電機(jī)學(xué) 第5章 同步電機(jī) (20121011按新書修改)

1、 2021-8-2河 海 大 學(xué) 2 第第2 2章章 變變 壓壓 器器 第第1 1章章 緒緒 論論 第第5 5章章 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 第第4 4章章 異異 步步 電電 機(jī)機(jī) 第第3 3章章 交流電機(jī)的共同問題交流電機(jī)的共同問題 第第6 6章章 直直 流流 電電 機(jī)機(jī) 2021-8-2河 海 大 學(xué) 3 2021-8-2河 海 大 學(xué) 4 2021-8-2河 海 大 學(xué) 5 定義： 同步電機(jī)是指電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相同的交流電機(jī)。同步 電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 一.基本類型與用途： 主要用來作為發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行； 也可作為電動機(jī)應(yīng)用，一般使用在不需要調(diào)速的低速大功率 機(jī)械中； 此外，可作為同步補(bǔ)償

2、機(jī)，向電網(wǎng)輸送感性和容性無功功率。 另外，從原動機(jī)分：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī) p f nn 1 0 60 2021-8-2河 海 大 學(xué) 6 二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式 同步電機(jī)一般由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等部件構(gòu)成。 n同步電機(jī)的定子定子和異步電機(jī)相同，定子鐵芯上有齒和槽，槽內(nèi)設(shè)置三相 繞組。 n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵磁繞組。 n同步電機(jī)的磁極通常裝在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組放在定子上，通常稱為旋旋 轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)。 旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有凸極凸極和隱極隱極兩種結(jié)構(gòu)形式。 n用汽輪機(jī)作為原動機(jī)來拖動的稱為汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)，一般采用隱極式隱極式結(jié)構(gòu)； 用水輪機(jī)作為原動機(jī)來拖動的

3、稱為水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)，一般采用凸極式凸極式結(jié)構(gòu)。 n同步電動機(jī)、由內(nèi)燃機(jī)拖動的同步發(fā)電機(jī)以及同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)大多做成凸極 式。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 7 二、同步電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn) （一）定子 同步電機(jī)的定子大體上和異步電機(jī)相同，是由鐵芯、 繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他構(gòu)件組成。 （二）轉(zhuǎn)子 （以同步發(fā)電機(jī)為例） 1、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)一般都是二極的，同 步轉(zhuǎn)速為3000或3600r/min。這是因?yàn)樘岣咿D(zhuǎn)速可以提高汽輪機(jī) 的運(yùn)行效率，減小整個機(jī)組的尺寸、降低機(jī)組的造價(jià)。轉(zhuǎn)子不能 做得過大，所以汽輪發(fā)電機(jī)的直徑較小直徑較小，長度較長長度較長。汽輪發(fā)電機(jī) 均為臥

4、式結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu)。 2、水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 大型水輪發(fā)電機(jī)通常都是立式結(jié)構(gòu)立式結(jié)構(gòu)， 它的轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多，要求轉(zhuǎn)動慣量大，故其特點(diǎn)是直徑大直徑大、長長 度短度短。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 8 1、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) n現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)一般都是二極的，同步轉(zhuǎn)速為3000或3600r/min。 n提高轉(zhuǎn)速可以提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，減小整個機(jī)組的尺寸、降 低機(jī)組的造價(jià)。 n轉(zhuǎn)子不能做得過大，所以汽輪發(fā)電機(jī)的直徑較小直徑較小，長度較長長度較長。汽 輪發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu)。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 9 2、水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 大型水輪發(fā)電機(jī)通常都是立式結(jié)構(gòu)立式結(jié)構(gòu) 它的轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多，

5、要求轉(zhuǎn)動慣量大，故其特點(diǎn)是直直 徑大徑大、長度短長度短。 轉(zhuǎn)子磁極上套裝勵磁繞組 極靴上有阻尼繞組 2021-8-2河 海 大 學(xué) 10 2021-8-2河 海 大 學(xué) 11 2021-8-2河 海 大 學(xué) 12 2021-8-2河 海 大 學(xué) 13 2021-8-2河 海 大 學(xué) 14 三、同步電機(jī)的額定值 同步電機(jī)的額定值（名牌值）由以下幾種： （1）額定容量額定容量 或額定功率或額定功率 （2）額定電壓額定電壓 是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時其定子三相的線電壓 （4）額定電流額定電流 是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時流過其定子繞組的線 電流 同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)同步調(diào)相機(jī) 額定 容量 發(fā)電機(jī)出線端的額

6、 定視在功率（VA） 轉(zhuǎn)軸上輸出的有 效機(jī)械功率（W） 發(fā)電機(jī)出線端輸出 的無功功率（Var） 額定 功率 發(fā)電機(jī)輸出的額定 有功功率（W） N S N P N U N I 2021-8-2河 海 大 學(xué) 15 （4）額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) 是指同步電機(jī)在額定運(yùn)行時的功率因數(shù)。 （5）額定效率額定效率 是指額定運(yùn)行時的效率。 （6）額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 和額定頻率額定頻率 是指同步電機(jī)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速（r/min） 和定子繞組中電流與電壓的工作頻率（Hz）。 （7）額定勵磁電壓額定勵磁電壓 和額定勵磁電流額定勵磁電流 是指同步電機(jī)額定運(yùn)行 時加到勵磁繞組上的直流電壓和電流。 N cos N NNNN

7、NN IUSPcos3cos NNNNN IUPcos3 (對三相交流發(fā)電機(jī)) (對三相交流電動機(jī)) N n N f fN U fN I 2021-8-2河 海 大 學(xué) 16 n同步電機(jī)運(yùn)行時，必須在其轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流 電流，以便建立磁場，這個直流稱為勵磁電流勵磁電流，供給 勵磁電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是同步 電機(jī)的重要組成部分，勵磁系統(tǒng)和勵磁元件的性能對 電機(jī)的運(yùn)行性能有重要影響。 n分類，勵磁系統(tǒng)主要有兩大類： 一類是直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源的直流勵磁機(jī)勵磁系直流勵磁機(jī)勵磁系 統(tǒng)統(tǒng)； 另一類是用整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的交交 流勵磁機(jī)整流勵磁系統(tǒng)流勵磁機(jī)整流

