第五篇同步電機(jī)

1、第第1616章章 同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及、結(jié)構(gòu)及額定值額定值 第第1717章章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論同步發(fā)電機(jī)的基本理論 第第1818章同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行章同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行 第第1919章同步電動(dòng)機(jī)章同步電動(dòng)機(jī) 同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種, ,因其轉(zhuǎn)速恒因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速等于同步速而而得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)（補(bǔ)償機(jī)）。本篇主要分析同步用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)（補(bǔ)償機(jī)）。本篇主要分析同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行原理和運(yùn)行特性，簡(jiǎn)要分析同步電發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行原理和運(yùn)行特性，簡(jiǎn)要分析同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)的

2、運(yùn)行狀態(tài)。動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。第五篇第五篇 同步電機(jī)同步電機(jī)第第2020章章同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行第16章 同步電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及額定值1 1、同、同步電機(jī)的基本步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（以以轉(zhuǎn)場(chǎng)式發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)場(chǎng)式發(fā)電機(jī)為例）例）定子鐵心定子鐵心：硅鋼片疊成。：硅鋼片疊成。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。電樞繞組電樞繞組：三相對(duì)稱繞組：三相對(duì)稱繞組銅線制成銅線制成定子定子( (電樞電樞) )轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成轉(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)不甩出護(hù)環(huán)：保護(hù)勵(lì)磁繞組

3、受離心力時(shí)不甩出勵(lì)磁繞組：銅線制成勵(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)中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵(lì)磁繞組軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子16.116.1同步發(fā)電機(jī)原理簡(jiǎn)述同步發(fā)電機(jī)原理簡(jiǎn)述2 2、 同步電機(jī)同步電機(jī)的基本工作的基本工作原理原理大小大小：01104 44wE.fN k 頻率頻率：60pnf 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)子以以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)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)時(shí)，其磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì) 。 n0E相序

4、相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。波形波形：由：由 可知可知，波，波形取決于形取決于 的空間分布。的空間分布。( x )eBlv ( x )Bppfn3000603 3、同步電機(jī)同步電機(jī)的分類的分類按按運(yùn)行運(yùn)行方式，同步電機(jī)分方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)和和補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(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。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。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。 按按原動(dòng)機(jī)類別原動(dòng)機(jī)類別, ,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和

5、柴油發(fā)電機(jī)等。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 2極，轉(zhuǎn)極，轉(zhuǎn)速為速為30003000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。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)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。、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。16.2 同步發(fā)電機(jī)的型式和結(jié)構(gòu)同步發(fā)電機(jī)的型式和結(jié)構(gòu)1.兩種基本型式 凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對(duì)磁極和集中勵(lì)磁繞出的成對(duì)磁極和集中勵(lì)磁繞組。多極電機(jī)做成凸極結(jié)構(gòu)，組。多極電機(jī)做成凸極結(jié)構(gòu)，工藝較為簡(jiǎn)單，所以凸極電工藝較為簡(jiǎn)單

6、，所以凸極電機(jī)與轉(zhuǎn)速較低的水輪機(jī)相配機(jī)與轉(zhuǎn)速較低的水輪機(jī)相配套。套。u 凸極凸極式轉(zhuǎn)子式轉(zhuǎn)子 隱極式轉(zhuǎn)子上沒(méi)有凸出的磁極。轉(zhuǎn)子本體表面開(kāi)有槽，隱極式轉(zhuǎn)子上沒(méi)有凸出的磁極。轉(zhuǎn)子本體表面開(kāi)有槽，槽中嵌放勵(lì)磁繞組。隱極轉(zhuǎn)子適合于槽中嵌放勵(lì)磁繞組。隱極轉(zhuǎn)子適合于2 2極高速電機(jī)，常與大容極高速電機(jī)，常與大容量高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)量高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)( (線速度可達(dá)線速度可達(dá)170170米米/ /秒秒) )配套。為了減小轉(zhuǎn)子本配套。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機(jī)都做體及轉(zhuǎn)子上各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機(jī)都做成細(xì)長(zhǎng)的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的要求，成細(xì)長(zhǎng)的隱

