kc表示?！?/p>

kc=IK0/IN=If0(U0=UN)/IfK

(IK=IN)

=(If0/If0')*(If0'/IfK)=kUN

/E0'=k/Xd*不飽和7、短路比：IfEE0EE0'

氣隙線IfKIKUNIf0IK0INIfKIf0'

圖6-28由空載短路特性確定同步電抗和kc★短路比：產(chǎn)生空載額定電壓和額定短路電流所需的勵磁電流之比。If0---產(chǎn)生空載額定電壓所需的勵磁電流If0'

---產(chǎn)生氣隙線上空載額定電壓所需的勵磁電流IfK

---產(chǎn)生額定短路電流所需的勵磁電流k---電機主磁路的飽和系數(shù)★kc分析：kc小，負載變化時，發(fā)電機電壓變化較大，并聯(lián)運行時穩(wěn)定性較差，但電機造價便宜。若：增大電機氣隙,Xdkc此時，電機靜態(tài)穩(wěn)定性好，過載能力強，但要增大勵磁磁動勢，轉(zhuǎn)子用銅量增大，造價高。汽輪發(fā)電機：kc=0.4~1水輪發(fā)電機：kc=0.8~1.81、定義：發(fā)電機的負載特性是指當負載電流=常數(shù)，功率因數(shù)cosj=常數(shù)的條件下，端電壓U與勵磁電流的關(guān)系。其中當cosj=0時一條負載特性稱為零功率因數(shù)特性。三、零功率因數(shù)特性：2、相量圖：cosj=0的負載為純電感負載，Ra遠小于回路電抗，故y=90度，零功率因數(shù)負載時的電樞磁動勢也是純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢。由電勢平衡方程不計Ra.=U+IRa+jIX..E.畫出相量圖見圖6-29可以看出，與U處于同一方位，其相量加減可簡化為代數(shù)加減，即=U+jIX....

I滯后于U900

jIX..I.E0FfFad'Fad'F'.UjIX..EFad'=Fa

'圖6-29零功率因數(shù)負載時時-空矢量圖.E=U+

IXF'

=Ff-

Fa

'3、零功率因數(shù)特性與空載特性之間存在一個特性三角形（見圖6-30）Ff(If)UABEEE0=f(If)OKCFUN圖6-30零功率因數(shù)負載特性的分析三角形EAF也為同步發(fā)電機的特性三角形。=UN=IX=If0=If=Ifa

:克服漏阻抗壓降IX所需勵磁電流-OB-EA-BC-BF-AF-AC在測定零功率因數(shù)負載特性時，I保持不變，故特性三角形大小不變。若X已知，對應于一固定I的去磁作用的等效勵磁磁動勢力Ifa，該三角形唯一確定，將左上角頂點沿空載特性移動時，其右下角頂點的軌跡即為所求的零功率因數(shù)負載特性。若零功率因數(shù)負載特性是實測(設I=IN)的，如圖6-31中虛線所示，此時特性三角形為A“B”C“

，

大于，計算的電抗將大于漏抗X，稱為保梯電抗XP，XP=

/IN

實測零功率因數(shù)負載特性3與理想零功率因數(shù)負載特性2不同是由于轉(zhuǎn)子漏磁影響。若測零功率因數(shù)負載特性時電壓低，磁路不飽和，則仍為曲線2，此時作特性三角形可求X。4、保梯電抗-BCB"C"_B"C"_Ff(If)UCE0=f(If)OAUNBO'B'A'C'B"A"C"O"圖6-31由空載和零功率因數(shù)特性求特性三角形123三相穩(wěn)定短路時，特性三角形縱邊長為IX，橫邊長為Ifad=Ifa，稱為短路三角形。隨電壓升高，縱邊逐漸增長，橫邊逐漸變小，對應于U=UN時所得特性三角形縱邊長為IXp，稱保梯三角形。凸極機：Xp=(1.05~1.1)X

隱極機：

Xp=(1.1~1.3)X

IfaINXI=0I=IN1、外特性是指：n=nN,If=常數(shù),cosj=常數(shù)條件下，同步發(fā)電機單機運行時,端電壓U隨負載電流而變化的關(guān)系曲線U=f(I)。