8、勵磁系統(tǒng)。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 17 1、直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 直流勵磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī) 同軸，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)起來以后， 勵磁機(jī)就可以為其供給直流電 流。最常用的是 直流并勵發(fā)電機(jī)（直流并勵發(fā)電機(jī)（如圖所示）； 直流他勵發(fā)電機(jī)直流他勵發(fā)電機(jī)； 直流復(fù)式勵磁發(fā)電機(jī)直流復(fù)式勵磁發(fā)電機(jī)。 2、交流勵磁機(jī)整流勵磁系統(tǒng) 當(dāng)發(fā)電機(jī)容量較大時，由于換向困難不適宜采用直流勵磁機(jī)，這時 一般采用交流勵磁機(jī)與整流裝置相配合來共同構(gòu)成勵磁系統(tǒng)。 G f U t r f i ff LR , 2021-8-2河 海 大 學(xué) 18 根據(jù)裝置的放置位置可以分為靜止整流勵磁和旋轉(zhuǎn)整流勵磁兩種 1）靜止整流勵磁 靜止整

9、流勵磁分為他勵式和自勵式兩種，下圖為他勵式靜止整流 勵磁系統(tǒng)。 1發(fā)電機(jī)；2交流主勵磁機(jī)；3交流副勵磁機(jī)；4硅整流機(jī)； 5可控硅整流機(jī)；6自動電壓調(diào)整器 （主勵為100Hz同步發(fā)電機(jī)，副勵為500Hz中頻同步發(fā)電機(jī)） 2021-8-2河 海 大 學(xué) 19 他勵式靜止整流器勵磁系統(tǒng) n原理：原理：主勵(2)經(jīng)整流(4)向發(fā)電機(jī)(1)提供If ;主勵的勵磁電流由副 勵磁機(jī)(3)提供 n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行、維護(hù)方便，用硅整流代替換向器不僅提高了勵磁容 量，而且大大提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性； n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：接線設(shè)備復(fù)雜，起動時需要另外的直流起勵電源向副 勵磁機(jī)供給勵磁電流。 自勵式系統(tǒng) n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：便于維護(hù)，

10、電壓穩(wěn)定性較高，動態(tài)特性好。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 20 2）旋轉(zhuǎn)整流勵磁 旋轉(zhuǎn)電樞式。 交流主勵磁機(jī):電樞、整流裝置與主發(fā)電機(jī)的勵磁繞組均裝設(shè)在 同一旋轉(zhuǎn)體上，不需要集電環(huán)和電刷裝置，所以這種系統(tǒng)又稱為 無刷勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng)。 1交流副勵磁機(jī)；2交流主勵磁機(jī)；3同步發(fā)電機(jī)； 4自動電壓調(diào)節(jié)器 2021-8-2河 海 大 學(xué) 21 旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng) n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于取消了電刷和集電環(huán)，所以這種勵磁方式 的運(yùn)行比較 可靠可靠，維護(hù)簡單，尤其適合于要求防燃、防爆的特殊 場合。 n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：發(fā)電機(jī)勵磁回路的滅磁時間常數(shù)較大，對迅速 消除主發(fā)電 機(jī)的內(nèi)部故障不利；轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)困難。 20

11、21-8-2河 海 大 學(xué) 22 2021-8-2河 海 大 學(xué) 23 1.同步發(fā)電機(jī)工作原理 2021-8-2河 海 大 學(xué) 24 當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主磁場就在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁 場，它“切割”對稱的三相定子繞組后，就將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出 頻 率為 的一組對稱三相空載電動勢： 忽略高次諧波時，勵磁電動勢的有效值為 式中： 為每極的主磁通量 120 00 EE C 120 00 EE B 0110 44. 4 w kfNE 0 00 EE A f 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 25 2、主磁通與漏磁通 空載運(yùn)行時，電樞電流為零，僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。 主極磁通主極磁通分

12、為主磁通主磁通和主極漏磁通主極漏磁通，主磁通所經(jīng)過的路徑稱為 主磁路，主磁路，包括：空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛五個 部分。 主極磁通是否通過氣隙交鏈 主磁通通過于定子繞住相交鏈 主極漏磁通不通過僅與勵磁繞組相交鏈 0 f 2021-8-2河 海 大 學(xué) 26 3、電壓波形正弦畸變率 n改善發(fā)電機(jī)發(fā)出電勢波形的基本途徑： 勵磁電流產(chǎn)生接近與正弦分布的氣隙磁密波形； 定子每相繞組采用分布和短距線圈； 三相繞組采用Y Y接法。 n恒量指標(biāo)：電壓波形正弦畸變率電壓波形正弦畸變率 實(shí)際空載線電壓波形與正弦波形的偏差程度一般用電壓波形正電壓波形正 弦畸變率弦畸變率來表示，即 1 2 2 2

13、1 22 3 2 2 m n mn m mkmm v U U U UUU k 2021-8-2河 海 大 學(xué) 27 1.電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) n空載：I0，F(xiàn)a 0，氣隙磁場只由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生； n負(fù)載時：I0，F(xiàn)a 0,Fa對Ff的影響稱電樞反應(yīng) n電樞磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢間的相對位置取決于負(fù)載電流的性質(zhì)。 n同步機(jī)空載電勢 電機(jī)輸出電流 之間的相角 定義為內(nèi)功率因內(nèi)功率因 數(shù)角數(shù)角。 時， 時，電流 滯后于 ； n端電壓 和 之間的相位角 稱為外功率因數(shù)角外功率因數(shù)角 。 下面將分析各種不同 角時的電樞反應(yīng)。 0 E I I 0 E I U 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 28 一、內(nèi)功率因數(shù)角

