*5.9

微型同步電動機5.12

三相同步發(fā)電機的運行特性第5章同步電機的基本理論5.3

三相同步電機的基本結構5.5

三相同步電動機的運行分析5.6

三相同步電動機的功率和轉矩5.7

三相同步電動機的的運行特性5.8

三相同步電動機功率因數的調節(jié)5.10

三相同步發(fā)電機的運行分析5.11

三相同步發(fā)電機的功率和轉矩5.13

同步發(fā)電機與電網的并聯(lián)運行5.2

三相同步電機的工作原理電機與拖動*5.14

同步發(fā)電機的三相突然短路返回主頁5.1

同步電機的用途和種類5.4

三相同步電機的型號和額定值高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.1同步電機的用途和種類一、同步電機的用途同步電機最主要的用途是用作發(fā)電機。三相同步發(fā)電機是當前所有發(fā)電廠中所采用的發(fā)電機。二、同步電機的種類按能量轉換的不同——同步電動機和同步發(fā)電機。按相數的不同——單相同步電機和三相同步電機。按安裝方式的不同——臥式同步電機和立式同步電機。按轉子結構的不同——凸極式同步電機和隱極式同步電機。按原動機的不同——汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機等。高等教育出版社高等教育電子音像出版社V1V2W2W1U1U2NS5.2

三相同步電機的工作原理定子+Uf－If轉子勵磁繞組一、三相同步電動機

定子旋轉磁場。轉子直流磁極。轉子轉速同步第5章同步電機的基本理論60f1pn=n0=高等教育出版社高等教育電子音像出版社V1V2W2W1U1U2NS

同步電動機中的磁通勢定子——電樞。電樞旋轉磁通勢Fam轉子旋轉磁通勢F0m氣隙旋轉磁通勢Fm

NSSNn0n0θ

電樞反應——Fam對Fm

的影響。NSSN電動機狀態(tài)n0n0理想空載狀態(tài)F0mFamFmθ功角5.2

三相同步電機的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社

同步電動機中的感應電動勢V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθF0m電樞三相繞組中感應E0Fm電樞三相繞組中感應E1E0在時間上滯后于E1θ角F0m在空間上滯后于Fmθ角－E0在時間上滯后于－

E1θ角5.2

三相同步電機的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、三相同步發(fā)電機勵磁機→F0m旋轉的F0m和Φ0E0原動機電樞三相繞組中感應SNn0NSn0θ發(fā)電機運行NSSNn0n0

理想空載狀態(tài)V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθ5.2

三相同步電機的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社三相同步發(fā)電機空載運行時電樞（定子）：I1(Fam

)=0轉子每極磁通：Φ0

空載電動勢：E0

=4.44kw1

N1f1Φ0

或電樞相電壓：U0P

=E0電樞線電壓（Y形聯(lián)結）：E0

=－j4.44kw1

N1f1Φ0E0

的頻率：f1

=pn60如果：f1

=50Hz，則：pn=30005.2

三相同步電機的工作原理U0L

=√3E0高等教育出版社高等教育電子音像出版社

三相同步發(fā)電機負載運行時電樞旋轉磁通勢Fam轉子旋轉磁通勢F0m氣隙旋轉磁通勢Fm

同步電動機中的感應電動勢V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθF0m電樞三相繞組中感應E0Fm電樞三相繞組中感應E1E0在時間上超前于E1θ角F0m在空間上超前于Fmθ角5.2

三相同步電機的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社三、三相同步電機的可逆運行NSSNn0n0θ電動機狀態(tài)NSSNn0n0理想空載狀態(tài)SNn0NSn0θ發(fā)電機運行5.2