7、極式圓柱體轉(zhuǎn)子。考慮轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。u 隱極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子2、同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)u汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)（TurbogeneratorTurbogenerator） 定子鐵心定子鐵心：疊片結(jié)構(gòu)，圓形或扇形：疊片結(jié)構(gòu)，圓形或扇形沖片。沖片。 機(jī)座機(jī)座：由鋼板焊接而成：由鋼板焊接而成- -能滿足強(qiáng)能滿足強(qiáng)度度- -剛度剛度- -通風(fēng)通風(fēng)- -散熱的需要。散熱的需要。 定子繞組定子繞組：要有足夠的絕緣強(qiáng)度：要有足夠的絕緣強(qiáng)度( (高高壓壓) )，一般采用，一般采用 B B 級(jí)或級(jí)或 F F 級(jí)絕緣

8、級(jí)絕緣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：采用隱極式。細(xì)長(zhǎng)：采用隱極式。細(xì)長(zhǎng)- -銑槽銑槽- -槽槽型型- -同心式勵(lì)磁繞組同心式勵(lì)磁繞組- -不導(dǎo)磁槽楔。不導(dǎo)磁槽楔。u 汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)u 汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 定子鐵心定子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 引進(jìn)引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子汽輪發(fā)電機(jī)定子國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心2、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)u 水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī) 極數(shù)多極數(shù)多- -直徑大直徑大- -軸向長(zhǎng)度短軸向長(zhǎng)度短- -立式。立式。 定子鐵心定子鐵心由扇形電工

9、鋼片拼疊。有徑向通風(fēng)溝。由扇形電工鋼片拼疊。有徑向通風(fēng)溝。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子采用凸極式，采用凸極式，磁極由厚度為磁極由厚度為1 12mm2mm的鋼片疊成，阻尼繞組的鋼片疊成，阻尼繞組( (啟啟動(dòng)繞組動(dòng)繞組) )抑制短路電流抑制短路電流和減弱電機(jī)振蕩，磁極和減弱電機(jī)振蕩，磁極與與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子軛部采用軛部采用 T T 形或形或鴿尾形連接。鴿尾形連接。 u 水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(1)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)臥式水輪發(fā)電機(jī)u 水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)10000kW10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)世界上最大的水輪發(fā)電機(jī)

10、轉(zhuǎn)子世界上最大的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子向家壩水電站向家壩水電站3、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式簡(jiǎn)介方式簡(jiǎn)介 獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。 目前采用的勵(lì)磁方式分兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。(1)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 ：直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。 (2)靜止整流器勵(lì)磁靜止整流器勵(lì)磁：同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開(kāi)始時(shí)由外部直流電源提供

11、，待電壓建立起來(lái)后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過(guò)靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過(guò)靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。(3)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過(guò)電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過(guò)熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。 主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)

12、經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。3、勵(lì)磁方式簡(jiǎn)介、勵(lì)磁方式簡(jiǎn)介 16.3 16.3 同步電機(jī)額定值同步電機(jī)額定值對(duì)同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：對(duì)同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：3NNNNNNPScosU Icos )(kVUN額定電壓額定運(yùn)行時(shí)加在額定運(yùn)行時(shí)加在三相定子繞組上三相定子繞組上的線電壓。的線電壓。NNPS和額定功率額定容量 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，單位是輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVAKVA或或KWKW。電動(dòng)機(jī)

13、。電動(dòng)機(jī)額定額定功率功率是是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KWKW。補(bǔ)償補(bǔ)償機(jī)用機(jī)用KvarKvar表示。表示。)(AIN額定電流在額定運(yùn)行狀在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子態(tài)下三相定子繞組的線電流繞組的線電流.fNfNNNNUInf額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電流額定轉(zhuǎn)速額定效率額定頻率額定功率因數(shù)Ncos本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的基本原理仍然是電磁感應(yīng)原理。原動(dòng)機(jī)拖的基本原理仍然是電磁感應(yīng)原理。原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，極性相間的轉(zhuǎn)子磁極掠過(guò)分布于定子槽動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，極性相間的轉(zhuǎn)子磁極掠過(guò)分布于定子槽內(nèi)的對(duì)稱三相交流繞組而在

