1、哈爾濱理工大學(xué),第五篇 同步電機(jī),單位：哈爾濱理工大學(xué) 聯(lián)系方式：,電機(jī)學(xué)課程組,哈爾濱理工大學(xué),第五篇：同步電機(jī),目 錄,1,哈爾濱理工大學(xué),同步電機(jī)是交流電機(jī)的一種，主要作為發(fā)電機(jī)運行。 與感應(yīng)電機(jī)相比其特點是，穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ns與極對數(shù)p和頻率f之間具有固定不變的關(guān)系： 同步轉(zhuǎn)速 從原理上看，同步電機(jī)既可用作為發(fā)電機(jī)，也可用作為電動機(jī)或補償機(jī)?，F(xiàn)代發(fā)電站中的交流發(fā)電機(jī)幾乎全部都是同步發(fā)電機(jī)，在工礦企業(yè)和電力系統(tǒng)中，同步電動機(jī)和補償機(jī)也有使用。,第十六章 同步電機(jī)概述,2,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),同步電機(jī),旋轉(zhuǎn)電樞式,旋轉(zhuǎn)磁極式,隱極式汽

2、輪發(fā)電機(jī) （ Cylindrical-Rotor ）,凸極式水輪發(fā)電機(jī) （ Salient-pole）,3,哈爾濱理工大學(xué),5,第十六章 同步電機(jī)概述,隱極式,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),4,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),凸極式,5,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,汽輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 定子：由鐵心、繞組、機(jī)座和端蓋等部件組成。 轉(zhuǎn)子：由高機(jī)械強度和導(dǎo)磁性能好的合金鋼鍛成，并且和轉(zhuǎn)軸制成一個整體。 勵磁繞組,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),6,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,圖16-2 汽輪發(fā)電機(jī)定子槽和定子繞組,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),7

3、,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,圖16-3 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽 1大齒 2小齒,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),8,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,水輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 定子：由鐵心、繞組、機(jī)座和端蓋等部件組成，為了方便運輸，大容量電機(jī)的定子鐵心多采用分瓣疊壓，在工地安裝成整圓定子。 轉(zhuǎn)子：為凸極式結(jié)構(gòu)，一般由主磁極、磁軛、軸、轉(zhuǎn)子支架等部件組成。,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),9,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,圖16-4 水輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式,1集電環(huán) 2電刷裝置 3推力軸承 4上機(jī)架 5上導(dǎo)軸承 6轉(zhuǎn)子 7定子鐵心 8軸 9定子 10下導(dǎo)軸承 11下機(jī)架,第一節(jié) 同

4、步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),10,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,圖16-5 轉(zhuǎn)子磁極鐵心 1勵磁繞組 2磁極鐵心 3阻尼繞組 4磁極壓板 5T尾,第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),11,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,補償機(jī)沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸收無功功率。,發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,同步電機(jī)運行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主磁場之間的夾角，稱為功角。,第二節(jié) 同步電機(jī)的運行狀態(tài),12,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,N,N,S,S,主極,主極,同步發(fā)電機(jī)運行狀態(tài),第二節(jié) 同步電機(jī)的運行狀態(tài),13,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,主極,

5、主極,同步補償機(jī)運行狀態(tài),N,N,S,S,第二節(jié) 同步電機(jī)的運行狀態(tài),14,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,N,N,S,S,主極,主極,同步電動機(jī)運行狀態(tài),第二節(jié) 同步電機(jī)的運行狀態(tài),15,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,給勵磁繞組提供直流電的方式稱為同步電機(jī)的勵磁方式，主要有直流勵磁機(jī)勵磁和半導(dǎo)體整流器勵磁兩大類。,一、直流勵磁機(jī)勵磁,圖16-6 直流勵磁機(jī)勵磁原理圖,第三節(jié) 同步電機(jī)的勵磁方式,16,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,二、半導(dǎo)體整流器勵磁,靜止半導(dǎo)體勵磁方式： 可控硅自并勵勵磁方式，取消勵磁機(jī)，利用全靜止的半導(dǎo)體整流器提供直流勵磁，并且整流橋交流側(cè)能源