14、0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 29 Fa在交軸，所以稱交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢 有增磁作用 因?yàn)镮、E同相，所以不發(fā)無功功率 90, 0 00 af aaaff FF EFIEFI 同方向與同方向，與定，有：相矢圖中，按參考軸設(shè) aaf FF 0 f FF 2021-8-2河 海 大 學(xué) 30 二、內(nèi)功率因數(shù)角 同步發(fā)電機(jī)的剖面簡圖 磁勢的空間展開圖 直軸 相軸，交軸 1f F 1 A B C X Y Z a F NS f 0 1 A BC XYZ x NS 1f F a F 2 直軸 交軸A相軸 2021-8-2河 海 大 學(xué) 31 二、內(nèi)功率因數(shù)角 時間相量圖 時空矢量圖 2 相軸

15、交軸 時軸 直軸 11 2 f 11 2 f 時軸 A E0 A I B I B E0 C E0 C I 0 E E a E 0 1f F a I a F 2021-8-2河 海 大 學(xué) 32 性無功過勵狀態(tài)發(fā)電機(jī)發(fā)出感 發(fā)出容性無功，即：，超前 電機(jī)運(yùn)行于過勵狀態(tài)基本為變，必須增加為保持 為去磁電樞反應(yīng)反相，合成磁勢與 稱：直軸電樞反應(yīng)在直軸， EI IfF FFFF F ffa a . 4 ,. 3 . 2 . 1 2021-8-2河 海 大 學(xué) 33 三、內(nèi)功率因數(shù)角 同步發(fā)電機(jī)的剖面簡圖 磁勢的空間展開圖 直軸 相軸，交軸 1f F 1 A B C X Y Z a F NS f 0 1

16、 ABCXYZ x N S 1f F a F 直軸交軸 2021-8-2河 海 大 學(xué) 34 三、內(nèi)功率因數(shù)角 Fa在交軸，所以稱交軸電樞反應(yīng)，因合成磁勢 有增磁作用 因?yàn)镮、E反相，所以不發(fā)無功功率 f FF 2021-8-2河 海 大 學(xué) 35 四、內(nèi)功率因數(shù)角 同步發(fā)電機(jī)的剖面簡圖 磁勢的空間展開圖 直軸 相軸，交軸 1f F 1 A B C X Y Z a F NS f 0 1 A BC X YZ x N S 1f F a F 2 直軸交軸 2021-8-2河 海 大 學(xué) 36 四、內(nèi)功率因數(shù)角 時間相量圖 時空矢量圖 2 時軸 相軸，交軸 時軸 直軸 11 2 f 11 2 f A

17、E0 A I B E0 B I C E0 C I 0 E E a E a F 1f F F 0 a I 2021-8-2河 海 大 學(xué) 37 結(jié)論： 同步電機(jī)的運(yùn)行方式可以由內(nèi)功率因數(shù)角 來判斷。 同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子磁場將較定子磁場超前 同步電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行時，定子磁場將較轉(zhuǎn)子磁場超前 22 22 2021-8-2河 海 大 學(xué) 38 2021-8-2河 海 大 學(xué) 39 一、電磁關(guān)系 當(dāng)不考慮磁路飽和現(xiàn)象時，認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁場與電樞磁場分別在定 子繞組中感應(yīng)電勢。轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電勢稱為空載電勢，用表 示；電 樞磁場感應(yīng)的電勢稱為電樞反應(yīng)電勢，用 表示。電磁關(guān)系如下： 0 E a E a

18、aaa fff r I E E EFIUStator EFIURotor : : 00 2021-8-2河 海 大 學(xué) 40 二、電路方程 三、等效電路 等效電路，如右圖所示。 隱極同步發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的 等效電路是簡單的獨(dú)立回路， 沒有次級側(cè)回路和其它耦合回路。 a r I U a E 0 E x x I jr IUEE x I jE r IUEEE aa aa 0 0 EE 0 或稱合成電勢： a EE 2021-8-2河 海 大 學(xué) 41 n四、電樞反應(yīng)電抗四、電樞反應(yīng)電抗 比例系數(shù)是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為電樞反電樞反 應(yīng)電抗應(yīng)電抗 。 寫成相量形式： 上式說明了電樞反應(yīng)電抗的物理

19、意義： 可以把電樞反應(yīng)磁場在定子每相繞組中所感應(yīng)的可以把電樞反應(yīng)磁場在定子每相繞組中所感應(yīng)的 電樞反應(yīng)電勢電樞反應(yīng)電勢 看成相電流所產(chǎn)生的一個電抗看成相電流所產(chǎn)生的一個電抗 電壓降，這個電抗就是電樞反應(yīng)電抗電壓降，這個電抗就是電樞反應(yīng)電抗 。 a x IjxE aa a E a x IE EFI a aaa 2021-8-2河 海 大 學(xué) 42 五、 同步電抗 定子回路電壓平衡式改寫為 其中 為同步電抗同步電抗 為同步阻抗同步阻抗 實(shí)際應(yīng)用中主要關(guān)心同步電抗： 在計(jì)算同步電機(jī)的各種性能時， 一般僅需應(yīng)用同步電抗； 測量同步電抗較為方便。 等效電路變化 xxx as sas jxrZ U U a

20、 r a r x a x 0 E 0 E s x I I 隱極同步發(fā)電機(jī) 的等效電路 sa aa jxrIU x I jx I jr IUE 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 43 六、隱極發(fā)電機(jī)的相量圖 同步電機(jī)的三個角： 外功率因數(shù)角 內(nèi)功率因數(shù)角 功角 UE IE IU , , , 0 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 44 一、凸極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)雙反應(yīng)理論 由于凸極同步機(jī)的氣隙不均勻，氣隙各處的磁阻不同，在極面 下的磁導(dǎo)大，兩極之間的磁導(dǎo)小，所以在分析電樞反應(yīng)時，采用雙雙 反應(yīng)法反應(yīng)法，即把電樞基波磁動勢 分解為作用在直軸上的 和作用 在交軸上的 ， 還可以將電樞電流 分解為