三相同步電機的工作原理高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.3

三相同步電機的基本結構一、主要部件1.定子（電樞）2.轉子由硅鋼片疊成。對稱三相繞組。(1)定子鐵心：(2)定子繞組：(3)機座和端蓋等。(1)轉子鐵心：由整塊鑄（鍛）鋼制成。(2)勵磁繞組：工作時施加直流勵磁。(3)阻尼繞組和轉軸等。阻尼繞組第5章同步電機的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、勵磁方式1.直流勵磁機勵磁勵磁繞組由小型直流發(fā)電機供電。2.靜止整流器勵磁交流勵磁機→整流→直流電3.旋轉整流器勵磁交流勵磁機→整流→直流電→勵磁繞組。電刷集電環(huán)勵磁繞組。5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社NS+－3~×3~·····×××××+－NS凸極式轉子隱極式轉子高等教育出版社高等教育電子音像出版社勵磁機發(fā)電機水輪機5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社小浪底電站水輪機組安裝5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社三峽電站首臺機組安裝5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社水力發(fā)電5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社火力發(fā)電廠勵磁機發(fā)電機汽輪機5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社燃燒室燃料鍋爐的爐膛循環(huán)水汽輪機發(fā)電機3600r/min升壓變壓器超熱高壓蒸汽電能輸出電能的產生5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社

熱電廠1煤傳送帶2加煤機3粉碎機4鍋爐5煤渣6空氣預熱器7靜電除塵8煙囪9汽輪機10冷凝器11變壓器12冷卻塔13發(fā)電機14輸電線5.3

三相同步電機的基本結構高等教育出版社高等教育電子音像出版社大連理工大學電氣工程系三相同步電機5.3

三相同步電機的基本結構

更多的圖片高等教育出版社高等教育電子音像出版社三相同步電機5.3

三相同步電機的基本結構

更多的圖片高等教育出版社高等教育電子音像出版社同步發(fā)電機5.3

三相同步電機的基本結構

更多的圖片高等教育出版社高等教育電子音像出版社大連理工大學電氣工程系小型同步電機5.3

三相同步電機的基本結構

更多的圖片5.4

三相同步電機的型號和額定值5.4

三相同步電機的型號和額定值1.型號T2500－4/2150三相同步電動機功率(kW)磁極數定子鐵心外徑（mm）高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.4

三相同步電機的型號和額定值2.額定功率PN

：輸出功率的額定值3.額定電壓UN：線電壓的額定值。4.額定電流IN：線電流的額定值。5.額定頻率fN

：50Hz。6.額定轉速nN：額定運行時的轉速。PN

=√3UNINNN三相同步發(fā)電機：PN

=√3UNINN三相同步電動機：高等教育出版社高等教育電子音像出版社一、三相隱極同步電動機的運行分析第5章同步電機的基本理論1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0mFU1→I1→FamE1電樞感應→Φ合成磁通勢U1=R1I1－E－E1E

=－j

X

I1※漏磁感應電動勢：※R1、X——定子每相繞組的電阻、漏電抗。5.5

三相同步電動機的運行分析R1I1E漏磁通E1E高等教育出版社高等教育電子音像出版社(勵磁電動勢不變)(電樞反應電動勢隨負載變化)如果不計磁路飽和，則Uf→If→F0m→Φ0U1→I1→Fam→E0→Φa→Ea

→ER1I1E1=E0

+EaU1=－E1+(R1＋

j

X

)I1所以Ea

=－j

Xa

I1※Xa

——電樞反應電抗。5.5

三相同步電動機的運行分析U1=－E0－Ea－E＋R1I1高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=－E0＋(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1※

Xs=X＋Xa——同步電抗。一般：R1＜＜

Xs，忽略R1，則U1=－E0＋j

XsI12.等效電路R1jXs+U1－I1－

+E05.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社3.相量圖U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1U1(a)電感性I1R1I1jXsI1－E0Ψ——功率因數角。Ψ——內功率因數角。已知：－E0滯后于－E1θ角，U1=－E1＋(R1＋j

X)

I1θ因此－E0滯后于

U1θ?！郑璄1（忽略R1和X）(b)電阻性U1I1－E0jXsI1R1I1θ=Ψ(c)電容性U1I1R1I1jXsI1－E0θΨ

=±5.5

三相同步電動機的運行分析Ψ高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=－E0＋jXsI1(a)電感性U1I1jXsI1－E0如果忽略R1，則有同樣有關系