2、外特性曲線形狀與負載的性質(zhì)有關(guān)。感性負載及純電阻負載：電樞反應去磁★感性負載(j>0,y>90>0，cos

j滯后)，勵磁電流If不變時，隨著電樞電流I的增大，有兩個因素導致端電壓下降：電樞反應的去磁EU；漏抗壓降IRa的增大。故感性負載同步電機的外特性是下降的曲線。★容性負載對于(j<0,y<90，cos

j超前)，電樞反應為增磁作用，電樞電流I增大，端電壓U反而增大。圖6-32給出了各種情況下的外特性曲線。★純電阻負載:電樞反應去磁,外特性是下降曲線.四、外特性和電壓調(diào)整率3、為使不同cosj下，I=IN時均有U=UN，則感性負載下所需勵磁電流If大----過勵狀態(tài)容性負載下所需勵磁電流If小----欠勵狀態(tài)純電阻負載cosj=1下所需勵磁電流If----正常勵磁狀態(tài)cosj=O.8滯后cosj=O.8超前cosj=1INUN圖6-32同步發(fā)電機的外特性IU4、電壓調(diào)整率：同步發(fā)電機在額定負載時(I=IN，U=UN，cosj=cosjN)的勵磁電流稱額定勵磁電流記為IfN。

發(fā)電機的端電壓隨著負載電流的改變而變,保持勵磁電流If=IfN和轉(zhuǎn)速n=nN,卸去負載,發(fā)電機的端電壓將由UN變化為空載電勢E0

，電壓變化的幅度可以用電壓調(diào)整率來表示U=（E0-UN）/UN*100%圖6-33從外特性求電壓調(diào)整率INUNIUE0UI=IfNcosj=cosjN1、發(fā)電機負載變化，為保持端電壓U不變，必需調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流If。圖6-34調(diào)整特性2、調(diào)整特性是當n=nN,U=常數(shù),cosj=常數(shù)時，發(fā)電機勵磁電流If與電樞(負載)電流的關(guān)系曲線If

=f(I)。3、調(diào)整特性曲線形狀與負載的性質(zhì)有關(guān)★感性負載及純電阻負載：I

If

★容性負載：因負載電流助磁，I

If

調(diào)整特性見圖6-34INIIf0Ifcosj=O.8滯后cosj=O.8超前cosj=O滯后cosj=1五、調(diào)整特性6.3.2特性曲線在參數(shù)計算中的應用一、利用空載特性和零功率因數(shù)特性確定Xd的飽和值（圖6-35）Ff(If)UOA:額定點BI=0I=INUNCLKT線性化空載特性E0"=f(Ff)E0=f(Ff)=E=UN+INXd=+

=

INXd飽和故X*d飽和=Xd飽和/Zb=/IN*IN/=/-BL-KT-KA-AT-AT-AT-KA-KA-AT圖6-35.U.I.IRa.E0.E.Id.IqjIqXaq..EaqjIX..EdFad'Faq'FfFad'Fd'圖6-36計飽和時凸極同步發(fā)電機時—空矢量圖設Ra、X、Kad、KaqU、I、

cosj等已知★求=IqXaq

=IXaq★由I1及Fa1=1.35INKN1/p,計算出Fa1★=可由磁動勢Fa1Kaq=查空載特性的直線部分求得?！镞BOQ得角★知角及QO.EQjIXaq..E.E二、電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的求法

1、凸極同步發(fā)電機AB-AB-AQ-AQ-OX-XTFaq‘=FaqKaq

=Fa1Kaq

cos可求Fad’=FadKad=

Fa1sinKad★已知=Ed,查E0=f(Ff)得Fd'=★由矢量方程Fd

=Ff+Fad‘得Ff=Fd

‘

-Fad‘求得Ff

數(shù)值上Ff=Fd‘+Fad‘=★由Ff查I=0時空載特性E0=f(Ff)曲線,求得E0★電壓調(diào)整率UU=(E0-UN)/UN*100%=()/UN*100%IfN

=/Nf圖6-37凸極同步發(fā)電機電壓調(diào)整率的圖解求法-OYFfEEOE0=f(Ff)FadfFd'FfKaqFa1IqXaq/cosXT-OBYBNZE0-YZ=-OX/KaqsinKad-OZ-ON-UN-OZ2、隱極同步發(fā)電機飽和時可用保梯圖求解將X用Xp代替，求得E由E'

查空載特性得F'

或If,在矢量圖上作F'

超前E

'

900,最后由矢量合成得Ff=F'