21、和 ，即 a F ad F aq F cos sin aaq aad FF FF I d I q I cos sin II II q d 2021-8-2河 海 大 學(xué) 45 n二、電磁關(guān)系 當(dāng)不計(jì)磁路飽和現(xiàn)象時，在定子繞組中分別成立直軸電樞反應(yīng) 電勢和交軸電樞反應(yīng)電勢。其基波分量不別記作 和 。 a aqaqaq adadad fff r I E E EF EF IUStator EFIURotor : : 00 ad E aq E 2021-8-2河 海 大 學(xué) 46 二、電路方程和等效電路 則凸極同步發(fā)電機(jī)的定子繞組的電壓平衡式為 )( 0 jxrIUEEEE aaqad a r x 0

22、 E U ad E aq E I 2021-8-2河 海 大 學(xué) 47 三、直軸與交軸電樞反應(yīng)電抗和同步電抗 （1）直軸電樞反應(yīng)電抗、交軸電樞反應(yīng)電抗 比例系數(shù)是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。 n其中：xad、xaq分別稱直軸電樞反應(yīng)電抗，交軸電樞反應(yīng)電抗 qaqaqaqaqq dadadadadd IEEFI IEEFI , , dadd dw ad IxI pk klkmfN E 2 1 2 0 4 qaqq qw aq IxI pk klkmfN E 2 1 2 04 2021-8-2河 海 大 學(xué) 48 寫成相量形式： (2)直軸同步電抗和交軸同步電抗 設(shè)為定子每相漏抗，則可把漏抗與電樞反應(yīng)電

23、抗合并，即 式中： 稱之為直軸同步電抗直軸同步電抗， 稱之為交軸同步電抗交軸同步電抗。 add xxx aqq xxx d x q x dadad IjxE qaqaq IjxE 2021-8-2河 海 大 學(xué) 49 四、凸極發(fā)電機(jī)的相量圖 1. 定子繞組的電壓平衡式 若把電樞反應(yīng)電勢看作是電抗壓降，則定子繞組的電壓平衡式為 或 另：另：隱極同步電機(jī)可看作凸極同步電機(jī)的特例來看。因?yàn)殡[極機(jī) 的氣隙均勻，氣隙磁場波的波形系數(shù) 。 ， 只需要用一個參數(shù) 來表示同步電抗。 )( 0 jxrIUxI jxI jE aaqdadd )()( 0aqqadda xxI jxxI jr IUE qqdda

24、xI jxI jr IU 1 qd kk aaqad xxx sqd xxx s x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 50 2. 的方向 平衡方程中加 、減 0 E 的方向可求得方向已知， 同方向與 在一直線與垂直，與 0 0 00 0 0 Ex I jr IU Ex I jr IU ExxI jEI x I jr IUxxI jE x I jxxI jr IU xI jxI jxI jxI jr IU xI jxI jr IUE qa qa qddd qaqdd qqdda qdqqqddda qqdda ddx I j ddx I j 2021-8-2河 海 大 學(xué) 51 2. 畫向量圖的

25、步驟： 凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖（過激時） 0 ad d I q I I U a r I q x I j 0 E aq qqx I j dd xI j 方向 0 E 0 0 ,ErI jrI jr IUIIqd Ex I jr IIU qqddaqd qa 坐標(biāo) 的方向 2021-8-2河 海 大 學(xué) 52 （對應(yīng)教材5.3） 2021-8-2河 海 大 學(xué) 53 一、空載特性 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子套組加上直流勵磁，電樞繞組開路，即為同同 步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行?？蛰d特性空載特性就是討論轉(zhuǎn)子直流勵磁電流和空載 電勢的關(guān)系。因?yàn)榭蛰d電動勢和轉(zhuǎn)子磁場的每極磁通成正比，轉(zhuǎn)子 勵磁電流和轉(zhuǎn)子勵

26、磁磁動勢成正比，因此只要選取不同的比例尺， 和同步電機(jī)的磁化曲線 是相同的。 空載特性可通過電機(jī) 的磁路計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測得， 接線圖如右所示， A V f R )( f0 IfE )( f0 If 2021-8-2河 海 大 學(xué) 54 一、空載特性空載特性 1. 定義 選取不同的比例尺，與同步電機(jī)的 磁化曲線相同。 2.測量 空載特性可通過電機(jī) 的磁路計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測得， 接線圖如右所示， A V f R 磁化曲線 ；每極磁通 ff ff Innf FfIfE FIE IfE N 00 00 0,0 )( 2021-8-2河 海 大 學(xué) 55 n磁滯回線 n0a為所求的空載特性， n 由剩磁所感應(yīng)的電

27、 動勢，稱為剩磁電動勢剩磁電動勢。 存在剩磁，校正：向左平移oc。 bEr0 0 E f I a b c d e f 0 r E 0 E f I r E 0c f I f I f I 2021-8-2河 海 大 學(xué) 56 n典型的空載特征 開始一段實(shí)際上是一條直線，因?yàn)榇藭r 很小，電機(jī)磁路中的鐵磁 部分未飽和。If增大，逐漸飽和。 n飽和系數(shù)： E0*=1時： 總磁勢與氣隙磁勢之比 n空載特性曲線的用途：a.求取同步電機(jī)的參數(shù)和特性外； b,.在發(fā)電廠中測空載特性以檢查三相電樞繞組的對稱性。 ab ac k 2021-8-2河 海 大 學(xué) 57 二、短路特性二、短路特性 1、定義 2、用途 說