Ψ=±(b)電阻性U1I1－E0jXsI1θ=Ψ(c)電容性U1I1jXsI1－E05.5

三相同步電動機的運行分析θΨΨ高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.5.1】某三相隱極同步電動機，PN=50kW，UN=380V，Y形聯(lián)結，IN=90A，N=0.8（電感性），R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求在上述條件下運行時的E0、、和。解：電樞相電壓和相電流為U1=UN3I1=IN=90A

=arccos0.8=36.87o取參考相量：

U1=220

0oV則I1=90

－36.87oA=V=220V38035.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社由此求得

E0=

159.72V

θ=

28.34oΨ=

－θ

=8.53o－E0=U1－(R1＋jXs)I1

=［220

0o－(0.2＋j1.2

)×90－36.87o］V=159.72－28.34oV

5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社F0m二、三相凸極同步電動機的運行分析

特點：氣隙不均勻。同樣的Fam→產生不同的Φa→對應不同的Xa。V1V2W2W1U1U2NSFamFam

如果磁路不飽和：將I1分解為兩個分量。直軸交軸－E0I1IqΨId直軸分量：Id

=I1sinΨ交軸分量：Iq

=I1cosΨI1=

Id＋Iq——雙反應理論。5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0m→Φ0→E0U1→I1→Id→Iq→Fad→Faq→Φad→Φaq→Ead→EaqΦ

→E

R1I1U1=－E0－Ead－Eaq－E＋R1I1Ead

=－jXad

Id※Xad

——

直軸電樞反應電抗。

Xaq

——

交軸電樞反應電抗。Eaq

=－jXaq

Iq5.5

三相同步電動機的運行分析E0EEadEaq高等教育出版社高等教育電子音像出版社E=－jXσI1I1=Id＋IqU1=－E0＋j

Xad

Id＋j

Xaq

Iq＋j

XσI1＋R1I1=－E0＋j

(Xad＋X)

Id＋j

(Xaq＋X)

Iq＋R1I1U1=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq＋R1I1※Xd

=

Xad＋X——直軸同步電抗。

Xq

=

Xaq＋X——交軸同步電抗。

如果忽略R1，則U1

=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq

5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社Ψ－E0I1IqId－E0I1IqΨId－j(Xd－Xq)IdEQ

設虛擬電動勢EQ

=E0－j(Xd－Xq

)Id2.等效電路(a)I1滯后于－E0時jIdEQ(b)I1超前于－E0時jId結論：EQ

與E0同相位。U1

=－E0＋R1I1＋jXd

Id＋jXq

Iq－jXq

Id＋jXq

Id

U1=－EQ＋(R1＋jXq

)I15.5

三相同步電動機的運行分析－j(Xd－Xq)Id高等教育出版社高等教育電子音像出版社※

隱極電動機可視為凸極電動機的特例：

Xd=Xq=Xs

EQ=E0R1jXq+U1－I1－

+EQ5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社3.相量圖

設已知U1、I1、、Xd、Xq

。

取U1=U10o(1)畫I1。(2)畫R1I1

和jXq

I1。(3)畫(－EQ)

，確定(－E0)的方位。(4)由I1分解出Id

和Iq。(5)畫jXd

Id

和jXq

Iq。(6)畫(－E0)。5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社(a)電感性(b)電阻性5.5

三相同步電動機的運行分析IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0R1I1IdU1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1I1R1I1jXqI1－EQIqIdjXd

IdjXq

Iq－E0(c)電容性高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1jXqI1－EQIdIqjXd

IdjXq

Iq－E0

忽略R1時的相量圖(簡化相量圖)

(a)電感性jXq

IqU1I1jXqI1－EQIqIdjXd

Id－E0(b)電阻性U1=－EQ

＋jXq

I1U1=－E0＋jXdId＋jXq

Iq

－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ(c)電容性5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社

