注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試——

專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)部分第四章電氣工程基礎(chǔ)第九講同步電機(jī)考試大綱要求大綱考點(diǎn)額定值、電樞反應(yīng)、同步電抗同步電機(jī)的并網(wǎng)條件與功率調(diào)節(jié)同步電機(jī)的運(yùn)行特性絕緣系統(tǒng)、溫升要求和冷卻方式；勵(lì)磁系統(tǒng)介紹以及運(yùn)行維護(hù)要點(diǎn)出題頻率1-2題復(fù)習(xí)要求公式不多，重在理解分析，計(jì)算較為簡(jiǎn)易，抓住核心第九講同步電機(jī)第九講同步電機(jī)以汽輪發(fā)電機(jī)為例:定子鐵心：硅鋼片疊成。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。電樞繞組：三相對(duì)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(hù)環(huán)：保護(hù)勵(lì)磁繞組受離心力時(shí)不甩出勵(lì)磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵(lì)磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵(lì)磁繞組中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵(lì)磁繞組軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)子汽輪同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械端口轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心電端口ABC汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)（1）定子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)（2）定子繞組汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(3)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(4)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電環(huán)節(jié)——各種電機(jī)

引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)同步電機(jī)的基本工作原理及其分類(lèi)一、三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理大小：頻率：

勵(lì)磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場(chǎng)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。波形：由可知，波形取決于的空間分布。XAZBCY三相同步發(fā)電機(jī)的物理過(guò)程可用圖示表示同步電機(jī)的分類(lèi)按運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動(dòng)機(jī)類(lèi)別,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等。汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分，有空外冷、氫冷、水內(nèi)冷同步電機(jī)的型號(hào)和額定值一、型號(hào)發(fā)電機(jī)型號(hào)表示該發(fā)電機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn)

QFQS-200-2表示定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷的二極汽輪發(fā)電機(jī)，容量為200MW。

ＴＳ854/210-40表示立式同步水輪發(fā)電機(jī)，定子鐵心外徑為854cm，定子鐵心長(zhǎng)度為210cm，有40個(gè)磁極。對(duì)同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：額定運(yùn)行時(shí)加在三相定子繞組上的線電壓。

指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機(jī)是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVA或KW。電動(dòng)機(jī)額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KW。調(diào)相機(jī)用KVA或Kvar表示。在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子繞組的線電流.二、額定值同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵(lì)磁電流，定子電樞繞組開(kāi)路，這種運(yùn)行狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。一、同步發(fā)電機(jī)的空載特性勵(lì)磁電流If單獨(dú)建立的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff產(chǎn)生的主、漏磁通。主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換.空載時(shí)電磁關(guān)系：空載特性：空載電動(dòng)勢(shì)大?。嚎蛰d特性曲線：氣隙線電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)基波和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)基波之間的相對(duì)位置，即與空載電動(dòng)勢(shì)和電樞電流之間的夾角有關(guān).勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的區(qū)別基波波形大小位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)正弦波恒定，由勵(lì)磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定由原動(dòng)機(jī)決定電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時(shí)值決定由磁極對(duì)數(shù)和電流頻率決定由電流相序決定準(zhǔn)備工作1.三個(gè)角1)內(nèi)功率因數(shù)角是與之間的時(shí)間相位角,與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān).2)外功率因數(shù)角是與之間的時(shí)間相位角,與負(fù)載有關(guān).3)功率角(功角)是與之間的時(shí)間相位角.三個(gè)角之間的關(guān)系為2.四個(gè)軸直軸(縱軸、d軸）：主磁極軸線位置。交軸（橫軸、q軸）：與直軸成900電角度的位置。

相軸：每相繞組的軸線位置。時(shí)軸：時(shí)間相量在其上投影可得到時(shí)間量的瞬時(shí)值。q軸

AX

ZBCYNSd軸C軸B軸A軸1.時(shí)的電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)和電樞電流同相位.d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸2.時(shí)的電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)超前電樞電流

電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸3.時(shí)的電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)滯后電樞電流電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸空載電動(dòng)勢(shì)超前電樞電流角電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸,還有直軸去磁電樞反應(yīng)4.的電樞反應(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(dòng)勢(shì)---交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）上升下降