28、明同步發(fā)電機(jī)的特性 測定同步電機(jī)的參數(shù) 3、短路特性 同步發(fā)電機(jī)在短路時的量相量圖。 U0 很小 很?。?很?。?電機(jī) 磁路處于不飽和 又 ，所以，短路特性為一直線 （ ）。 0 a IIk dkx I jE 0 E k IEF kaff IFFFI 1 F ka IF N nnUfk IfI , 0 jxrIUEEE aa 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 58 三、負(fù)載特性負(fù)載特性 1。定義：。定義： 右圖為不同的 和不同的 時的負(fù)載特性，其中 (1)空載特性， (2)零功率因數(shù)特性， 通過零功率因數(shù)曲線和空載 特性曲線可以求取飽和同步電抗及 電樞電抗。 U f I N U e c 0

29、1 2 34 5 I cos 0I 900cosN II ConstConstIf IfU cos, 2021-8-2河 海 大 學(xué) 59 一、同步電抗的測定 1、不飽和同步電抗的測定 右圖1-空載特性,2-短路特性， 不計(jì)電樞電阻，U=0時， 隱極機(jī)： 凸極機(jī)：因Ik滯后E090度,Iq=0,Id=Ik 所以： 用 近似 ，則 這樣測得的同步電抗為不飽和同步電抗。 對隱極機(jī)而言，所測定的同步電抗為 ； 對凸極機(jī)而言，所測定的同步電抗為 。 0 E k I 0 E k I 0 E 0 1 2 3 f I skx I jE 0 dk xI jE 0 0 E 0 E k sd I E xx 0 s

30、 x d x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 60 2、求飽和同步電抗 純電感負(fù)載時，空載電動勢、端電壓 和同步電抗之間的代數(shù)關(guān)系為 右圖所示為空載特性和的 零功率因數(shù)曲線。 其中 ， ， 所以飽和同步電抗的標(biāo)么值為 不飽和同步電抗比飽和同步電抗大得多。 0 E f I 0 E a b c c a 0 N U N II 0cos U s IxUE 0 N II abU N caxI sN cbE 0 ab ca U xI I U x x N sN N N s s 0 E U I a s xI j 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 61 二、短路比 短路比：短路比：在空載時使空載電動勢有額定值

31、時的勵磁電流與在短 路時使短路電流有額定值時的勵磁電流之比。 短路比與同步電抗有關(guān)，設(shè) 為不飽和同步電抗，則從圖中可得， ，則同步電抗的標(biāo)么值為 0f I k If 0k I N I f I 0 E N U 0 E 1 2 3 k I d x 0 0 k d I E x kk N N N k d k C I I C U I I E x 1 0 0 0 0 0 0 N k fk f IIUf UEIf k I I I I I I k N N 0 0 , 0 , 0 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 62 n短路比大小與電機(jī)性能的關(guān)系（了解） n一般，汽輪發(fā)電機(jī)較小: 0.50.7 n 水輪發(fā)電

32、機(jī)較大: 1.01.4 )( 1913 4912 0 過載能力 變化小引起 造價(jià)用銅量 主要消耗氣隙中）（氣隙 所需建立 式 式 Pssx UUIx F FIUE k s d f ffN k 2021-8-2河 海 大 學(xué) 63 一、外特性 外特性是指當(dāng) ， 時，發(fā)電機(jī)的端電 壓與電樞電流之間的關(guān)系曲線 。 右圖為不同功率因數(shù)的負(fù)載時同步發(fā) 電機(jī)的外特性。 由圖可見，感性負(fù)載感性負(fù)載和純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載時， 外特性下降下降；容性負(fù)載容性負(fù)載時，外特性上升上升 。 外特性即可以用直接負(fù)載法測取，亦可用 作圖法求出。 constI f constcos )(IfU U 0 E 0 I 1 2 3

33、 感性 純電阻 容性 負(fù)載: 2021-8-2河 海 大 學(xué) 64 二、電壓變化率 當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓為額定值，并輸出 額定負(fù)載( ， )時 ， 稱為同步發(fā)電機(jī)的額定工作狀態(tài)額定工作狀態(tài)。 如右圖所示，端電壓升高的數(shù)值 用額定端電壓的百分?jǐn)?shù)來表示就稱為 同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率電壓變化率，或稱為電電 壓調(diào)整率壓調(diào)整率，用 表示，即 N II N coscos U 0 E U 0 I U N I% 0 N N U UE U %U 2021-8-2河 海 大 學(xué) 65 三、調(diào)整特性 同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，當(dāng)端電壓和負(fù)載的功率因數(shù)一定 時，表示負(fù)載電流和勵磁電流之間關(guān)系的曲線稱為調(diào)整特性調(diào)整特性，即

34、 右圖表示了端電壓為額定，不同 負(fù)載功率因數(shù)時的調(diào)節(jié)特性，調(diào)節(jié)特 性的變化趨勢與外特性恰好相反。 ConstConstUf IfI cos, 2021-8-2河 海 大 學(xué) 66 四、效率特性 同步發(fā)電機(jī)的效率特性效率特性是指 ， ， 時，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系即 發(fā)電機(jī)的效率可以通過直接負(fù)載法和損耗法分析求出。用損耗 法計(jì)算公式如下 N nn N UU N coscos )( 2 Pf %1001 2 pp p 2021-8-2河 海 大 學(xué) 67 2021-8-2河 海 大 學(xué) 68 對供電的要求主要是：對供電的要求主要是：保證足夠的用電量，高的供電質(zhì)量（電 壓和頻率為額定值），以及

35、經(jīng)濟(jì)、可靠。 電力系統(tǒng)中有許多發(fā)電廠并聯(lián)供電，可以合理地利用動力資源， 對國民經(jīng)濟(jì)有很大意義。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，是同步發(fā)電機(jī)最 基本地運(yùn)行方式，研究和掌握它地運(yùn)行性能是有主要意義的。 當(dāng)單臺發(fā)電機(jī)滿足U=const，f=const時，稱為無窮大電網(wǎng)或無窮無窮大電網(wǎng)或無窮 大匯流排大匯流排。 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行與變壓器并聯(lián)運(yùn)行的區(qū)別 變壓器同步發(fā)電機(jī) 初級、次級電壓必須相等，繞 組阻抗決定負(fù)載電流的分配， 負(fù)載電流能與容量成正比 額定電壓、額定頻率相等，并聯(lián)后有 共同的端電壓，空載電勢可不相同， 同步電抗的數(shù)值不能決定負(fù)載電流的 分配 2021-8-2河 海 大 學(xué) 69 一、并聯(lián)運(yùn)行的方法

