第六章同步電機(jī)

1、電機(jī)學(xué)教案第六章同步電機(jī)6.1概述 同步電機(jī)特點：同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與極對數(shù)、電流頻率有嚴(yán)格的關(guān)系。 高壓、大容量的同步電動機(jī)采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)；小容量采用旋轉(zhuǎn)電樞式。 轉(zhuǎn)樞式-轉(zhuǎn)子繞組（電樞），定子磁極 轉(zhuǎn)極式-轉(zhuǎn)子磁極，定子電樞。r隱極式：氣隙均勻、轉(zhuǎn)子高機(jī)械強(qiáng)度高轉(zhuǎn)速。適合細(xì)長汽輪發(fā)電機(jī)。 凸極式：氣隙不均勻，適合中速、低速運行。短粗水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。6. 1. 1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式隱極電機(jī)部件名稱作用材料結(jié)構(gòu)定子鐵心形成磁路0.5mm硅鋼片疊制。直徑大 于1米的鐵心用扇形片拼成開口槽（大型）定子繞組電路部分，感應(yīng)電 勢圓銅線或扁銅線三相雙層短路疊繞組；高壓大 電流用多根并繞換位導(dǎo)線機(jī)座機(jī)械支撐

2、大型用鋼板焊接氣隙磁場耦合繞線轉(zhuǎn)子要利用滑環(huán)和電刷轉(zhuǎn)子鐵心磁路的一部分整塊的良導(dǎo)磁合金鋼（導(dǎo) 磁、承受咼轉(zhuǎn)速、大離心力）高強(qiáng)度合金鋼與轉(zhuǎn)軸鍛成一 體轉(zhuǎn)子繞組 勵磁繞組流過電流建立磁 場電機(jī)用扁銅導(dǎo)線繞成同心 線圈同心線圈被槽楔壓緊在槽里護(hù)環(huán)保護(hù)勵磁繞組端部中心環(huán)阻擋勵磁繞組軸 向移動滑環(huán)引入勵磁電流端蓋封蓋電機(jī)兩端部無磁性硅鋁輕合金材料鑄 造軸承承受轉(zhuǎn)了重量和離心力二.凸極同步電機(jī)隱極式同步電機(jī)只有臥式一種；凸極式則分為臥式和立式結(jié)構(gòu)。 臥式：多數(shù)同步電動機(jī)、調(diào)相機(jī)、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)、沖擊式水輪發(fā)電機(jī) 立式：低速、大型水輪發(fā)電機(jī)1. 臥式凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點磁極用13mm的鋼板沖制疊成。高速電機(jī)

3、用實心磁極。 勵磁繞組用扁銅線繞制成同心線圈套在極身上。磁軛用鑄鋼或沖片疊制 阻尼繞組用銅條插在磁極極靴槽中。作用是改善起動性能。2立式凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點定子分?jǐn)?shù)槽波繞組轉(zhuǎn)子：用高強(qiáng)度鋼整體鍛造，制成空心式以減輕重量；支架由輪轂和輪輻構(gòu)成；磁極用 11.5mm鋼板疊壓，用螺桿拉緊6. 1. 2同步電機(jī)的勵磁方式勵磁繞組中通入直流電流，建立磁場勵磁系統(tǒng)有：1）直流發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)：米用獨立供電的直流并勵發(fā)電機(jī)，與主發(fā)電機(jī)同軸。輸出的直流電經(jīng)電刷、滑環(huán)引入同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組。2）靜止式交流整流勵磁系統(tǒng)：為解決換相火花冋題，米用交流勵磁機(jī)取代直流勵磁機(jī)，但是要經(jīng)過半導(dǎo)體整流系統(tǒng)把交流電變成直流

4、電供給同步機(jī)勵磁 繞組。3）旋轉(zhuǎn)式交流整流勵磁系統(tǒng)：亦稱無刷勵磁系統(tǒng)。轉(zhuǎn)樞式的交流勵磁發(fā)電機(jī)，與電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，整流器也在軸上一起旋轉(zhuǎn)，這樣將整流輸出直接供給同 步發(fā)電機(jī)勵磁，既不用直流勵磁發(fā)電機(jī)的換向器又不用同步機(jī)的電刷滑環(huán) 引入系統(tǒng)。6. 1. 3同步電機(jī)的冷卻方式 空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻、超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 6. 1. 4同步電機(jī)的額定值 與異步電動機(jī)一樣，額定電壓、電流為線值，另外有： 額定容量：發(fā)電機(jī)出線端額定視在功率， VA kVA.額定功率：發(fā)電機(jī)輸出電功率Pn Sn cos N 3U nI N cos N電動機(jī)輸出機(jī)械功率PNSN cos N N 3U N 1 N cos N N額定