上升下降下降下降不變不變下降R、C增強(qiáng)交、直助d、q軸R、L削弱交、直去d、q軸C增強(qiáng)直、助d軸L削弱直、去d軸R波形畸變交軸q軸

負(fù)載性質(zhì)對(duì)電機(jī)的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作夾角

位置三、電磁轉(zhuǎn)矩

同步發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，它與勵(lì)磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。

輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸電樞反應(yīng)越強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為了保持電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，要求原動(dòng)機(jī)輸入更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩——調(diào)節(jié)有功功率。1.有功電流產(chǎn)生電磁力,形成電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)載(阻性負(fù)載)時(shí),可以近似認(rèn)為即，電樞繞組流過(guò)有功電流時(shí),產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，并形成制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。2.無(wú)功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩

說(shuō)明發(fā)電機(jī)帶感性(或容性)無(wú)功負(fù)載時(shí),不需要原動(dòng)機(jī)增加能量。

但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有去磁（或助磁）作用，致使發(fā)電機(jī)端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵(lì)磁電流需要相應(yīng)增加（或減?。{(diào)節(jié)無(wú)功功率。發(fā)電機(jī)帶電感或電容負(fù)載(無(wú)功負(fù)載)時(shí),可以認(rèn)為產(chǎn)生直軸去磁(或助磁)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電磁轉(zhuǎn)矩。同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖一、同步電抗

由于定子漏磁通的路徑主要是氣隙，磁路不飽和，所以漏抗為常數(shù)。

不考慮磁路飽和時(shí),各電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的電流成正比,即有——對(duì)應(yīng)的直軸電樞反應(yīng)電抗——對(duì)應(yīng)的交軸電樞反應(yīng)電抗——對(duì)應(yīng)的漏電抗對(duì)于凸極同步電機(jī),由于直軸氣隙比交軸氣隙小，直軸磁阻比交軸磁阻小，所以有對(duì)隱極同步電機(jī)，由于氣隙均勻，交、直軸的磁阻大小相等，即認(rèn)為

電樞反應(yīng)電抗為三相對(duì)稱電樞電流產(chǎn)生合成的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)感應(yīng)于一相的電樞電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的相電流的比值，它綜合反映三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)定子一相的影響?！[極發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的電樞反應(yīng)電抗

當(dāng)三相對(duì)稱電流流過(guò)電樞繞組時(shí)，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通和漏磁通，分別在電樞繞組中感應(yīng)電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和漏感電動(dòng)勢(shì)。對(duì)隱極電機(jī)，全部電動(dòng)勢(shì)為

稱為隱極電機(jī)的同步電抗，是電樞反應(yīng)電抗和漏抗之和。同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，磁路略呈飽和，磁路越飽和，所對(duì)應(yīng)的電抗越小。

對(duì)凸極電機(jī)分別稱為直軸和交軸同步電抗。

直軸磁路的氣隙較小，應(yīng)當(dāng)考慮鐵心飽和的影響，因而具有飽和值和不飽和值之分；而交軸磁路氣隙較大，可認(rèn)為只有非飽和值，為常量。

同步電抗是同步電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，它是表征同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和電樞漏磁場(chǎng)對(duì)電樞電路作用的一個(gè)綜合參數(shù)。同步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載波動(dòng)的程度和在大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機(jī)短路電流大小。一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖(三相系統(tǒng))(合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì))若正方向按圖規(guī)定，則有代入得到凸極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程或注意：方程式中的電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流均為相值。凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖作圖步驟若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取二、隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖電磁關(guān)系：電動(dòng)勢(shì)平衡方程或代入可得到隱極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程，可以作出隱極發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖等效電路根據(jù)相量圖可求出相量圖由相量圖可知~同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、空載特性定義：

空載特性是發(fā)電機(jī)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(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。