36、為了投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過程稱為整步過程整步過程，有準(zhǔn)確 整步法和自整步法兩種方法。 1、準(zhǔn)確整步法 把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)，叫 做準(zhǔn)確整步法準(zhǔn)確整步法。 最簡單的同步指示器由三個同步指示燈組成，有直接接法和交 叉接法兩種接法（見圖）。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 70 直接接法的接線和相量圖 V V V 電網(wǎng)f 待投入的 發(fā)電機(jī)，f Q 1 2 3 1 23 ABC A BC n A U A U B U C U C U B U 2021-8-2河 海 大 學(xué) 71 交叉接法的接線和相量圖 V V V 電網(wǎng)f 待投入的 發(fā)電機(jī)，f A 1 2 3 A B

37、C A B C n 1 2 3n A U A U B U B U C U C U 2021-8-2河 海 大 學(xué) 72 2、自整步法 自整步法的原理接線圖如下所示。投入的步驟： 校驗(yàn)發(fā)電機(jī)的相序，把發(fā)電機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速； 勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路； 把發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)，再立即加上直流勵磁； 自動牽入同步。 優(yōu)點(diǎn)：投入迅速，不需增添復(fù)雜的裝置； 缺點(diǎn)：投入時定子電流沖擊稍大。 勵磁 電源 2021-8-2河 海 大 學(xué) 73 功率流程圖（均為每相值） 其中 為機(jī)械功率， 為機(jī)械損耗 為鐵芯損耗， 為附加損耗 為電磁功率 機(jī)械損耗和鐵芯損耗合并考慮為空載損耗。 勵磁回路所消耗的電功率一般由原動機(jī)或

38、其它電源供給，故不包 括在功率流程圖中，由圖可得關(guān)系式： 如這一同步機(jī)為電動機(jī)，則功率流程將倒轉(zhuǎn) 為輸入功率， 為 輸出功率。 取發(fā)電機(jī)輸出功率為正值，電動機(jī)輸入功率為負(fù)值。在發(fā)電機(jī)情 況下， ；在電動機(jī)的情況下， ，故上式同樣適 用于電動機(jī)和發(fā)電機(jī)。 1 P m p Fe p p M P P1 PMP pm pFe pCu1 aCuM rIpPP 2 1 P 1 P M PP M PP 2021-8-2河 海 大 學(xué) 74 一、功率表示式 隱極式同步發(fā)電機(jī)的 等效電路及其向量圖 如右圖所示， 由相量圖得： 再從等效電路可以求得電樞電流為： 如把端電壓 放在參考軸上，則有 0 E I a r

39、s x U s ZI s x I j a r I 0 E U I IEIErIUIP IUUIP aM 00 2 coscos cos s Z UE I 0 00 0 EE UU * 2021-8-2河 海 大 學(xué) 75 同步電抗可以表示為 式中 整理得， 將其帶入 式，便得端點(diǎn)功率 與電磁功率 的表示式各為 如略去 ，則上式簡化為 ) 2 ( ss zZ s a x r tg 1 ) 2 () 2 ( 0 ss z U z E I * P M P sin)sin( 2 0 ss z U z UE P sin)sin( 2 00 ss M z E z UE P sinsin max 0 P x

40、 UE PP s M a r 2021-8-2河 海 大 學(xué) 76 三、轉(zhuǎn)矩特性 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且經(jīng)常保持不變，故轉(zhuǎn)矩和功率成 正比。如略去電樞電阻則得電磁轉(zhuǎn)矩公式為 從功角特性公式可見，同步功率（或同步轉(zhuǎn)矩）隨著功角 而變 化，且有一極限最大值 ，最大功率與額定功率之比稱為過載過載 能力能力用 表示，設(shè)一隱極式同步機(jī)，在額定運(yùn)行時的功角為 則 有 sin 0 s M x UEp P p T max P M k N N M s N s N k x UE P x UE P sin 1 sin 0 max 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 77 二、功角特性 功率 或 隨著 角而變化

41、的關(guān)系稱為功角特性。 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 不穩(wěn)定 隱極同步電機(jī)略去電阻時的功角特性 P M P P 2 2 0 s x UE 0 sinsin max 0 P x UE PP s M 2021-8-2河 海 大 學(xué) 78 一、功率表示式 求凸極式同步電機(jī)的功率表示式時， 把電樞電阻略去不計(jì)，略去電阻后的 相量圖如右圖所示。從圖可得到下列 關(guān)系 因?yàn)殡娮璞宦匀ィ视?經(jīng)過化簡得 （功角特性表示式） cos sin 0 UExI UxI dd qq sincos)cos(cos dqM UIUIUIUIPP 2sin 2 )( sin 2 0 qd qd d M xx xxU x UE PP U I q

42、 x I j qqx I j 0 E ddx I j )( qdd xxI j 2021-8-2河 海 大 學(xué) 79 二、功角特性 對凸極機(jī)來說電磁功率包含兩部分，第一項(xiàng) 稱為基本基本 電磁功率電磁功率;第二項(xiàng)稱為附加電磁功率附加電磁功率（磁阻功率磁阻功率） sin 0 d x UE 2sin 2 )( 2 qd qd xx xxU 2021-8-2河 海 大 學(xué) 80 n凸極機(jī)的最大電磁功率比具有相同 、 、 值的隱極機(jī)略大。 n 越大附加電磁功率在總電磁功率中的比例越小。 n功角為同步機(jī)的重要變量, 值決定同步機(jī)電磁功率大小; n且當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場超前合成磁場時 設(shè)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行； n反之， 時，