由相量圖求得

Ψ=±θ

由簡化相量圖還可以求得tanΨ=U1sin±XqI1U1cos※電感性時取“－”，電容性時取“＋”。5.5

三相同步電動機的運行分析Xd=E0－U1cosθIdXq=U1sinθIq－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=UN3=V=3468.21V60001.732

【例5.5.2】

一臺三相凸極同步電動機，UN=6000V，IN=57.8A，Y形聯(lián)結。當電樞電壓和電流為額定值、功率因數

=0.8（電容性）時，相電動勢E0=6300V，Ψ=58o，R1忽略不計。求該電動機的Xd

和Xq。

解：電樞相電壓和相電流為I1=IN=57.8A由此求得

Id=I1sinΨ=57.8×sin58oA=49.02AIq=I1cosΨ=57.8×cos58oA=30.63A

=Ψ－=58o－36.87o=21.13o5.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社Xd=E0－U1cosθId=Ω=62.52Ω6300－3468.21×cos21.13o49.02Xq=U1sinθIq=Ω=40.82Ω3468.21×sin21.13o30.635.5

三相同步電動機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.6

三相同步電動機的功率和轉矩一、功率1.輸入功率（不計勵磁功率）

P1=3U1I1cos2.電樞銅損耗

PCu=3R1I123.電磁功率

Pe

=P1－PCu5.6

三相同步電動機的功率和轉矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1R1I1jXsI1－E0ΨU1R1I1jXsI1－E0ΨI1

在隱極同步電動機中

Pe=3E0I1cosΨ

在凸極同步電動機中

Pe=3EQI1cosΨ5.6

三相同步電動機的功率和轉矩4.空載損耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad鐵損耗機械損耗附加損耗高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.輸出功率

P2=Pe－P06.總損耗

Pal=

PCu＋PFe＋Pme＋Pad7.功率平衡方程式

P1

－P2=

Pal

8.效率

P1PCuPeP0P2

=×100%

P2P15.6

三相同步電動機的功率和轉矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、轉矩1.轉矩平衡方程式

T2=T－T04.空載轉矩2.輸出轉矩5.6

三相同步電動機的功率和轉矩3.電磁轉矩T2

=P2Ω==9.55P2n60P22nT

=PeΩ==9.55Pen60Pe2nT0

=P0Ω==9.55P0n60P02n高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.6

三相同步電動機的功率和轉矩穩(wěn)定運行時T2=TL

忽略T0，

則

T=T2=TL

高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.6.1】

已知某三相同步電動機，n=1500r/min，Xd

=6Ω，Xq

=4Ω，Y形聯(lián)結。當定子加額定電壓UN=380V，轉子加負載轉矩TL=30N·m時，電樞電流I1=10A，功率因數

=0.8（電容性），Ψ=40o，E0=228V。求P1、Pe、P2、PCu、P0和T2、T、T0。

解：P1=3U1I1cos=3×

I1cosUN3=3×

×10×0.8W=5295.2W3801.732Id=I1sinΨ=10sin40oA=6.43AEQ=E0－(Xd－Xq)Id

=［228－(6－4)×6.43］V=215.14V5.6

三相同步電動機的功率和轉矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社Pe=

3EQI1cosΨ=3×215.14×10×cos40oW=4944.2WPCu=P1－Pe=(5259.2－4944.2)W=315WP0=Pe－P2=(4944.2－4710)W=234.2WT2=TL=30N·mT0=T－T2=(31.49－30)N·m=1.49N·m

P2=

T2n260=

TLn260=×30×1500W=4710W2×3.1460T

=60Pe2n=N·m=31.49N·m604944.26.28

15005.6

三相同步電動機的功率和轉矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.7

三相同步電動機的運行特性

運行特性當U1=UN，f1=fN，

If=常數時，I1、T、、

=f(P2)的關系。當U1與E0（即n

和If）為常數時：

Pe

=f(θ)

T

=f(θ)——功角特性——矩角特性一、隱極同步電動機的功角特性和矩角特性如果忽略R1，則有

第5章同步電機的基本理論

U1sinθ=Xs

I1cosΨ高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1jXs

I1－E0θΨΨPe

=3sinθ

U1E0XsT

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※當θ=90o時:

Pe

=PeM，T

=TM5.7

三相同步電動機的運行特性代入Pe和T的公式，可得高等教育出版社高等教育電子音像出版社

電動機為電容性時

U1sin=XqI1cosΨXd

Id

=E0－U1cosEQ

=E0－(Xd－

Xq)Id二、凸極同步電動機的功角特性和矩角特性U1I1jXqI1－EQjXd

IdjXq

Iq－E0θΨΨ5.7

三相同步電動機的運行特性

電動機為電感性時

U1sin=XqI1cosΨXd

Id

=U1cos－E0EQ

=E0＋(Xd－

Xq)Id高等教育出版社高等教育電子音像出版社Pe代入Pe

和T的公式可得

3U1E0Xd

=sin1Xq＋

(

－

)

sin23U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin1Xq+(

－

)

sin23U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T＋T

5.7

三相同步電動機的運行特性高等教育出版社高等教育電子音像出版社

討論：(1)3U1E0Xd

Pe'=sinPe'∝E0，當轉子有勵磁即If≠0時存在。

(2)1XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，與If

是否存在無關。

結論：(1)

Pe"使PeM。(2)

PeM產生在θ＜90o

處。(3)

功角特性與矩角特性不再是正弦波?！痉至??！郊臃至?。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"5.7

三相同步電動機的運行特性高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.8

三相同步電動機功率因數的調節(jié)

同步電動機的主要優(yōu)點

調節(jié)If

→

調節(jié)cos→－90o＜＜90o(純電容性)(純電感性)

調節(jié)If

改變cos的原理以隱極同步電動機為例，并忽略R1和T0。調節(jié)If時，U1、f1、TL都不變，則T和Pe

不變，即T和P1不變。根據：Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos第5章同步電機的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社可得如下關系：E0sinθ=常數

I1cos=常數另一方面:

因此，改變If

而使E0

改變時，I1、θ和均要改變。當If→E0→θ。當If

→E0

→θ。U1=－E0＋j

XsI15.8

三相同步電動機功率因數的調節(jié)U1jXsI1－E0θ－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"I1高等教育出版社高等教育電子音像出版社(1)正常勵磁當If=If0時，I1與U1同相，

=1,電機呈電阻性。(2)欠勵磁

當If

＜If0時，I1(I1'

)滯后于U1，電機呈電感性。If

→

，感性程度。(3)過勵磁當If

＞If0時，電機呈電容性，

If

→||

，容性程度

。I1(I1")超前于U1，5.8

三相同步電動機功率因數的調節(jié)U1jXsI1－E0－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θI1高等教育出版社高等教育電子音像出版社同步電動機的V形曲線當U1=

UN、f1

=

fN、TL不變時：

I1=f(If

)OI1IfP2'P2"欠勵過勵

If0＜cos=15.8

三相同步電動機功率因數的調節(jié)高等教育出版社高等教育電子音像出版社*5.9

微型同步電動機

微型同步電動機的額定功率：零點幾瓦至數百瓦。應用

電報傳真機、磁帶錄音機、精確計時或記錄裝置。

分類

按定子繞組電源的相數分：單相、三相。按轉子結構的不同分：永磁式、磁阻式、磁滯式。一、永磁式同步電動機

轉子：永久磁鋼，隱極式或凸極式。特點：結構簡單、制造方便、和高、成本也高。第5章同步電機的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社*5.9

微型同步電動機鼠籠槽反應槽二、磁阻式同步電動機又稱為反應式同步電動機。轉子：由導磁材料制成，凸極式。特點：結構簡單、價格便宜、運行可靠、和較低。

磁阻式同步電動機的轉子結構型式(a)外反應式(b)內反應式(c)內外反應式高等教育出版社高等教育電子音像出版社*5.9

微型同步電動機三、磁滯式同步電動機簡稱電動機。轉子：由硬磁材料制成，轉子外表呈光滑圓柱形。1.渦流轉矩

轉子導電→感應渦流渦流轉矩當n=n0

時，渦流轉矩=0。2.磁滯轉矩轉子導磁→被磁化→磁極轉子磁極軸線滯后于合成旋轉磁場軸線3.特點可以運行于同步轉速，也可以運行于異步轉速。自身具有起動轉矩。旋轉磁場磁滯現(xiàn)象高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.10