6、由電網(wǎng)或主發(fā)電機(jī)提供。,第三節(jié) 同步電機(jī)的勵磁方式,17,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,圖16-7 靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),第三節(jié) 同步電機(jī)的勵磁方式,二、半導(dǎo)體整流器勵磁,18,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁方式： 主勵磁機(jī)產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)半導(dǎo)體整流后直接供給主發(fā)電機(jī)的勵磁，不再需要電刷和集電環(huán)。,第三節(jié) 同步電機(jī)的勵磁方式,二、半導(dǎo)體整流器勵磁,19,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,圖16-8 旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),第三節(jié) 同步電機(jī)的勵磁方式,二、半導(dǎo)體整流器勵磁,20,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,一、同步電機(jī)型號,我國同步電機(jī)的型號用漢語

7、拼音字母表示。 雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)的型號為,規(guī)格代號，表示功率300MW，2極,產(chǎn)品代號，QF表示汽輪發(fā)電機(jī)，S表示定、轉(zhuǎn)子繞組雙水內(nèi)冷,第四節(jié) 同步電機(jī)的型號和額定值,21,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,水輪發(fā)電機(jī)的型號為,規(guī)格代號，表示功率20MW，12極，定子鐵心外徑4250mm,產(chǎn)品代號，表示水輪發(fā)電機(jī),一、同步電機(jī)型號,第四節(jié) 同步電機(jī)的型號和額定值,22,哈爾濱理工大學(xué),第十六章 同步電機(jī)概述,額定電壓UN 指額定運行時定子線電壓的有效值，單位是V或kV。 額定電流IN指額定運行時定子線電流的 有效值，單位是A。 額定功率因數(shù)指額定運行時電機(jī)的功率因數(shù)。 額定功率PN 指

8、額定運行時電機(jī)的輸出功率，單位為kW。同步發(fā)電機(jī)指從定子繞組端輸出的有功電功率；同步電動機(jī)指轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率。 額定頻率fN 指額定運行時電樞的頻率。 額定轉(zhuǎn)速nN 指額定運行時電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min。 額定效率 指額定運行時電機(jī)輸出功率與輸入功率之比。,第四節(jié) 同步電機(jī)的型號和額定值,二、同步電機(jī)的額定值,23,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,空載運行時，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。 主極磁通分成主磁通0和漏磁通f兩部分，前者通過氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等

9、五部分。,圖17-1 空載磁路,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,一、同步發(fā)電機(jī)的空載運行,24,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主磁場將在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出對稱三相電動勢（激磁電動勢）。,空載特性是同步電機(jī)的一條基本特性，如右圖17-2所示。,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,一、同步發(fā)電機(jī)的空載運行,25,圖17-2 空載特性,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,圖17-3 同步電機(jī)空載時的相量圖,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,一、同步發(fā)電機(jī)的空載運行,26,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,同步電機(jī)負(fù)載運行

10、,同步電機(jī)帶上三相對稱負(fù)載后，三相電樞繞組中將流過三相對稱電流，此時電機(jī)內(nèi)部除轉(zhuǎn)子磁動勢外，電樞繞組三相電流還將產(chǎn)生電樞磁動勢，電樞磁動勢將產(chǎn)生電樞磁場，其基波為一以同步速度旋轉(zhuǎn)的磁動勢和磁場，與轉(zhuǎn)子主極磁場保持相對靜止。所以，同步電機(jī)負(fù)載運行時，氣隙內(nèi)的合成磁場是由主極磁動勢和電樞磁動勢共同作用產(chǎn)生的。,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),27,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,隱極式同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運行時各物理量的相位關(guān)系,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),28,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反

11、應(yīng),同步電機(jī)在負(fù)載時，隨著電樞磁動勢的產(chǎn)生，使氣隙中的磁動勢從空載時的主極磁動勢改變?yōu)樨?fù)載時的合成磁動勢。電樞磁動勢使氣隙中磁場的大小和位置發(fā)生變化這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)，相應(yīng)的電樞磁動勢又稱為電樞反應(yīng)磁動勢。電樞反應(yīng)的性質(zhì)主要決定于空載電動勢與負(fù)載電流之間的夾角 ， 稱為內(nèi)功率因數(shù)角。,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),29,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反應(yīng),與,同相（ ）,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,定子繞組電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖如右圖所示，此時電樞反應(yīng)表現(xiàn)交磁作用，電樞磁動勢是一個交軸磁動勢：,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電