-Fa

',再結(jié)合空載特性求得IfN和U。.=U+IRa+jIXp..E.IfEEOE0=f(Ff)IfNYE0jIXp..E

IRa..UBIfC

C'

I.Fa'(Ifa)Ifa.D'

G

G'

IfaEa將保梯圖與空載特性畫在一起如右圖6-37。圖6-37用保梯圖與空載特性求IfN和U-DE=E0D

E

U=()/UN*100%-DE-UN-OB=IfN-OC=If-CB=Ifa

=

kaFa/Nf=Fa'

/Nf+j上述介紹的隱極同步發(fā)電機飽和時求解電壓調(diào)整率和額定勵磁磁勢的保梯圖法同樣適用于凸極機，具體做法時：用kadFa代替kaFa，由于未對直軸和交軸電樞反應進行區(qū)別處理，結(jié)果存在誤差，但當cosj=O.8時，所導致的IfN不會超過10%，工程上允許。例：P316--3186.3.3同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測定測Xd、Xq的不飽和值方法----轉(zhuǎn)差法一、試驗方法：將被測發(fā)電機用原動機拖動到接近同步轉(zhuǎn)速(s0.01)nnN,勵磁繞組開路,定子側(cè)加額定頻率的相序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致的三相對稱低電壓(0.02-0.15)UN,保證被測電機不被拉入同步。用示波器拍攝轉(zhuǎn)子勵磁繞組開路電壓、定子電壓電流波形(圖6-38）。轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速，電樞磁場軸線依此交替地與轉(zhuǎn)子直軸、交軸重合。與直軸重合，Iq=0,電樞電抗達最大值Xd,定子電流為最大值Imin,供電線路壓降減小，定子電壓為Umax,故Xd=Umax/Imin同理Xq=Umin/Imax6.4同步發(fā)電機的并聯(lián)運行★單機供電的缺點：不能保證供電質(zhì)量(電壓和頻率的穩(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電)；無法實現(xiàn)供電的靈活性和經(jīng)濟性。這些缺點可通過多機并聯(lián)來改善。

★通過并聯(lián)可將幾臺電機或幾個電站并成一個電網(wǎng)?，F(xiàn)代發(fā)電廠都是把幾臺同步發(fā)電機并聯(lián)起來接在共同的匯流排上，一個地區(qū)總有多個發(fā)電廠并聯(lián)起來組成一個強大的電力系統(tǒng)(電網(wǎng))。

★電網(wǎng)供電優(yōu)點：

①提高了供電可靠性。一臺電機故障或檢修不會引起停電事故。

②提高了供電的經(jīng)濟性和靈活性。若水電廠與火電廠并聯(lián)，在枯水期和旺水期兩種電廠可以調(diào)配發(fā)電。用電高峰期和低谷期可靈活決定投入電網(wǎng)的發(fā)電機數(shù)量，提高發(fā)電效率和供電靈活性。

③提高了供電質(zhì)量。電網(wǎng)容量大(相對于單臺發(fā)電機或個別負載可視為無窮大)，單臺發(fā)電機投入與停機、個別負載變化對電網(wǎng)影響甚微，衡量供電質(zhì)量的電壓和頻率可視為恒定不變的常數(shù)。同步發(fā)電機并聯(lián)到電網(wǎng)后其電壓、頻率和電網(wǎng)一致不能單獨變化。

6.4.1投入并聯(lián)的條件和方法一、并聯(lián)條件：把同步發(fā)電機并聯(lián)至電網(wǎng)的過程稱為投入并聯(lián)(并列、并車、整步)。并車時必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步發(fā)電機受到損壞（電磁沖擊、機械沖擊）、電網(wǎng)遭受干擾。

★并聯(lián)條件：

①波形相同；②頻率相同；③相序相同；

相位相同；相序相同（多相系統(tǒng)相容的基本要求）。

★若以上條件中的任何一個不滿足則在開關(guān)兩端會出現(xiàn)差額電壓，如果閉合開關(guān)，在發(fā)電機和電網(wǎng)組成的回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。

★上述條件中相序一致是絕對條件，其它條件是相對的，因為通常電機可以承受一些小的沖擊電流。二、并聯(lián)方法

1、準確同步法：將發(fā)電機調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后的合閘操作過程稱準確同步法調(diào)整過程常用同步指示器來判斷條件的滿足情況。最簡單的同步指示器由三相相燈組成，并有直接接法、交叉接法。

★直接接法（燈光明暗法）①接線圖：

如圖6-39所示，將三只燈泡直接跨接于電網(wǎng)與發(fā)電機的對應相之間。②采用直接接法，每組燈上電壓相同，假設發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓幅值相同，而頻率不同，其相量圖見右圖6-40。U.以頻率（f2-f1)在(0—2)U1之間交變，即三組相燈以頻率f2-f1閃爍，同暗同亮。

UA1.