14、其中感應(yīng)出三相對(duì)稱的交變電勢(shì)，該內(nèi)的對(duì)稱三相交流繞組而在其中感應(yīng)出三相對(duì)稱的交變電勢(shì)，該電勢(shì)可以作為電源向電網(wǎng)或者電負(fù)載提供電能，從而將原動(dòng)機(jī)輸電勢(shì)可以作為電源向電網(wǎng)或者電負(fù)載提供電能，從而將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苋氲臋C(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?作為作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的最主要和最普遍的運(yùn)行方式，發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的最主要和最普遍的運(yùn)行方式，由于原動(dòng)機(jī)的要求，汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上有較由于原動(dòng)機(jī)的要求，汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上有較大的差別。汽輪發(fā)電機(jī)常制成兩極隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，機(jī)身細(xì)長(zhǎng)，大的差別。汽輪發(fā)電機(jī)常制成兩極隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，機(jī)身細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，適合于汽輪機(jī)的

15、高速拖動(dòng)；而水輪發(fā)電機(jī)常制成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，適合于汽輪機(jī)的高速拖動(dòng)；而水輪發(fā)電機(jī)常制成多極的凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，機(jī)身扁平，適合于水輪機(jī)的低速拖動(dòng)。多極的凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，機(jī)身扁平，適合于水輪機(jī)的低速拖動(dòng)。 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁的勵(lì)磁系統(tǒng)系統(tǒng)很很復(fù)雜復(fù)雜，本章簡(jiǎn)單介紹了直流勵(lì)磁，本章簡(jiǎn)單介紹了直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁、靜止整流器勵(lì)磁和旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁、靜止整流器勵(lì)磁和旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁3 3種基本種基本的的勵(lì)磁勵(lì)磁系系統(tǒng)。統(tǒng)。第第1717章章 同步發(fā)電機(jī)的基本理論同步發(fā)電機(jī)的基本理論 當(dāng)當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，勵(lì)磁繞組通入勵(lì)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，電樞繞組磁電流，

16、電樞繞組不帶任何負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況，稱為空載運(yùn)行。不帶任何負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況，稱為空載運(yùn)行?？蛰d運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)單獨(dú)建立，分析較為簡(jiǎn)單。磁勢(shì)單獨(dú)建立，分析較為簡(jiǎn)單。 凸極電機(jī)：凸極電機(jī)：氣隙不均、徑向磁密氣隙不均、徑向磁密分布近似于平頂?shù)牟ㄐ?、相鄰磁分布近似于平頂?shù)牟ㄐ?、相鄰磁極中線上磁密為極中線上磁密為0 0、磁密分解出空、磁密分解出空間基波和諧波。偏心氣隙可以使間基波和諧波。偏心氣隙可以使氣隙磁密分布接近正弦。氣隙磁密分布接近正弦。17.1 空載運(yùn)行分析空載運(yùn)行分析一、空載氣隙一、空載氣隙磁場(chǎng)磁場(chǎng) 隱極

17、電機(jī)：隱極電機(jī)：氣隙視為均勻、勵(lì)氣隙視為均勻、勵(lì)磁磁勢(shì)分布為階梯形、齒槽影磁磁勢(shì)分布為階梯形、齒槽影響與磁密波動(dòng)。合理地選擇大響與磁密波動(dòng)。合理地選擇大齒的寬度可以使氣隙磁密分布齒的寬度可以使氣隙磁密分布接近正弦。接近正弦。 感應(yīng)感應(yīng)電勢(shì)的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大電勢(shì)的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關(guān)，在設(shè)計(jì)和制造電機(jī)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧孕【o密相關(guān)，在設(shè)計(jì)和制造電機(jī)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以獲得盡可能接近正弦分布的氣隙磁密，從而得到品質(zhì)較高的獲得盡可能接近正弦分布的氣隙磁密，從而得到品質(zhì)較高的感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)。本書(shū)僅考慮磁通密度和感應(yīng)電勢(shì)的基波分量。本書(shū)僅考慮磁