12、樞反應(yīng),30,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反應(yīng),與,同相（ ）,定子繞組電動勢、電流和磁動勢的時間相量圖如右圖所示。,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),31,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反應(yīng),與,同相（ ）,圖17-5 相量矢量圖、氣隙合成磁場與主磁場、電樞磁場關(guān)系,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),32,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反應(yīng),滯后,相位（ ）,由相量矢量圖可以看出，此時電樞反應(yīng)表現(xiàn)去磁作用，電樞磁動勢是一個直軸去磁磁動勢：,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運

13、行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),33,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反應(yīng),超前,相位（ ）,此時由相量矢量圖可以看出，電樞反應(yīng)表現(xiàn)增磁作用，電樞磁動勢是一個直軸增磁磁動勢：,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),34,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電樞反應(yīng),滯后,相位,電樞反應(yīng)表現(xiàn)去磁和交磁作用，電樞磁動勢既有直軸去磁磁動勢，也有交軸電樞磁動勢：,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行方式,二、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運行與電樞反應(yīng),35,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,一、不計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法

14、,36,同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運行時物理量的關(guān)系,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,采用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時，電樞的電壓方程為,因為電樞反應(yīng)電動勢Ea正比于電樞反應(yīng)磁通a不計磁飽和時，a又正比于電樞磁動勢Fa和電樞電流Ia，即,一、不計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,37,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,整理可得,一、不計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,38,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,上式中，Xs稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗，Xs=Xa+X，它是對稱穩(wěn)態(tài)運行時表征電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個效應(yīng)的一個綜合參數(shù)

15、。不計飽和時，Xs是一個常值。并可由相量圖得到內(nèi)功率因數(shù)角的計算公式：,一、不計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,39,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖,圖17-9 隱極同步發(fā)電機(jī)等效電路和相量圖,一、不計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,40,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,考慮磁飽和時，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動勢F，然后利用電機(jī)的磁化曲線 (空載曲線) 求出負(fù)載時的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動勢 。,二、計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,41,哈爾濱

16、理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,汽輪發(fā)電機(jī)主極磁動勢分布如圖17-10所示,二、計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,42,圖17-10 汽輪發(fā)電機(jī)主極磁動勢分布,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,再從氣隙電動勢減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即,或,相應(yīng)的矢量圖、相量圖和FE間的關(guān)系如圖下圖所示。,二、計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,43,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,圖17-11 考慮飽和時隱極同步發(fā)電機(jī)的相量矢量圖和等效電路,二、計磁路飽和,第二節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,44,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同

17、步發(fā)電機(jī)的基本理論,一、雙反應(yīng)理論,考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。 凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大，故直軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)d (d0d) 要比交軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)q (q0q) 大很多。 當(dāng)正弦分布的電樞磁動勢作用在直軸上時，由于d較大，故在一定大小的磁動勢下，直軸基波磁場的幅值相對較大。,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,45,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,直軸和交軸對應(yīng)的氣隙磁導(dǎo),一、雙反應(yīng)理論,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,46,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步

18、發(fā)電機(jī)的基本理論,一、雙反應(yīng)理論,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,電樞磁動勢的直軸分量和交軸分量,47,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,一、雙反應(yīng)理論,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,電樞磁場的直軸分量和交軸分量,48,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,不考慮磁飽和時同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運行時物理量的關(guān)系：,Ia,49,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,從氣隙電動勢中減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，便得電樞的端電

19、壓。采用發(fā)電機(jī)慣例，電樞的電壓方程為：,不計磁飽和時,50,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,和 可以用相應(yīng)的負(fù)電抗壓降來表示,整理可得,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,51,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,Xad和Xaq 分別為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗 Xd和Xq 分別為直軸同步電抗和交軸同步電抗 X為定子繞組的漏電抗,引入虛擬電動勢 ，使 可得,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,52,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,由電壓方程可畫出凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路和

20、電動勢相量圖,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,53,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,由相量圖不難確定,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,54,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,在求出內(nèi)功率因數(shù)角后，凸極同步發(fā)電的相量圖還可畫成,二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖,第三節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法,55,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電磁功率,空載損耗,發(fā)電機(jī)輸出的電功率,一、功率方程,第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程,56,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本