UA2.

UB1.

UC1.

UB2.

UC2.UA.w2w1圖6-40直接接法的相量圖③電網(wǎng)圖6-39直接接法接線圖并車方法：A、調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流大小使其端電壓與電網(wǎng)電壓相等；B、調(diào)節(jié)相序，如果相序一致，燈光應表現(xiàn)為明暗交替，如燈光不是明暗交替說明相序不一致，應調(diào)整發(fā)電機的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴格保證相序一致；C、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，改變頻率，直到燈光明暗交替頻率很低，等待燈光完全變暗的瞬間到來，即可合閘并車。

并聯(lián)后的自整步作用合閘前，燈光仍在亮、暗交替變化，說明f2和f1還不是嚴格相等，合閘后仍有存在。分析表明，由于U的存在所產(chǎn)生的自整步作用，使電機最終能同步運行。U.若f2>f1，合閘后相量圖如圖6-40。產(chǎn)生的環(huán)流Ih滯后約900，也滯后。對發(fā)電機相當于輸出電功率，軸上受制動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降，直到嚴格同步,f2=f1

。同理f2<f1,發(fā)電機軸上受驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速上升(圖略)，直到嚴格同步,f2=f1。U..U.U.U.U.U2.U1.U1.-.Ih圖6-40自整步作用★交叉接法（燈光旋轉(zhuǎn)法）①接線圖：如圖6-41所示，一相相燈直接接于某相開關(guān)兩端，另兩相相燈交叉連接。②采用交叉接法，每組燈上電壓不相等，各組燈亮度不一樣。假設發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓幅值相同，而頻率不同，其相量圖見右圖6-42。w2

UA1.

UA2.

UB1.

UC1.

UB2.

UC2.UI.w1UII.UIII.圖6-42各組同步指示燈的電壓③分析燈光特點：假設發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓幅值相同，而頻率不同(設w2>w1)，由相量圖右圖6-43可知三組燈的亮度變化情況。圖6-41交叉接法接線圖發(fā)電機電網(wǎng)UIII.圖6-43旋轉(zhuǎn)燈光法并網(wǎng)過程分析最亮半亮半亮半亮半亮半亮半亮UA1.UA2.UA1.UA2.UA1.UA2.UB1.UB1.UC2.UC2.UB1.UC2.UB2.UC1.UB2.UC1.UC1.UIII.UI.UII.UII.UII.UI.UI.UI.UIII.UB2.最亮最亮半亮旋轉(zhuǎn)法并車方法為：A、通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的大小使得端電壓與電網(wǎng)電壓相等；B、電壓調(diào)整好后，如果相序一致，則燈光旋轉(zhuǎn)，否則說明相序不一致，這時應調(diào)整發(fā)電機的出線相序或電網(wǎng)的引線相序，嚴格保證相序一致；C、通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速改變的頻率，直到燈光旋轉(zhuǎn)十分緩慢時，頻率f2f1，當燈I完全熄滅，另兩組燈等亮度時迅速合閘并車。并聯(lián)后最終由自整步作用牽入同步運行。準確同步法（燈光法）又稱理想整步法，合閘時無明顯的沖擊電流；對并車條件逐一檢查和調(diào)整，操作復雜，費時較多。2、自同步法：當電網(wǎng)出現(xiàn)故障，一般要求迅速將發(fā)電機投入，因電網(wǎng)電壓和頻率出現(xiàn)不穩(wěn)定，準確同步法很難操作，往往用自同步法實現(xiàn)并聯(lián)運行。①自同步法操作過程：在相序一致的情況下將勵磁繞組通過適當?shù)碾娮瓒探?，再用原動機把發(fā)電機拖動到接近同步速(相差小于2~5％)，在沒有接通勵磁電流的情況下合閘將發(fā)電機接入電網(wǎng)，并立即加入勵磁，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過程即告結(jié)束。需要注意的是，勵磁繞組必須通過一限流電阻短接，因為直接開路，將在其中感應出危險的高壓；直接短路，將在定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生很大的沖擊電流。自同步法的優(yōu)點：操作簡單，方便快捷；缺點：合閘時有沖擊電流。