5、功率因數(shù)及額定效率 6. 2同步電機(jī)的運行原理 研究三相同步電機(jī)在對稱負(fù)載下穩(wěn)態(tài)運行時的內(nèi)部物理過程，包括基本方程式、矢量圖、等 效電路。6. 2. 1同步發(fā)電機(jī)的空載運行 1 空載特性與飽和系數(shù)空載時，定子繞組開路，電流為零，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流，發(fā)電機(jī)被拖動以同步速度 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以同步速度ni旋轉(zhuǎn)時，主磁通切割定子繞組感應(yīng)電勢頻率為f，則Eo 4.44fNkzi oo為主磁通：由N極氣加定子斗定子呼定子牛氣滬S槪轉(zhuǎn)子軛N極特點是經(jīng)過氣隙，同時與定轉(zhuǎn)子交鏈的磁通。f漏磁通：由N極一極間氣隙一 S極一轉(zhuǎn)子軛一N極特點是不經(jīng)過氣隙，僅與勵磁繞組自身交鏈，不與定子交鏈的磁通。發(fā)電機(jī)空載特性 Eo

6、 f (I f)，因為Eoo Ff I f，經(jīng)過適當(dāng)比例變換，可得 f(Ff)，它就是電機(jī)的磁化曲線。根據(jù)磁化曲線求飽和系數(shù)k 衛(wèi)=旦(1.1 1.25)F UnFo空載額定電壓所需要磁勢；Fs負(fù)載額定電壓氣隙磁勢；Eo磁路不飽和時，對應(yīng)Fo磁勢產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。2. 空載時-空相量圖空間相量：勵磁磁勢基波分量 Ff1以及它產(chǎn)生的氣隙磁密基波Bf1,波幅同處于直軸正方向，都以同步角頻率1 2 f旋轉(zhuǎn)。時間相量：定子繞組交鏈的磁通o，以及它在繞組中感應(yīng)的電動勢Eo。Eo在時間上滯后。90電角度。3. 電壓波形正弦性畸變率-各次諧波幅值平方和的平方根與基波幅值之比。kMUnn 21OO%6. 2.

7、 2同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)空載時，氣隙中的同步旋轉(zhuǎn)主磁場僅由轉(zhuǎn)子勵磁電流(直流)建立；負(fù)載時定子繞組流過電流產(chǎn)生磁勢(稱為電樞磁勢)，它與勵磁磁勢共同作用產(chǎn)生合成氣 隙磁場。因此存在電樞反應(yīng)問題。電樞磁場和主極磁場都是相對靜止的，二者本身是旋轉(zhuǎn)的。電樞反應(yīng)：電樞磁勢基波對主磁場的影響。同樣包括去磁、助磁、交磁三種情況。它會 使氣隙磁場畸變。9三相繞組產(chǎn)生電樞磁勢基波轉(zhuǎn)速60fnP60 ri p- ri p 60ri,定子對稱電樞磁勢基波與勵磁磁勢同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，相對靜止；因為勵磁磁勢轉(zhuǎn)速1. 電樞電流f滯后勵磁電動勢Eo 一個銳角 時的電樞反應(yīng)，即0W 90假設(shè)某時刻，A相繞組交鏈最大磁通

8、，產(chǎn)生最大勵磁電動勢E,此時刻作為時間起點。此時刻電流滯后 書角，也達(dá)到最大值。主磁通 超前感應(yīng)電勢E9O0。令時軸與相軸重合，貝U，（圖6.17）（1）0與B重合，忽略磁滯渦流時，0與Ffi重合。（2）與Fa重合根據(jù)圖6.17b得FaF adF aqIIdIqFadFasir和Id I sirFaqFacosI q I cos此時Id產(chǎn)生去磁磁勢Fad，Iq產(chǎn)生交磁磁勢Faq。特殊地：書=0 Fad =0 Faq=Fa只有交軸磁勢；書=90，只有直軸磁勢。只要知道時間相量的相位關(guān)系，便可以確定空間相量間的相位關(guān)系， 進(jìn)而分析電樞反 應(yīng)的情況與性質(zhì)。2. 隱極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)特點由于隱極同步