實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對(duì)稱性、匝間短路、判斷勵(lì)磁繞組有無(wú)故障等。二、短路特性定義：短路時(shí)的等效電路1.短路特性短路時(shí),電樞反應(yīng)為直軸去磁氣隙電動(dòng)勢(shì)很小,感應(yīng)氣隙電動(dòng)勢(shì)的氣隙磁通量很小,所以磁路不飽和.所以短路特性是一條過(guò)原點(diǎn)的直線.此時(shí)是常數(shù),有2.同步電抗的求取根據(jù)公式求xd不飽和值時(shí),首先給定一勵(lì)磁電流If，在空載特性的不飽和段或氣隙線上確定對(duì)應(yīng)If的E0值，然后在短路特性曲線上確定對(duì)應(yīng)If的短路電流Ik的值,則求取xd飽和值時(shí)，首先在空載特性上取對(duì)應(yīng)額定電壓UN的勵(lì)磁電流If0，再?gòu)亩搪诽匦陨先〕鰧?duì)應(yīng)If0的短路電流Ik，則

交軸同步電抗

三、外特性定義：外特性曲線

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)載時(shí)，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(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時(shí)，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。

為了在不同功率因數(shù)下時(shí)能得到額定電壓，感性負(fù)載時(shí)要增大勵(lì)磁電流，容性負(fù)載時(shí)應(yīng)減小勵(lì)磁電流。

四、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(shí)，隨著負(fù)載電流的增加，必須增加勵(lì)磁電流，補(bǔ)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(duì)容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵(lì)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(lì)磁電流的變化范圍。運(yùn)行人員可利用調(diào)整特性曲線,使系統(tǒng)中無(wú)功功率的分配更合理一些。同步電機(jī)的額定值教材384頁(yè)額定容量SN電機(jī)出線端的額定視在功率，kVA或MVA發(fā)電機(jī)額定功率PN發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率，kW或MW電動(dòng)機(jī)額定功率PN電動(dòng)機(jī)軸上輸出的有效機(jī)械功率，kW或MW額定電壓UN額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)定子三相線電壓，V或kV額定電流IN電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)流過(guò)定子的線電流，A額定功率因數(shù)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)額定效率電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率例題講解教材385-386頁(yè)同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子空載電動(dòng)勢(shì)E0與電樞電流I之間不同相位差（內(nèi)功率因數(shù)角）情況下，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)、電樞磁動(dòng)勢(shì)、合成磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率因數(shù)角為0度時(shí)空載電動(dòng)勢(shì)E0與電樞電流I同相位空載磁動(dòng)勢(shì)（勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)）Ff相位超前電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa90度合成磁動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角為90度——電樞電流滯后空載電動(dòng)勢(shì)E0合成磁動(dòng)勢(shì)數(shù)值關(guān)系同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角為-90度——電樞電流超前空載電動(dòng)勢(shì)E0合成磁動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)內(nèi)功率角在0度與90度之間電樞電流I滯后空載電動(dòng)勢(shì)E0任意一個(gè)角度合成磁動(dòng)勢(shì)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)對(duì)于隱極同步電機(jī)電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通在定子各繞組中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea，在不考慮磁路飽和的情況下，Ea與電樞電流I成正比，相位Ea滯后I90度電樞反應(yīng)電抗越大，電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，電樞反應(yīng)電抗大小體現(xiàn)了電樞反應(yīng)的強(qiáng)弱教材386頁(yè)同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗對(duì)于凸極同步電機(jī)——?dú)庀恫痪鶆?，極弧下氣隙小，兩極之間氣隙大，同一電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在不同位置時(shí)電樞反應(yīng)便不一樣，電樞反應(yīng)磁場(chǎng)波形復(fù)雜，給計(jì)算帶來(lái)很大困難布朗戴爾雙反應(yīng)法——磁路不飽和采用的疊加原理：先把電樞基波磁動(dòng)勢(shì)Fa分解為兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)，一個(gè)作用于直軸上，叫直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)（Fad）,一個(gè)作用于交軸上，叫交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)（Faq）同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗同時(shí)把電樞電流I沿直軸（d）和交軸（q）分解為直軸分量Id和交軸分量Iq，由直軸分量Id建立直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fad，產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)磁通，在定子每相繞組中感應(yīng)直軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ead，Ead與Id成正比，相位上滯后Id90度同理，對(duì)于交軸同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗漏電抗——同步電機(jī)定子繞組流過(guò)電流I時(shí)產(chǎn)生的磁通有一部分只交鏈定子繞組本身而不進(jìn)入轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗同步電抗同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗對(duì)于隱極同步發(fā)電機(jī)Xc為同步電抗同步