三相同步發(fā)電機的運行分析1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0I1→Fam→Φa→EaΦ→ER1I1U1=E0＋Ea＋E－R1I1＋U1－I1第5章同步電機的基本理論一、三相隱極同步發(fā)電機的運行分析E0EaE

高等教育出版社高等教育電子音像出版社Ea

=－j

Xa

I1E

=－j

X

I1※Xa

——電樞反應電抗。

X——電樞漏電抗。U1=E0－(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I1※Xs=Xa＋X——同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXsI15.10

三相同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社2.等效電路3.相量圖根據負載的功率因數和電路方程作相量圖。并設：

U1=U10o。+U1－R1jXsI1＋－E０U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I15.10

三相同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社(c)電容性(a)電感性(b)電阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ

忽略R1時：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.10

三相同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.10.1】

某三相同步發(fā)電機，PN=50kW，UN=400V，Y形聯(lián)結，N=0.8（電感性）。R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求空載電壓等于額定電壓，電樞電流等于額定電流，內功率因數角Ψ=53.1o時的相電壓U1

、線電壓U1L、功率因數角和功角。解：E0=UN3=

V=231.21V4001.732I1=IN=PN3UNN=A=90.32A50×1031.732×400×0.8取參考相量：則I1=90.32

0oAE0=231.2153.1oV5.8三相同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1=E0－(R1＋jXs)I1=［231.2153.1o－(0.2＋j1.2

)×90.32

0o］V

=14332.36o

V由此求得

U1=143VU1L=

3U1=1.732×143

V=247.39V=32.36o=Ψ－

=53.1o－32.36o=20.74o5.10

三相同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0

I1→Fad

→Faq

→Φad

→Φaq

→Id→Iq→Ead

→EaqΦ

→ER1I1

＋U1

－I1U1=E0+Ead+Eaq+Eσ－R1I1二、三相凸極同步發(fā)電機的運行分析5.10

三相同步發(fā)電機的運行分析EEaqE0Ead高等教育出版社高等教育電子音像出版社Ead

=－jXad

IdE

=－j

XI1Eaq

=－jXaqIq※Xad

——直軸電樞反應電抗。

Xaq

——交軸電樞反應電抗。

Xσ——電樞漏電抗。U1=E0－jXad

Id－jXaq

Iq－jXI1－R1I1=E0－j(Xad＋X)

Id－j(Xaq＋X)