18、通密度和感應(yīng)電勢(shì)的基波分量。一、空載氣隙一、空載氣隙磁場(chǎng)磁場(chǎng) 二、空載特性二、空載特性fIfF0 f 0E 電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：01104 44wE.fN k 空載特性：空載特性： 同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通入直流同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通入直流電流電流 ，定子繞組開(kāi)路的運(yùn)行稱為，定子繞組開(kāi)路的運(yùn)行稱為空載運(yùn)行空載運(yùn)行。fI空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 大小：大?。?E00Nfnn ,I,Ef ( I) u當(dāng)當(dāng)If較小時(shí)，較小時(shí)，F(xiàn)f較小，磁路不飽和，較小，磁路不飽和，E0=f(If)呈直線（將其延呈直線（將其延長(zhǎng)后的射線稱為長(zhǎng)后的射線稱為氣隙線氣隙線）。）。

19、uIf增大時(shí)，磁路逐漸飽和，磁化曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和段。增大時(shí)，磁路逐漸飽和，磁化曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和段。 u為了合理地利用材料，空載額定電壓為了合理地利用材料，空載額定電壓UN一般設(shè)計(jì)在空載特一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處。性的彎曲處。 u空載特性可以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得到。試驗(yàn)測(cè)定的方法與直空載特性可以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得到。試驗(yàn)測(cè)定的方法與直流發(fā)電機(jī)類似。流發(fā)電機(jī)類似。 u同步電機(jī)的空載特性也常用同步電機(jī)的空載特性也常用標(biāo)么值標(biāo)么值表示，空載電勢(shì)以額定表示，空載電勢(shì)以額定電壓電壓UN為基值，取為基值，取E0=UN時(shí)的勵(lì)磁電流時(shí)的勵(lì)磁電流IfN(稱為額定勵(lì)磁電稱為額定勵(lì)磁電流流)為勵(lì)磁電流的基值。為勵(lì)磁電流的

20、基值。 u用標(biāo)么值表示的空載特性具有典型性用標(biāo)么值表示的空載特性具有典型性，不論電機(jī)容量的大，不論電機(jī)容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。 u空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用：空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用： 判斷電機(jī)設(shè)計(jì)是否合理。判斷電機(jī)設(shè)計(jì)是否合理。 空載特性結(jié)合短路特性空載特性結(jié)合短路特性( (在后面介紹在后面介紹 ) )可以求取同步電機(jī)可以求取同步電機(jī)的的參數(shù)參數(shù)。 發(fā)電廠通過(guò)測(cè)取空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱性以及發(fā)電廠通過(guò)測(cè)取空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。 u空載時(shí)，空載時(shí)，IfFf

21、 (機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì))fE0 u負(fù)載后，負(fù)載后，IaFa (電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì))。 17.2 負(fù)載負(fù)載運(yùn)行和電樞反應(yīng)分析運(yùn)行和電樞反應(yīng)分析uFf/Fa轉(zhuǎn)速均為轉(zhuǎn)速均為n1，轉(zhuǎn)向一致，轉(zhuǎn)向一致，F(xiàn)f+Fa=F(合成磁勢(shì)合成磁勢(shì))。u氣隙磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)B可以看成是由可以看成是由F所所建立。建立。B也是轉(zhuǎn)速為也是轉(zhuǎn)速為n1的旋的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 u負(fù)載后，磁勢(shì)和磁場(chǎng)將發(fā)生負(fù)載后，磁勢(shì)和磁場(chǎng)將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由顯著變化，這一變化主要由電樞磁勢(shì)的出現(xiàn)所致。電樞磁勢(shì)的出現(xiàn)所致。 一一、負(fù)載后磁勢(shì)分析負(fù)載后磁勢(shì)分析 二二、電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) 1I0E勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的區(qū)別勵(lì)磁磁勢(shì)和電

22、樞磁勢(shì)的區(qū)別基波基波波形波形大小大小位置位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向勵(lì)磁磁勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)正弦正弦波波恒定，由恒定，由勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流決定決定由轉(zhuǎn)子位由轉(zhuǎn)子位置決定置決定由原動(dòng)機(jī)的由原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定由原動(dòng)由原動(dòng)機(jī)決定機(jī)決定電樞反電樞反應(yīng)磁動(dòng)應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)勢(shì)正弦正弦波波恒定，由恒定，由電樞電流電樞電流決定決定由電流瞬由電流瞬時(shí)值決定時(shí)值決定由磁極對(duì)數(shù)由磁極對(duì)數(shù)和電流頻率和電流頻率決定決定由電流由電流相序決相序決定定1、 時(shí)的電樞反應(yīng)00 d軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYNSC C軸軸B軸fFaFF090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 和和電樞電流電樞電流