6.4.2功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程一、功率平衡：1、同步發(fā)電機的功率流程如圖6-44所示。P1:原動機向發(fā)電機輸入的機械功率Pmec:軸與軸承間的摩擦、轉(zhuǎn)動部分與空氣的摩擦及通風設備的損耗，為機械損耗PFe:定子鐵心中的渦流和磁滯損耗，鐵心損耗Pad:附加損耗Pem

:為通過電磁感應作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組上的電功率，稱電磁功率PCu1:負載運行時定子繞組中還存在定子銅耗P2:發(fā)電機輸出功率。

2、同步發(fā)電機的功率平衡方程式為：

★功率平衡方程式:P1-(Pmec+PFe+Pad)=Pem=P2+PCu1P2=P1-(Pmec+PFe+Pad)-PCu1★Pem大?。篜em=P2+PCu1=mUIcos+mI2Ra=mEIcosii---

與之間的夾角PemP1P2PmecPadPFe圖6-44功率流程圖E.I.Pem=mEIcosiA、隱極同步發(fā)電機機：Ecosi=E0cos（參圖6-45）則Pem=mEIcosi=mE0Icos

.U.I.I.E0.EjIX.jIXa..Ea.IRa.Ei圖6-45不計飽和時隱極同步發(fā)電機電磁功率推導用圖B、凸極同步發(fā)電機：Ecosi=EQcos=[E0-Id(Xd-Xq)]cos則Pem=mEIcosI=mE0Icos-mIdIq(Xd-Xq)（參圖6-21)C、定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計，則有PemP2=mUIcos=mUIcos(-)二、轉(zhuǎn)矩平衡：將功率平衡方程式兩側(cè)同除轉(zhuǎn)子機械角速度=2n/60即T1-(Tmec+TFe+Tad)=TemT1---驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Tmec、TFe、Tad、Tem---制動轉(zhuǎn)矩6.4.2功角特性一、電磁功率：PemP2=mUIcos=mUIcos(-)=mUI(coscos+sinsin)=mUIqcos+mUIdsin二、功角特性★

y為內(nèi)功率因數(shù)角，

=y-j定義為功角。它表示發(fā)電機的勵磁電勢

和端電壓之間相角差。功角對于研究同步電機的功率變化和運行的穩(wěn)定性有重要意義。.E0.U功角d在時間上表示端電壓和勵磁磁勢之間的相位差，空間上表現(xiàn)為合成磁場軸線與轉(zhuǎn)子磁場軸線之間夾角。（參圖6-46）★凸極機：由圖6-21

Usin=IqXq即Iq=Usin/XqIdXd=E0-Ucos即Id=(E0-Ucos)/Xd由上三式得：（切記）★

Pem=mE0Usin/Xd+mU2/2*(1/Xq-1/Xd)sin2凸極機：基本電磁功率---mE0Usin/Xd

附加電磁功率---mU2/2*(1/Xq-1/Xd)sin2圖6-46功角空間概念★隱極機：Xq=Xd=Xt附加電磁功率=0Pem=mE0Usin/Xt★保持E0不變，電網(wǎng)電壓U、頻率f恒定（即電抗為常數(shù)），Pem=f()曲線即功角特性如圖6-4790018000Pem9000Pem1800(a)(b)圖6-47功角特性(a)隱極機(b)凸極機6.4.4有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定一、

If一定，有功功率調(diào)節(jié)假設條件：無窮大電網(wǎng)---U=K、f=K、Z為隱極機且Ra=0

不飽和1、發(fā)電機輸出：P2=mE0Usin/Xt空載時，=0

Pem=0Tem=0要調(diào)節(jié)有功功率，要調(diào)節(jié)2、要改變發(fā)電機輸送給電網(wǎng)的有功功率，必須改變，改變原動機輸入的機械功率（P1、T1），即改變原動機提供的動力轉(zhuǎn)矩，這一改變可以通過調(diào)節(jié)水輪機的進水量或汽輪機的進汽量來達到?？蛰d時T0=T1，現(xiàn)增大T1，T1T0轉(zhuǎn)子加速，增大，直到轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)子勻速運行。3、同步發(fā)電機的極限功率Pemmax：m：對應于最大電磁功率的功角,一般來說凸極電機的m在45～90之間；隱極機m=