21、理論,同步發(fā)電機(jī)的功率流程圖,一、功率方程,第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程,57,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,電磁功率與輸入轉(zhuǎn)矩及空載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系,轉(zhuǎn)矩與功率間的關(guān)系,二、轉(zhuǎn)矩方程,第四節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩方程,58,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,空載特性是指在同步轉(zhuǎn)速下，電樞電流為0時，電樞空載端電壓與勵磁電流的關(guān)系曲線，即,一、空載特性,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,59,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,短路特性是指在額定轉(zhuǎn)速下，電樞繞組三相穩(wěn)態(tài)短路時，電樞短路電流與勵磁電流的關(guān)系曲線，即,圖17-16 同步電機(jī)短路特

22、性與相量圖,二、短路特性,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,60,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,在一定的勵磁電流下，從短路特性曲線可以得到短路電流 ，從空載特性曲線可以求出對應(yīng)的空載電動勢 ，則電抗為,三、利用空載、短路特性確定Xd和短路比,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,61,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,短路比定義為：產(chǎn)生空載電壓為額定電壓的勵磁電流與產(chǎn)生額定短路電流所需的勵磁電流之比，短路比為一個無量綱量，為,三、利用空載、短路特性確定Xd和短路比,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,62,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理

23、論,圖17-17 Xd與短路比的確定,三、利用空載、短路特性確定Xd和短路比,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,63,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,零功率因數(shù)負(fù)載特性是指在額定轉(zhuǎn)速下，保持電樞電流Ia=常值，負(fù)載功率因數(shù)為0時，發(fā)電機(jī)端電壓與勵磁電流的關(guān)系曲線，即,圖17-18 由零功率因數(shù)負(fù)載試驗求Xd,四、零功率因數(shù)負(fù)載特性,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,64,哈爾濱理工大學(xué),常數(shù),=常數(shù),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,外特性是指在轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，勵磁電流為常數(shù)，功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，發(fā)電機(jī)單機(jī)運行時負(fù)載端電壓與電流的關(guān)系曲線，即曲線,圖17-20 同

24、步發(fā)電機(jī)的外特性,五、外特性和電壓變化率,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,65,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,同步發(fā)電機(jī)正常運行情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步速，端電壓和負(fù)載的功率因數(shù)為常數(shù)時，負(fù)載電流與勵磁電流之間的關(guān)系曲線稱為調(diào)整特性，如右圖所示。,六、調(diào)整特性,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,66,哈爾濱理工大學(xué),第十七章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論,同步發(fā)電機(jī)的效率特性是指轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系。右圖為某同步電機(jī)的效率特性。,七、效率特性,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運行特性和電抗測定,67,哈爾濱

25、理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,提高供電的可靠性，在系統(tǒng)中一臺發(fā)電機(jī)發(fā)生故障或需要檢修時，系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)可承擔(dān)該發(fā)電機(jī)的負(fù)載，提高了供電的可靠性。,提高發(fā)電廠的運行效率。,可以減少備用容量。,一、并聯(lián)運行的優(yōu)點,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件和方法,68,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,發(fā)電機(jī)端電壓與電網(wǎng)端電壓大小相等、相位相同。,發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率相等。,發(fā)電機(jī)相序和電網(wǎng)相序一致。,二、投入并聯(lián)運行的條件,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件和方法,69,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,準(zhǔn)確整步法,圖18-3 同步指示燈接線圖 （a）直接接法 （b）交叉

26、接法,三、同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運行的方法,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件和方法,70,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,圖18-4 準(zhǔn)確整步法電壓相量圖 （a）直接接法 （b）交叉接法,三、同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運行的方法,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件和方法,準(zhǔn)確整步法,71,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,自整步法,操作程序是：（1）勵磁繞組不接勵磁電源，經(jīng)外電阻短路。 （2）啟動原動機(jī)將發(fā)電機(jī)驅(qū)動至接近同步轉(zhuǎn)速。（3）將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，在電機(jī)定子繞組中產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的電流并產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。（4）將勵磁繞組外接電阻切除，接上勵磁電源，通入的勵磁電流產(chǎn)生主極磁場。此

27、時因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速尚有差別，因此定、轉(zhuǎn)子磁場間有一定的滑差，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也按此滑差變化，時而使轉(zhuǎn)子加速，時而使轉(zhuǎn)子制動。在制動階段牽入同步。（5）牽入同步后再調(diào)節(jié)原動機(jī)的輸入功率和勵磁電流使電機(jī)進(jìn)入正常運行狀態(tài)。,三、同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運行的方法,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件和方法,72,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,在同步發(fā)電機(jī)中，電磁功率是通過電磁感應(yīng)作用由機(jī)械功率轉(zhuǎn)換而來的全部電功率，因此電磁功率是能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。,第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角特性,一、電磁功率,73,第一項 稱為基本電磁功率，第二項 稱為附加電磁功率，在數(shù)值上基本電磁功率遠(yuǎn)大于附加電磁功率