23、同同相位相位. .0EaI090角為之間夾與afFF三三、不同負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)分析不同負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)分析2、 時(shí)的電樞反應(yīng)090 空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 超前電超前電樞電流樞電流 0EaI090電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)090 角為角為之間夾之間夾與與afFF3、 時(shí)時(shí)的電樞反應(yīng)的電樞反應(yīng)090 電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)090 角角為為之之間間夾夾與與afFF空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 滯后滯后電電樞樞電流電流 0EaI0904. . 一般情況下的電樞反應(yīng)一般情況下的電樞反應(yīng)空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) 超前電超前電樞電流樞電流 電角度電角度009000EaI電樞反應(yīng)性質(zhì)：

24、電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸電樞反應(yīng),還有直軸去磁電樞反應(yīng)090 角角為為之之間間夾夾與與afFFdqdqIIIIIsinIIcos -直軸分量直軸分量-交軸分量交軸分量0090成與EId同相位與0EIqaadaqadaaqaFFFFF sinFF cos -直軸分量直軸分量電流產(chǎn)生電流產(chǎn)生的直軸的直軸電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì)-交軸分量交軸分量電流產(chǎn)生電流產(chǎn)生的交軸電樞磁勢(shì)的交軸電樞磁勢(shì)4. 4. 一般情況下的電樞反應(yīng)一般情況下的電樞反應(yīng)一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）：一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）：上升上升下降下降 上升上升下降下降下降下降下降下降不變不變不變不變下降下降R、C增強(qiáng)增強(qiáng)交軸直交軸直軸助磁軸助磁

25、d、q軸R、L削弱削弱交軸直交軸直軸去磁軸去磁d、q軸C增強(qiáng)增強(qiáng)直軸直軸助磁助磁d軸L削弱削弱直軸直軸去磁去磁d軸R波形波形畸變畸變交軸交軸q軸 負(fù)載負(fù)載性質(zhì)性質(zhì)對(duì)電機(jī)的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作記作夾角夾角 位置位置aFafFFaFaqFadFaqadFF adFaqadFF F000900900090000090090)f(nU電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的影響：電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的影響：5.時(shí)時(shí)-空統(tǒng)一相量圖空統(tǒng)一相量圖 空間向量（主要指空間向量（主要指Ff、Fa、F）與時(shí)間相量（主要指）與時(shí)間相量（主要指f、U、E0、Ia）均以同步速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中此關(guān)）均以同步速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中此關(guān)系不變，因此將這

26、些空間向量和時(shí)間相量畫(huà)在一起。系不變，因此將這些空間向量和時(shí)間相量畫(huà)在一起。四、電樞反應(yīng)電抗和同步電抗四、電樞反應(yīng)電抗和同步電抗u其中其中Xd=Xad+X定義定義為為直軸同步電抗直軸同步電抗，Xq=Xaq+X定義定義為為交軸交軸同步電抗同步電抗。u對(duì)于隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于電樞為圓柱體，可以認(rèn)為直軸磁路對(duì)于隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于電樞為圓柱體，可以認(rèn)為直軸磁路和交軸磁路的磁阻相等，則和交軸磁路的磁阻相等，則Xad=Xaq=Xa ： u式中式中Xs=Xa+X定義定義為為隱極電機(jī)的同步電抗隱極電機(jī)的同步電抗。u由定義可知，同步電抗包括兩部分：電樞繞組的漏電抗和電由定義可知，同步電抗包括兩部分：電樞繞組的漏電

27、抗和電樞反應(yīng)電抗，又稱為主電抗和漏電抗。樞反應(yīng)電抗，又稱為主電抗和漏電抗。 Xs、Xa隨著飽和程隨著飽和程度的增加而減??；度的增加而減??；X不不隨飽和程度的變化而改變，隨飽和程度的變化而改變，X比比Xa小小得多得多。一、凸極同步發(fā)電機(jī)的一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)電勢(shì)方程和相量圖方程和相量圖17.3 17.3 同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)方程及相量圖同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)方程及相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)電磁凸極同步發(fā)電機(jī)電磁關(guān)系：關(guān)系：fIfFff0EdIadFadadEqIaqFaqaqEEaI不計(jì)磁路飽和時(shí)有下列不計(jì)磁路飽和時(shí)有下列關(guān)系關(guān)系: :addadaqqaqEjI XEjI XEjIX 由于由于qdIII且令