Iq－R1I15.10

三相同步發(fā)電機的運行分析將得高等教育出版社高等教育電子音像出版社※Xd=Xad+

Xσ

——直軸同步電抗。

Xq

=Xaq

+

Xσ

——交軸同步電抗。忽略R1，則U1=E0－jXd

Id－j

Xq

IqU1=E0－jXd

Id－jXq

Iq－R1I15.10

三相凸極同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社2.等效電路

設：EQ

=E0－j(Xd－Xq

)IdU1=EQ－R1I1－j

Xq

I1忽略R1，則U1=EQ－j

Xq

I13.相量圖

根據電路方程和負載性質作相量圖。

設：U1=U10oI1R1jXq+U1－＋－EQ5.10

三相凸極同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)電容性(a)電感性(b)電阻性

忽略R1時U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.10

三相凸極同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社

【例5.10.2】

某三相同步發(fā)電機，已知U1L=11kV，Y形聯(lián)結，I1=460A，

=0.8（電感性），Xd=16Ω，Xq=8Ω，R1忽略不計。求Ψ、、E0

。解：U1=U1L3==6358.38V11×1031.732VtanΨ=U1sin

＋XqI1U1cos6358.38×0.6＋8×4606358.38×0.8=V=1.47Ψ=arctan1.47=55.84o=Ψ－

=55.84o－36.87o=18.97o

E0=U1cos＋XdId=[(6358.38×cos18.97o＋16×460×sin55.84o)]V=12103.25V5.10

三相凸極同步發(fā)電機的運行分析高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.11

三相同步發(fā)電機的功率和轉矩一、功率1.輸入功率2.空載損耗3.電磁功率4.銅損耗5.輸出功率6.總損耗P1=T1ΩP0

=PFe＋Pme＋PadPe

=P1－P0PCu=3R1I12P2=Pe－Pcu=3U1I1cosPal=PFe＋PCu＋Pad＋Pme第5章同步電機的基本理論7.功率平衡方程式P1－P2=Pal高等教育出版社高等教育電子音像出版社8.效率P1P0PePCuP2=×100%

P2P1二、轉矩1.輸入轉矩2.空載轉矩3.電磁轉矩4.轉矩平衡方程式T1=P1Ω0T0

=P0Ω0T

=PeΩ0T1=T+T0=P1n602=P0n602=Pen6025.11

三相同步發(fā)電機的功率和轉矩高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.12

三相同步發(fā)電機的運行特性一、外特性當n=nN，If、

=常數時，U1L與I1L的關系，即

U1L=f(I1L)。調節(jié)If，使I1L=IN、

=N、U1L=UN時，

If=IfN。電壓調整率：保持nN、N、IfN時，OU1LI1Lcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINVR=×100%

E0－UNPUNP第5章同步電機的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社二、調節(jié)特性

保持n=nN、U1L=UN、=N

時，If與I1的關系，即If=f(I1)。OIfI1cos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1三、功角特性功角特性：保持n、If、U1不變時，Pe與

的關系，即Pe=f(

)。

矩角特性：保持n、If、U1不變時，T

與

的關系，即T

=f(

)?！?/p>

上述關系與同步電動機的關系相同。5.12

三相同步發(fā)電機的運行特性高等教育出版社高等教育電子音像出版社5.13

同步發(fā)電機與電網的并聯(lián)運行

并聯(lián)運行的優(yōu)點(1)提高電力系統(tǒng)的經濟指標。(2)減少發(fā)電廠備用機組的容量。(3)提高電能供應的可靠性。(4)提高電能供應的質量。一、并聯(lián)運行的條件相序一致、頻率相同、電壓相等。以避免電網與發(fā)電機之間產生大的沖擊電流和在發(fā)電機軸上產生大的沖擊轉矩。第5章同步電機的基本理論高等教育出版社高等教育電子音像出版社U

＋U1A

－S＋

U1B－1.電壓相等如果則U1A≠U1B△U=U1A－U1B≠02.頻率相等如果：A≠BU1AU1BAB——U=0~2U1U1AU1BU1AU1BUU1AU1BUU1AU1BU5.13

同步發(fā)電機與電網的并聯(lián)運行高等教育出版社高等教育電子音像出版社U1BUU1BVU1BW3.相序相同如果相序不同，則UU=

0UV=U1AV－U1BVUW=U1AW－U1BWU1AUU1AVU1AWUVUW二、并聯(lián)運行的方法調節(jié)If→調節(jié)E0

；調節(jié)n→調節(jié)f

。1.理想同步法2.自同步法5.13

同步發(fā)電機與電網的并聯(lián)運行高等教育出版社高等教育電子音像出版社三、有功功率的調節(jié)

無窮大電網容量很大、頻率和電壓基本不受負載與其他干擾的影響，即恒頻恒壓的電網。1.有功功率的調節(jié)方法5.13

同步發(fā)電機與電網的并聯(lián)運行調節(jié)進水量進汽量→T1(P1)→T1＞T

+T0→n→

→T→T1

=T

+T0為止，重新在n=n0下穩(wěn)定運行。高等教育出版社高等教育電子音像出版社2.

靜態(tài)穩(wěn)定0Pe/Tθ

90o

aa'5.13

同步發(fā)電機與電網的并聯(lián)運行高等教育出版社高等教育電子音像出版社0Pe/Tθ

90o

a'0