28、。,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,圖18-6 同步發(fā)電機(jī)的功角特性 （a）隱極電機(jī) （b）凸極電機(jī),第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角特性,二、功角特性,74,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,圖18-7 功角的空間概念 （a）時空統(tǒng)一相矢圖 （b）功角的空間含義,第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率與功角特性,三、功角的空間概念,75,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,圖18-8 同步發(fā)電機(jī)有功功率調(diào)節(jié) （a）功角為零時的相量圖 （b）功角不為0時的相量圖 （c）功角特性,有功功率的調(diào)節(jié),第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時的功率調(diào)節(jié),一、有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定

29、性,76,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,靜態(tài)穩(wěn)定性,第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時的功率調(diào)節(jié),一、有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定性,77,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,圖18-10 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)時無功功率調(diào)節(jié)的相量圖,無功功率的調(diào)節(jié),第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時的功率調(diào)節(jié),二、無功功率調(diào)節(jié)與V形曲線,78,哈爾濱理工大學(xué),第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行,圖18-11 同步發(fā)電機(jī)的V形曲線,V形曲線,第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時的功率調(diào)節(jié),二、無功功率調(diào)節(jié)與V形曲線,79,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),圖19-1 隱極同步電動機(jī)的相量圖和等效

30、電路 (a)用發(fā)電機(jī)觀點畫出 (b)用電動機(jī)觀點畫出 (c)等效電路,第一節(jié) 同步電動機(jī)電壓方程和相量圖,一、相量圖和等效電路,80,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),按電動機(jī)習(xí)慣表示的隱極式同步電動機(jī)電動勢平衡方程,凸極同步電動機(jī)的電動勢平衡方程為,第一節(jié) 同步電動機(jī)電壓方程和相量圖,二、電壓方程,81,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),第一節(jié) 同步電動機(jī)電壓方程和相量圖,三、凸極同步電動機(jī)的相量圖,82,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),第一節(jié) 同步電動機(jī)電壓方程和相量圖,四、凸極同步電動機(jī)的內(nèi)功率因數(shù)角,83,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步

31、電動機(jī)和同步補償機(jī),第二節(jié) 同步電動機(jī)的功角特性與V形曲線,一、功角特性,84,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),圖19-3 同步電動機(jī)的功角特性 (a)隱極電機(jī) (b)凸極電機(jī),第二節(jié) 同步電動機(jī)的功角特性與V形曲線,一、功角特性,85,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),第二節(jié) 同步電動機(jī)的功角特性與V形曲線,二、V形曲線,86,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),異步啟動法 同步電動機(jī)啟動用得最廣泛的是異步啟動法，采用異步啟動法時，應(yīng)在轉(zhuǎn)子磁極表面加裝類似感應(yīng)電機(jī)中的籠型導(dǎo)條的短路繞組，稱為啟動繞組。 輔助電動機(jī)啟動法 用一臺極數(shù)與同步電動機(jī)相

32、同的小容量感應(yīng)電機(jī)作為輔助電動機(jī)，拖動同步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子勵磁繞組加直流勵磁，定子接通三相電源。 變頻啟動法 利用三相變頻電源供電的一種調(diào)步啟動法。,第三節(jié) 同步電動機(jī)啟動與調(diào)速,一、同步電動機(jī)的啟動,87,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),第四節(jié) 同步補償機(jī),一、同步補償機(jī)的工作原理,由于不帶任何機(jī)械負(fù)載，同步補償機(jī)的輸入功率僅供給電機(jī)本身的損耗，所以運行時電機(jī)的電磁功率和功率因數(shù)都近似為零。右圖（a）對應(yīng)過勵情況，電機(jī)從電網(wǎng)吸收超前無功；（b）圖為欠勵運行狀態(tài)，電機(jī)從網(wǎng)吸收滯后的無功。,88,哈爾濱理工大學(xué),第十九章 同步電動機(jī)和同步補償機(jī),圖19-6 同步補償機(jī)的補償原理 （a）在受電端裝設(shè)的補償機(jī) （b）相量圖,