9、電機(jī)氣隙均勻，電樞磁勢對主極磁場的影響在氣隙圓周上任何位置 都一樣，可以整體考慮電樞反應(yīng)的影響，不用分成交直軸分量考慮。磁路不飽和：利用疊加原理，分別考慮負(fù)載時電樞磁勢Fa和勵磁磁勢Ffi的各自獨立作用，然后進(jìn)行疊加。即I f直流勵磁電流 i 石 勵磁基波磁勢 0主磁通 E0感應(yīng)電動勢（定子繞組）彳I * f漏磁通（與轉(zhuǎn)子交鏈）J負(fù)載定子電流 百電樞磁勢基波 a電樞磁通 Ea電樞感應(yīng)電動勢Y-.定子漏磁通f E定子感應(yīng)漏電勢定子繞組上產(chǎn)生的三個感應(yīng)電動勢 E0、Ea、E各自滯后于產(chǎn)生它們的磁通 90度電 角度。合成氣隙磁通0 a，氣隙電動勢E E0 Ea磁路飽和：不能使用疊加原理。電流產(chǎn)生磁勢

10、，求合成磁勢，再求合成氣隙磁通及 感應(yīng)電動勢。即，3. 凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論凸極同步電機(jī)的氣隙不均勻，同一電樞磁勢作用在不同氣隙位置時，電樞磁勢對主極磁場的影響不同，所以氣隙磁場會有變化。(1) 書=90，正弦電樞磁勢基波作用在d軸上。(2) 書=0,正弦電樞磁勢基波作用在q軸上。(3) 0W Xq (q )。分別稱為凸極同步電機(jī)直軸同步電抗和交軸同步電抗。X q X aq X相量圖6.262.考慮飽和考慮飽和后，首先要把作用在直軸上的磁勢進(jìn)行疊加， 然后求各自的直軸磁通和電勢以及 交軸磁通和電勢，最后再合成交直軸電勢。即：平衡方程式：Ed Ead EU I R,E EIfFfFd dEd

11、IdFadlqFaq aqEaqaE aEd U I Ra j Iq Xaq j I X交軸氣隙大，可以認(rèn)為磁路線性，交軸電樞反應(yīng)電抗為常數(shù)，則 相量圖6.276. 3同步發(fā)電機(jī)的運行特性運行特性是指：空載特性Eo=f(lf)；短路特性lk=f(lf);零功率因數(shù)特性 U=f(lf);外特性U=f(l);調(diào)整特性 lf=f(l)。兩個重要參數(shù)：短路比kc和電壓調(diào)整率采用標(biāo)么值分析同步電機(jī)，基值選取如下：容量基值：Sb mUN In 單位VA電壓、電流基值：Ub U N , l b l N阻抗基值：ZUbUnb IbIn轉(zhuǎn)速基值：b 2 nNrad / s60勵磁電流：I fb I f0(E0

12、U N )6. 3. 1同步發(fā)電機(jī)的運行特性1 空載特性空載特性是指電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下空載運行時，勵磁電勢Eo與勵磁電流If的關(guān)系。由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，當(dāng)勵磁電流由lf=OIfm|f=o時，上升和下降曲線不重合。并且改變不同的Ifm值會得到不同的磁滯回線，工程上采用平均的磁化曲 線。實驗室中完成的是Uo=1.3Un到|f=0的下降曲線，然后進(jìn)行效正。圖 6.28 作用：（1）從空載特性曲線可以反映出電機(jī)設(shè)計合理性（2）利用空載特性的短路特性可以求出同步電機(jī)的重要參數(shù)一同步電抗。2.短路特性電機(jī)定子三相穩(wěn)態(tài)短路，同步旋轉(zhuǎn)，U=0時電樞電流與勵磁電流的關(guān)系。首先看看方程：隱極電機(jī)：不飽和：Eo