43、同步機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行 0 EU d x 0 E 0 0 2021-8-2河 海 大 學(xué) 81 一、有功功率的調(diào)節(jié) 要調(diào)節(jié)與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)的輸出有功功率，只需要調(diào)節(jié) 發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率，這時發(fā)電機(jī)內(nèi)部會自行改變位移角 。 同步發(fā)電機(jī)在 2 0 2 穩(wěn)定 不穩(wěn)定 同步電動機(jī)在 0 2 2 穩(wěn)定 不穩(wěn)定 2021-8-2河 海 大 學(xué) 82 二、靜態(tài)穩(wěn)定的概念 靜態(tài)穩(wěn)定的概念 M P M P M P a b c d e f 0 2 a b c Ma P 同步發(fā)電機(jī)能在瞬時擾動消 除后，繼續(xù)保持原來的平衡運(yùn)行 狀態(tài)，就稱為這時的同步發(fā)電機(jī) 是“靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定”的，否則就是靜 態(tài)不穩(wěn)定。 左圖

44、所示表示了靜態(tài)穩(wěn)定的 概念。從圖可以得出結(jié)論：處于 功角特性曲線上升部分的工作點(diǎn) 都是都是靜態(tài)穩(wěn)定的；下降部分 的工作點(diǎn)都是靜態(tài)不穩(wěn)定。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 83 靜態(tài)穩(wěn)定的條件用數(shù)學(xué)式表示為 用微分表示為 比整步功率 隨 變化關(guān)系 SS P P 2 S P M P max P M P 0 0 M P 0 d dPM d dP M 為比整步功率，用符號 表 示。 對于隱極式同步電機(jī)的比整步功 率為 SS P cos 0 s M SS x UE d dP P 如左圖所示，當(dāng)功角發(fā)生一 個變化 時，如果 愈大，即 數(shù)值愈大，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行就愈 穩(wěn)定。 M P SS P 2021-8-2河

45、 海 大 學(xué) 84 一、無功功率的調(diào)節(jié) 電網(wǎng)的負(fù)載包括有功功率有功功率和無功功率無功功率。同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后， 要向電網(wǎng)供給有功功率有功功率和無功功率無功功率。 以隱極式同步電機(jī)為對象，并忽略電樞電阻， （感性為正） 右圖為不計(jì)電樞電阻時的隱極式電機(jī)相量圖， 由圖可見 將其代入無功功率表達(dá)式得 sincos 0s IxUE ss x U x UE Q 2 0 cos sinUIQ 2021-8-2河 海 大 學(xué) 85 上式即為無功功率的功角特性。當(dāng)激磁不變時， 與 的關(guān)系為余弦 函數(shù)，如右圖所示 若同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率不變， 則 當(dāng) 和 均不變時可得 const x UE P cons

46、tUIP s M sin cos 0 constE constI sin cos 0 Q U d x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 86 下圖是 時調(diào)節(jié)激磁電流的相量圖 由圖易出結(jié)論：當(dāng)發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時，調(diào)節(jié)勵磁電流大小，當(dāng)發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時，調(diào)節(jié)勵磁電流大小， 就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能就可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率，不僅能改變無功功率的大小，而且能 改變無功功率的特性。改變無功功率的特性。 過過 激激電樞電流是滯后電流輸出感性無功功率 欠欠 激激電樞電流是超前電流輸出容性無功功率 constPM m m m m 0 E n n cosI

47、U I s x I j cos s Ix sin 0 E n n U 01 E 02 E 03 E 04 E 1 I 2 I 3 I 4 I s xI j 1 s xI j 2 s xI j 3 s xI j 4 2021-8-2河 海 大 學(xué) 87 二、V形曲線 n曲線 形狀象字母“V”故稱為V形曲線。 n當(dāng)P增加時，曲線向上移。 n當(dāng)調(diào)節(jié)If，使I最小，該點(diǎn)即V形曲線上的最低點(diǎn)，功率因數(shù)為1。 nV形曲線族最低點(diǎn)連線表示 ； 右端為過激區(qū)， 左邊為欠激區(qū)。 注：如要只改變有功功率，在調(diào)節(jié) 原動機(jī)功率輸入的同時要適當(dāng)改變同步 發(fā)電機(jī)的激磁。 1cos ConstPf IfI 2021-8-2

48、河 海 大 學(xué) 88 2021-8-2河 海 大 學(xué) 89 同步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 功率因素高，可調(diào)（主要優(yōu)點(diǎn)） 低速同步電機(jī)體積甚至小于異步機(jī) 過載能力強(qiáng) 兩種分析方法： 仍按發(fā)電機(jī)觀點(diǎn)，只要 大于90度即可 按電動機(jī)觀點(diǎn)，另行分析，另列方程等 發(fā)電機(jī)觀點(diǎn) 2021-8-2河 海 大 學(xué) 90 n(一） 仍按發(fā)電機(jī)觀點(diǎn) 發(fā)出電功率0，即吸收電功率 n1. 隱極電動機(jī) 0:cos0 2 :cos0 2 PUI PUI s ZI s x I j a r I 0 E U I 2021-8-2河 海 大 學(xué) 91 n2.凸極機(jī) 電動機(jī) 發(fā)電機(jī) 2021-8-2河 海 大 學(xué) 92 （二）按電動機(jī)觀點(diǎn) 電勢

49、均為反電勢 （通過變壓器、異步電機(jī)原方方程引出） 隱極電動機(jī)（書235式5-5-1不妥） 平衡方程 相量圖 凸極電動機(jī)： 0 0 0t aa a a a UEEEIr EjIxjIxIr EIrjIx 0 0 adaqa addqq UEEEEIr EIrjI xjI x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 93 n同步電機(jī)不能自起動，必須借助其他方法，現(xiàn)在主要是： n異步起動法 阻尼繞組與異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組類似，又稱起動繞組 把同步電動機(jī)的勵磁繞組經(jīng)過外電阻短接：R=10rf 將同步電動機(jī)定子繞組接通電源,類似異步電機(jī)起動，接近同步速 度 將勵磁繞組與直流勵磁電源接通（牽入同步） n其他起運(yùn)方式