28、且令dadqaqXXXXXX則電動(dòng)勢(shì)則電動(dòng)勢(shì)平衡方程：平衡方程：UEEEEaqad0qqddIjXIjXUE0u凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖aqqdqdqdIjXUIIjXUIXXjE)()(0qqddIjXIjXUE0aqdqdQIjXUIXXjEE.0.)( 虛擬電勢(shì)：虛擬電勢(shì)：dqdIXXjE)(0aqIjXUaqIjXaqIjXqqddIjXIjXUE0aqIXUBCUABsin,coscossinarctanUIXUqq 在下圖中的三角形在下圖中的三角形ABCABC中：中：二、隱極同步發(fā)電機(jī)的二、隱極同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)方程及相量圖電勢(shì)方程及相量圖1 1、電動(dòng)勢(shì)方程電動(dòng)勢(shì)方程電磁關(guān)系：電磁關(guān)系

29、：fIfF0f0EaaEEIaF不計(jì)磁路飽和時(shí)不計(jì)磁路飽和時(shí)有有：電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)平衡方程：平衡方程：aaEjIXEjIX UEEEa0IjXUEs02 2、隱極同步發(fā)電機(jī)的相量、隱極同步發(fā)電機(jī)的相量圖圖 由相量圖得內(nèi)功率因數(shù)角：由相量圖得內(nèi)功率因數(shù)角：cossinarctanUIXUas思考題 分別分別作出同步發(fā)電機(jī)作出同步發(fā)電機(jī)帶帶阻性阻性、純純感性感性、純?nèi)菪约內(nèi)菪?、阻阻感性感性、阻阻容性容性?fù)載時(shí)負(fù)載時(shí)的的相量相量圖？并說(shuō)明各種情況下圖？并說(shuō)明各種情況下電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)的性的性質(zhì)？質(zhì)？ 相量圖很直觀地顯示了同步電機(jī)各個(gè)相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對(duì)于分析和計(jì)算同步電機(jī)的許多問(wèn)題有較大的幫

30、助作用。一、短路特性一、短路特性u(píng)去磁作用減少了電機(jī)中的磁通，磁路不去磁作用減少了電機(jī)中的磁通，磁路不飽和，飽和，E0=f(If)呈線性。呈線性。由于短路電流由于短路電流Ik=E0/Xs ，所以，所以Ik=f(If)也呈線性，是一條通過(guò)原也呈線性，是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線點(diǎn)的直線。17.4 17.4 同步發(fā)電機(jī)的基本特性及電抗測(cè)定同步發(fā)電機(jī)的基本特性及電抗測(cè)定0 65qdX.X 二、利用短路特性和空載特性求同步電抗二、利用短路特性和空載特性求同步電抗u在在E0=f(If)求得對(duì)應(yīng)于額定求得對(duì)應(yīng)于額定電壓電壓UN的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流IfN，再，再?gòu)膹腎k=f(If)上求得對(duì)應(yīng)于上求得對(duì)應(yīng)于IfN的短

31、路電流的短路電流Ik2，則，則選取某一選取某一If，求得對(duì)應(yīng)的短，求得對(duì)應(yīng)的短路電流路電流Ik1和對(duì)應(yīng)于氣隙線上和對(duì)應(yīng)于氣隙線上的電勢(shì)的電勢(shì)E01，則，則三、零功率因數(shù)負(fù)載特性三、零功率因數(shù)負(fù)載特性 已知已知空載特性空載特性E0(If)和同步和同步電抗電抗Xd(或或Xs)的情況下，就可以的情況下，就可以作出同步電機(jī)的零功率因數(shù)特性作出同步電機(jī)的零功率因數(shù)特性曲線。反過(guò)來(lái)通過(guò)測(cè)取空載特性曲線。反過(guò)來(lái)通過(guò)測(cè)取空載特性和零功率因數(shù)特性就可以求得同和零功率因數(shù)特性就可以求得同步電抗，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理，還步電抗，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理，還可以求得定子漏抗?？梢郧蟮枚ㄗ勇┛?。四、用零功率特性和空載特性求同步電抗