13、U I Ra j I Xt凸極電機(jī)：不飽和：EO U I Ra j Id Xd j lq Xq飽和：E U I Ra j I X飽和： E U I Ra j I X短路時，限制短路電流的只有發(fā)電機(jī)的同步阻抗，忽略電樞電阻只考慮同步電抗 的話，短路電流可認(rèn)為純感性，電樞磁勢基本是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢。因此作用在直軸上的磁勢有直流勵磁磁勢和電樞去磁磁勢，合成磁勢F F f Fad，其產(chǎn)生氣隙感應(yīng)電動勢E jIX 。氣隙合成磁通小，磁路處于不飽和狀態(tài)。又Ik Eo Eo If Ik I f線性短路特性。特性三角形：見圖6.29a，線段AB表示直軸電樞反應(yīng)磁勢，線段AC反應(yīng)漏電抗壓降IX （可求漏

14、電抗）3.零功率因數(shù)負(fù)載特性負(fù)載特性：n=nN，l=constant, cos =constant,U=f(lf)零功率因數(shù)負(fù)載特性：n=nn，|=constant, cos =0,U=f（lf）;實驗時電機(jī)要接三相純電感 負(fù)載。兩種方法求零功率因數(shù)負(fù)載特性：試驗法和空載特性結(jié)合特性三角形（短路三角形） 法。(1) 試驗法： 保持I=In, n=nN,調(diào)節(jié)勵磁電流和負(fù)載電抗，測量電壓，貝UU=f(lf)(2) 由空載特性利用特性三角形得到零功率因數(shù)負(fù)載特性特性三角形左上角頂點沿著空載特性曲線移動時，其右下角頂點的軌跡即為所 求的零功率因數(shù)負(fù)載特性。因為：接純電感負(fù)載，電樞磁勢就是直軸去磁磁勢，

15、同時負(fù)載電流也會產(chǎn)生漏 磁通感應(yīng)漏電勢。(筆記上講的明白)換句話說，負(fù)載時要產(chǎn)生與空載同樣的 電壓，直流勵磁電流必須提供平衡直軸去磁磁勢和感應(yīng)漏電勢所需要的電流。4 .外特性當(dāng) n=nN，|f=constant, cos =constant,U=f(l)(1) 在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載情況下，電樞反應(yīng)有去磁作用，空載電勢EoUn。定子電阻和漏抗引起電壓下降，外特性是一條下降的曲線。電機(jī)需要補(bǔ)償較大的勵磁電流，稱其過勵狀態(tài)。(2) 容性負(fù)載時，電樞反應(yīng)是助磁的，外特性上升E0Un。電機(jī)需要減小勵磁電流(與額定勵磁電流比較)，稱其欠勵狀態(tài)(3) 從外特性求同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率(亦稱為調(diào)整率)U旦一

16、巴100%Un電機(jī)額定運行時，空載勵磁電動勢與額定電壓差與額定電壓的比值。一般凸極電機(jī)1830%,隱極電機(jī)3048% (感性負(fù)載5. 調(diào)整特性-它與外特性相反，感性和純阻性負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流隨著負(fù)載電流增加而增 加(因為電樞反應(yīng)去磁作用，需要增加補(bǔ)償?shù)膭畲烹娏?；容性負(fù)載時則電樞反應(yīng)的助磁作用要減小勵磁電流。當(dāng) n=nN，U=constant, cos =constant,F=f(l)6. 3. 2特性曲線在參數(shù)計算中的作用、由空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性確定定子漏電抗和電樞反應(yīng)的等效勵磁磁動勢(見上 節(jié)、保梯電抗當(dāng)考慮轉(zhuǎn)子漏磁影響時，此時的特性三角形由短路三角形變成保梯三角形，由保梯三角形求得得

17、定子漏抗稱為保梯電抗 Xp (XpXJ (筆記或圖6.35)、利用空載特性和短路特性確定 Xd的不飽和值在磁路不飽和的情況下，對應(yīng)的直軸同步電抗Xd稱為Xd不飽和值。方法：在同一個勵磁電流下，從空載特性 E0=f(l f)曲線，求出氣隙線上的E0 再從短路特性上lk=f(lf)，求出電流lk則Xd( 不飽和 尸E0/lk 標(biāo)么值XdXdE I nEZb1 k U Nl k四、短路比空載額定電壓的歷次電流下三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流與額定電流比值kc1 k0l Nlff0因為短路特性是一條直線，Ik0 l f0，In l fk，轉(zhuǎn)化為勵磁電流的比，即:電機(jī)學(xué)教案lfo(U Un) I fo I f