50、n輔助起運(yùn) n孌頻起運(yùn) 2021-8-2河 海 大 學(xué) 94 一、原理、用途 1.功率因數(shù)角0，P=0；Q0 2.功率因數(shù)角180，P=0；Q0 二、特點(diǎn) 容量為過勵時的S 軸小、Xd適當(dāng)大 2021-8-2河 海 大 學(xué) 95 2021-8-2河 海 大 學(xué) 96 同步發(fā)電機(jī)突然短路時,各繞組中會出現(xiàn)很大的沖擊電流,其峰 值可達(dá)額定電流的十倍以上.突然短路的瞬態(tài)過程很短,卻可能帶來 嚴(yán)重的后果。 如左圖所示，合上開關(guān)使繞組1 突然短路，繞組中的電壓方程為 如把電阻 忽略，則上式變成 它的一般解為： ， 設(shè) ，則 d軸 n 1 2 1 i 2 i 0 a 0 dt d ir 0 dt d r

51、const 0t 0 t 2021-8-2河 海 大 學(xué) 97 所以沒有電阻的閉合繞組的磁鏈不會變化，永遠(yuǎn)等于突然短路 瞬間。 結(jié)論：在沒有電阻的閉合回路中，磁鏈將保持不變，這一簡單 關(guān)系稱為磁鏈不變原則磁鏈不變原則。 下面用磁鏈不變原則分析無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時， 在發(fā)電機(jī)出線端點(diǎn)處發(fā)生三相突然短路后電機(jī)各繞組中的磁鏈變化 情況。分析時假設(shè)： 勵磁電流不變； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變； 不計(jì)飽和影響。 2021-8-2河 海 大 學(xué) 98 同步發(fā)電機(jī)空載時， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場將在各定子 繞組中形成磁鏈 ， ， 和 ，如左圖（a）所示， 因?yàn)榇藭r定子繞組開路， 所以定子繞 組中沒有電流， 不產(chǎn)生定

52、子磁場。 左圖(b)為A相磁鏈的 變化情況。 )(a )(b t t A0 B0 C0 A0 fC fB fA 0 0 fA fAA AA0 AAAA fA fB fC 2021-8-2河 海 大 學(xué) 99 一、直軸瞬態(tài)電抗 下圖為沒有阻尼繞組的同步電機(jī)突然短路時（a）穩(wěn)定短路（b） 突然短路初瞬，電樞磁通所經(jīng)過的路徑。 （a） (b) ad s f a N S N S s f a ad d x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 100 穩(wěn)定短路時，定子電流所遇到的磁阻較小，定子電流所遇到的 電抗為數(shù)值較大的同步電抗 。 突然短路時，在短路初瞬，由于磁鏈不變原則，如圖（b）所的， 被擠到轉(zhuǎn)子外側(cè)

53、的漏磁路中去。 變大變大，則此時電樞電流的 電抗變小變小，使突然短路初始瞬間有較大較大的短路電流。這個限制電樞 電流的電抗稱為直軸瞬態(tài)電抗直軸瞬態(tài)電抗，用 表示，可見 。 由于轉(zhuǎn)子繞組有電阻，使突然短路時較大的沖擊電流逐漸減小， 最后短路電流為 所限制。此時，電機(jī)已從突然短路狀態(tài)過渡到穩(wěn) 定短路狀態(tài)。 d x ad ad d x dd xx d x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 101 二、直軸超瞬態(tài)電抗 當(dāng)轉(zhuǎn)子上裝有阻尼繞組時， 電樞磁通路徑如右圖 所示。 此時，磁路的磁阻更大更大了，與之 相應(yīng)的電抗將有更小更小的數(shù)值 ， 稱為直軸超瞬態(tài)電抗直軸超瞬態(tài)電抗。 短路初瞬，定子繞組中的短 路電

54、流將為 所限制，在最初 幾個周波后，定子電流為 所 限制，最后到達(dá)穩(wěn)態(tài)值時，定子 電流為 所限制。 N S a ad 0 ad d x d x d x d x d x 2021-8-2河 海 大 學(xué) 102 三、 和 的表示式 同步發(fā)電機(jī)裝有阻尼繞組時全部 電樞磁通所經(jīng)磁路的總磁導(dǎo)為 由于電抗和磁導(dǎo)成正比，則 d x d x add dfad1 111 1 add xxx dfad xxx x 1 111 1 直軸超瞬態(tài)電抗等效電路圖 x d x ad x f x d x1 2021-8-2河 海 大 學(xué) 103 如轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組或當(dāng)阻尼 繞組中的感應(yīng)電流衰減完畢，磁路的 總磁導(dǎo)為 直軸瞬

55、態(tài)電抗 的表示式為 x ad x f x d x fad d 11 1 d x fad fad fad d xx xx x xx xx 11 1 直軸瞬態(tài)電抗等效電路圖 2021-8-2河 海 大 學(xué) 104 四、交軸瞬態(tài)電抗 及其表示式 如同步發(fā)電機(jī)經(jīng)過負(fù)載阻抗短路，則由短路電流所產(chǎn)生的電樞 磁場不僅有直軸分量，也有交軸分量。在突然短路初始瞬間，沿著 交軸的電抗為 和 。 稱為交軸瞬態(tài)電抗交軸瞬態(tài)電抗， 稱為交軸超瞬態(tài)交軸超瞬態(tài) 電抗電抗。 同步發(fā)電機(jī)在交軸上一般沒有勵磁繞組，所以一般交軸瞬態(tài)電 抗和交軸同步電抗相等，即 q x q x q x q x q x qq xx 2021-8-2河 海 大 學(xué) 105 五、交