32、和漏四、用零功率特性和空載特性求同步電抗和漏抗抗u定子漏抗：定子漏抗：U=0時(shí)，對(duì)應(yīng)于零功率因數(shù)特性上的勵(lì)磁電流時(shí)，對(duì)應(yīng)于零功率因數(shù)特性上的勵(lì)磁電流If=OC=OB+BC，OB段用來(lái)產(chǎn)生漏抗電勢(shì)段用來(lái)產(chǎn)生漏抗電勢(shì)E=AB=XId。BC段段用來(lái)產(chǎn)生電樞電勢(shì)用來(lái)產(chǎn)生電樞電勢(shì)Ead=XadId，可見(jiàn)，可見(jiàn)ABC的的BC邊代表純?nèi)ゴ胚叴砑內(nèi)ゴ诺碾姌蟹磻?yīng)磁勢(shì)，的電樞反應(yīng)磁勢(shì)，AB邊邊 代表代表定子漏抗。由于定子漏抗。由于BC和和AB 的的長(zhǎng)度均和電樞電流長(zhǎng)度均和電樞電流Id成正比成正比。 所以所以當(dāng)當(dāng)Id一定時(shí)，一定時(shí)，ABC是是固固 定定的，此三角形稱為的，此三角形稱為同步電機(jī)同步電機(jī) 的的特性三角

33、形特性三角形。只要。只要求得求得特性特性 三角形，三角形，我們就可以很方便我們就可以很方便地地 求得求得定子漏抗，即定子漏抗，即四、用零功率特性和空載特性求同步電抗和漏四、用零功率特性和空載特性求同步電抗和漏抗抗u特性特性三角形作法：三角形作法：Id一定時(shí)一定時(shí)，ABC是固定的，在空載特性是固定的，在空載特性曲線上移動(dòng)曲線上移動(dòng)ABC的頂點(diǎn)的頂點(diǎn)A時(shí)，時(shí)，C的軌跡即為零功率因數(shù)特性。的軌跡即為零功率因數(shù)特性。如果我們?cè)谌绻覀冊(cè)诹愎β室驍?shù)特性上零功率因數(shù)特性上向上平移向上平移ABC的頂點(diǎn)的頂點(diǎn)C到額到額定電壓定電壓UN時(shí)時(shí)，得到，得到ABC ， 并且并且OC=OC,OA/OA，由由 此此可得到

34、特性三角形的作法可得到特性三角形的作法： 在額定電壓在額定電壓UN處作一處作一水平線水平線 交零功率因數(shù)曲線于交零功率因數(shù)曲線于C，截，截取取OC=OC ；過(guò)過(guò)O作作OA的平行線交空載的平行線交空載特性曲線于特性曲線于A；過(guò)過(guò)A作作ABOC于于B，則則ABC即即為特性為特性三角形。三角形。五、外特性和電壓調(diào)整率五、外特性和電壓調(diào)整率u對(duì)于對(duì)于 0，電機(jī)，電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 同步電機(jī)的運(yùn)行是可同步電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，既可以用作發(fā)電機(jī)，逆的，既可以用作發(fā)電機(jī)，還可以用作電動(dòng)機(jī)。還可以用作電動(dòng)機(jī)。氣隙磁場(chǎng)的等效磁極氣隙磁場(chǎng)的等效磁極 逐步減少發(fā)電機(jī)的輸逐步減少發(fā)電機(jī)的輸入功

35、率，轉(zhuǎn)子將瞬時(shí)減速，入功率，轉(zhuǎn)子將瞬時(shí)減速，角減小，相應(yīng)的電磁功角減小，相應(yīng)的電磁功率也減少。率也減少。 當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率只能滿足空載損耗時(shí)只能滿足空載損耗時(shí)， =0，發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)處于空載運(yùn)處于空載運(yùn)行行狀態(tài)，不再向電網(wǎng)輸送狀態(tài)，不再向電網(wǎng)輸送電功率。電功率。氣隙磁場(chǎng)的等效磁極氣隙磁場(chǎng)的等效磁極 繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)的輸入功繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，則率，則和和 PM變?yōu)樽優(yōu)樨?fù)值負(fù)值。撤撤掉掉原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收，電機(jī)從電網(wǎng)吸收功率滿足空載損耗，成為空功率滿足空載損耗，成為空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)軸上加上機(jī)械負(fù)載，電機(jī)軸上加上機(jī)械負(fù)載，負(fù)值的負(fù)值的增大增大，由電網(wǎng)