18、o U n *kc Nk 亠=也/Xd(不飽和)(要結(jié)合書上的圖和筆記理解)1 fk(1 k 1 N ) I fo 1 fkEo短路比：就是用標(biāo)么值表示的直軸同步電抗不飽和值的倒數(shù)與飽和系數(shù)之積。 短路比對電機(jī)的影響：（1）短路比大，同步電抗不飽和值效，過載能力大，負(fù)載電流引起的端電壓變化小。（2）短路比小，負(fù)載變化時端電壓變化大，電機(jī)成本低。（3）氣隙加大，可減小Xd（不飽和）值，短路比增加，電機(jī)性能好，成本高五、利用空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性確定 Xd的飽和值磁路飽和時不能利用線性原理，必須先求合成磁勢，再從空載特性上求出氣隙電動勢。6. 3. 3同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算對稱穩(wěn)定運行時，

19、參數(shù)Xd, Xq, Xp, X。的實驗測定法。1 . 4同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行 6. 4. 1投入并聯(lián)的條件和方法優(yōu)點：（1）提高電能供電的可靠性（2）提高發(fā)電廠的運行效率一、投入并聯(lián)的條件1 .發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率相同，f2=f；否則，發(fā)電機(jī)輸出電壓與電網(wǎng)電壓之間有相位差存在， 并聯(lián)運行時將產(chǎn)生環(huán)流。2. 發(fā)電機(jī)相電動勢與電網(wǎng)電壓波形要相同；否則，并聯(lián)時將在電機(jī)與電網(wǎng)之間產(chǎn)生高次諧波環(huán)流，使運行損耗和溫升增高。3. 發(fā)電機(jī)相電動勢與電網(wǎng)電壓幅值相等、相位相同；否則，產(chǎn)生環(huán)流高達(dá) 2030倍額定值。4. 二者相序相同；否則，產(chǎn)生環(huán)流。上述條件中，2和4可以在設(shè)計、制造上保證；1和3要在并網(wǎng)運行時

20、滿足的條件。二、投入并聯(lián)的方法1. 準(zhǔn)確同步法（1）直接接法亦稱為燈光熄滅法從連接圖可見，每組燈上的電壓就等于該相電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓之差。假設(shè)U1 U2f1 f2貝U：U U 2 U 1. 2U1 sin 2t sin 1t2U 1 sin 2- t cos1- t Umcos-t2 2 2顯然，該電壓差幅值Um隨著時間以22 1頻率在0 2、2 U1之間變化；U變化頻率為1 22討論：（1）若21，貝U Um=0,三組燈上的電壓為零，燈同時熄滅。此時和上開關(guān),并網(wǎng)（2） 21，則Um 0,且U以頻率1 2 2變化，燈光亮而閃爍。此時要調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，出現(xiàn)（1）的情況，才能合閘。（2）交叉接法

21、亦稱為燈光旋轉(zhuǎn)法（1）若電網(wǎng)電壓幅值、相序、相位與發(fā)電機(jī)電壓相同，則燈上的瞬時電壓差分別為Ua 0, Ub Uc 0，此時燈A滅，UbUc達(dá)到最大，燈B，C最亮（2）若其它條件相同，只是頻率不同，則有三種情況（a）Ua 0, Ub 0, Uc 0三個燈閃爍（b）Ua 0, Ub 0, Uc 0 A，B 燈亮，C 燈熄滅（c）Ua 0, Ub 0, Uc 0 A，C 燈亮，B 燈熄滅在情況（2）時，同樣要調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，使f仁f2出現(xiàn)（1）的情況，才能合閘。2. 自同步法用原動機(jī)將發(fā)電機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)后，立即投入勵磁，此時可以由定轉(zhuǎn)子間 的電磁力將電機(jī)自動牽入同步。但沖擊電流比較大。6.

22、 4. 2功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁功率的一般化形式：Pem P2Pcu1mUIcosml 2Ram U cos IR ImE cos iI (見圖 6.50)討論：1）隱極電機(jī)不飽和，PemmE0I cosE0 cosE cos i2)凸極電機(jī)不飽和，PemmElcoSmIdIq Xd XqE cos i EQ cosE。Id ( XdX q ) cos轉(zhuǎn)矩平衡方程式：P1Pem PmecpFe PadTemT1(T mecTFeTad )6. 4. 3功角特性忽略電樞繞組銅耗，有Pem p2 mUI cos mUI cos(mU cos (I cos ) mU sin (I sin ) mU

23、lqcosmUI d sin根據(jù)圖6.51a得IqXqIdXdU sinE0 U cos代入上式得:Pemm-EXU sinXdu 2 1 m2 XqXdsin 2上式中，第一項稱為基本電磁功率，第二項稱為附加電磁功率（只有凸極電機(jī)才存在此項） 為什么凸極電機(jī)會產(chǎn)生附加電磁轉(zhuǎn)矩？主要是由于交直軸磁通不等引起的。 電樞磁通密度Ba與磁勢矢量Fa不重合，必將產(chǎn)生附加的電磁轉(zhuǎn)矩。這就好比異步電機(jī)中討論的Bm和Fm不重合時，將產(chǎn)生鐵耗和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩一樣同步電機(jī)中，直流勵磁，轉(zhuǎn)子中沒有鐵耗，F(xiàn)f全部用于產(chǎn)生磁場f?；倦姶殴β适怯捎谵D(zhuǎn)子磁場與定子電流之間的相互作用產(chǎn)生的功率。附加電磁功率mU- sin2的

24、特點：2 Xq Xd（1）與Eo無關(guān)，即使If O,Eo 0，它也不是零。（2）它正比于 丄，亦稱為磁阻功率。Xq Xd （3） 出現(xiàn)最大功率時的功角90（4）隱極電機(jī)沒有磁阻轉(zhuǎn)矩6. 4. 4有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定 （以隱極電機(jī)為例，忽略飽和影響和電樞電阻，電網(wǎng)電壓頻率恒定）一、有功功率調(diào)節(jié)當(dāng)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時，功角 0，Pem ，Pl P2P P，即原動機(jī)輸入的功率與各種損耗守恒Ti Tmec TFe Tad。此時電機(jī)中的電流是無功電流。八E0 U j I Xt以U為參考相量，無功電流I滯后90度。E0與U同相位，E0滯后F f 90度如果增加原動機(jī)輸入功率，則T1 Tmec

25、 TFe Tad，電機(jī)加速，轉(zhuǎn)子直軸磁勢超前于氣隙磁蜜，0Rm 0。此時，E0U jIXt，且E0超前U個相角，當(dāng)a，使TemT1（TmecTFeTad），發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不再加速，說明原動機(jī)輸入的功率與電磁功率和損耗功率平衡，電機(jī)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功 率輸出。換句話說，要想增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，就必須增加原動機(jī)的輸入功率，使電機(jī)的 功率角增大。但是當(dāng)m,Pem Femmax時，若繼續(xù)增加輸入功率，電機(jī)將失去自身平衡狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)失步。就是說原動機(jī)的輸入功率不能無限制的增加，電機(jī)自身存在著靜態(tài)穩(wěn)定的問 題。二、靜態(tài)穩(wěn)定概念：電網(wǎng)或原動機(jī)偶然發(fā)生微小擾動時，當(dāng)擾動消失后，發(fā)電機(jī)能恢復(fù)原來的穩(wěn)定同步運

26、行狀態(tài)，則稱為靜態(tài)穩(wěn)定。判斷方法：假設(shè)原動機(jī)輸入有效功率為 PT=P1-刀p，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的制動性質(zhì)的電磁功率為 Pem， 此刻出現(xiàn)一個擾動，使輸入功率增加PT,從功角曲線上可以判斷電磁功率也增加厶Pem,使得PemB Pt TmR Tm Tp ,電機(jī)將減速回到A點。反之，電機(jī)運行在 C點，出現(xiàn)擾動時，導(dǎo)致輸入的有效功率大于輸出的電磁功 率，電機(jī)不能恢復(fù)穩(wěn)定運行。180后，電磁功率為負(fù)值，產(chǎn)生拖動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，是同步電動機(jī)運行狀態(tài)。 隱極同步電機(jī)，功率角在090為穩(wěn)定運行區(qū)，90180為不穩(wěn)定運行區(qū)。同步電機(jī)穩(wěn)定判據(jù)： 壘 0 ;即功角增量大于零時，電磁功率增量也要大于零。d如果dPem0，稱為該

27、點為靜態(tài)穩(wěn)定極限點；dPem 0發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運行dd整步功率系數(shù)：PsyndPemmdE0UXtcosorRyndPemdE0U mcosXtmU 21Xq1 cos 2Xd整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)：Tsy ndTem mE0UcosorTsyndTemE0U mcosU21m1cos2dXtdXtXqXd靜態(tài)過載系數(shù)：kMRmmax1要求kM1.7Pnsin n例題 p3306.36. 4. 5無功功率調(diào)節(jié)和V形曲線 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后，不但要向電網(wǎng)供給有功功率，而且還有與電網(wǎng)進(jìn)行的無功功率的 交換。在上節(jié)已經(jīng)討論了，同步發(fā)電機(jī)要增加輸出的有功功率，必須增加原動機(jī)的輸入功率； 本節(jié)將討論的是，同步

28、發(fā)電機(jī)要調(diào)節(jié)輸出的無功功率，不需要調(diào)節(jié)原動機(jī)的輸入功率，只要 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁。仍然以隱極電機(jī)為例分析：U=電網(wǎng)電壓，忽略電樞電阻，不計飽和影響，P2=c on sta nt, Pem=c on sta nt,只調(diào)節(jié)勵磁電流，分析定子電流的變化。Fem mE0U sinE0 sin 常數(shù)XtP? mUI cos I cos 常數(shù)忽略電樞電阻有Pem=P2，即I cos 旦sin常數(shù)，即可以根據(jù)此式分析If or E0對I的影響Xt根據(jù)隱極電機(jī)電勢方程式，畫出相量圖(圖6.56),得直線AB和CD。通過調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)節(jié)無功功率得方法分以下幾種情況討論：(1) U與I同相位cos =1,(2) 增加

29、勵磁電流(3) 減小勵磁電流(4) 再減小勵磁電流6.5同步電動機(jī)和調(diào)相機(jī)(1) 同步電動機(jī)一般采用凸極結(jié)構(gòu)，在磁極表面上裝有起動籠。(發(fā)電機(jī)稱為阻尼籠)(2) 同步電動機(jī)的最大優(yōu)點是能夠改善功率因數(shù)。(3) 與同容量的異步電動機(jī)相比體積小。轉(zhuǎn)速恒定與負(fù)載無關(guān)。過載能力強(qiáng)，靜態(tài)穩(wěn)定好(4) 同步電動機(jī)不能自起動，常用異步起動法起動。(5) 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻起動應(yīng)用廣泛，特別是永磁同步電動機(jī)。6. 5. 1基本電磁關(guān)系 一、從發(fā)電機(jī)狀態(tài)過渡到電動機(jī)狀態(tài)從發(fā)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)入電動機(jī)狀態(tài)的過程中，功率角和電磁功率由正值變?yōu)樨?fù)值，電磁轉(zhuǎn)矩 為驅(qū)動性質(zhì)。電機(jī)輸入電功率輸出機(jī)械功率。結(jié)合圖 6.58說明。二、電動勢平衡方程與相量圖同步電動機(jī)分析時采用電動機(jī)慣例。則電流I超前端電壓U (從電網(wǎng)吸收超前的容性電流)，勵磁電動勢Eo滯后與電壓U，和B角為正值，產(chǎn)生的電磁功率也為正值。電動勢平 衡方程式分別為：U Eo I Ra j I XtU Eo I Ra j Id Xd j Iq Xq根據(jù)電動勢方程可以畫出相量圖。三、功角特性和功率平衡方程電動機(jī)運行時，Eo滯后端電壓U的功角B為正值，同樣有:Pemm-E-0UsinX dU 21m2 Xq1XTsin 2TemPemE0UsinU 211msin 22 XqXdpPe