36、向電機(jī)，由電網(wǎng)向電機(jī)輸入的電功率和相應(yīng)的電磁輸入的電功率和相應(yīng)的電磁功率增大，轉(zhuǎn)子磁極軸線落功率增大，轉(zhuǎn)子磁極軸線落后定子合成磁極軸線，轉(zhuǎn)子后定子合成磁極軸線，轉(zhuǎn)子受到驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩作受到驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩作用。用。氣隙磁場(chǎng)的等效磁極氣隙磁場(chǎng)的等效磁極二、同步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)平衡方程和相量圖 按照發(fā)電機(jī)慣例，同步電動(dòng)機(jī)可以看成是一臺(tái)輸出負(fù)的按照發(fā)電機(jī)慣例，同步電動(dòng)機(jī)可以看成是一臺(tái)輸出負(fù)的有功功率的發(fā)電機(jī)，其電動(dòng)勢(shì)方程與發(fā)電機(jī)的方程有功功率的發(fā)電機(jī)，其電動(dòng)勢(shì)方程與發(fā)電機(jī)的方程相同；相同； 按照按照電動(dòng)機(jī)慣例，把輸出負(fù)電流看成是輸入正電流即可，其電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)機(jī)慣例，把輸出負(fù)電流看成是輸入正電流即可，

37、其電動(dòng)勢(shì)方程：方程：隱極機(jī)：隱極機(jī)：凸極機(jī)：凸極機(jī)： 接在電網(wǎng)上的負(fù)載絕大部分都是感性負(fù)載接在電網(wǎng)上的負(fù)載絕大部分都是感性負(fù)載(如異步電機(jī)、電如異步電機(jī)、電抗器等抗器等)，都需要從電網(wǎng)吸收大量滯后性電流，使得電網(wǎng)及其輸，都需要從電網(wǎng)吸收大量滯后性電流，使得電網(wǎng)及其輸電線路可供給的有功功率減小、損耗增加、壓降增大。電線路可供給的有功功率減小、損耗增加、壓降增大。 u發(fā)電廠要求用戶的功率因數(shù)限制在一定的數(shù)值以內(nèi)，以使電發(fā)電廠要求用戶的功率因數(shù)限制在一定的數(shù)值以內(nèi)，以使電網(wǎng)能得到合理、經(jīng)濟(jì)地利用。那么用戶怎樣提高功率因數(shù)呢？網(wǎng)能得到合理、經(jīng)濟(jì)地利用。那么用戶怎樣提高功率因數(shù)呢？ u方法有二：方法有二

38、：(1)是在線路上并聯(lián)電容器來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)的落后性功是在線路上并聯(lián)電容器來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)的落后性功率因數(shù)；率因數(shù)；(2)是用同步電動(dòng)機(jī)代替部分異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橥绞怯猛诫妱?dòng)機(jī)代替部分異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)能吸收超前性電流，即作為容性負(fù)載來(lái)改善電網(wǎng)的功電動(dòng)機(jī)能吸收超前性電流，即作為容性負(fù)載來(lái)改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。率因數(shù)。 u與發(fā)電機(jī)類似，同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以通過(guò)改變勵(lì)磁電與發(fā)電機(jī)類似，同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)。如果增大勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于過(guò)勵(lì)狀態(tài)，流的大小來(lái)調(diào)節(jié)。如果增大勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于過(guò)勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)磁磁勢(shì)則勵(lì)磁磁勢(shì)Ff增大，而合成磁勢(shì)增大，而合成磁勢(shì)F的大小是不變

39、的。的大小是不變的。 三、同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)u按照磁勢(shì)平衡原理，電網(wǎng)將輸出給電動(dòng)機(jī)一超前電流按照磁勢(shì)平衡原理，電網(wǎng)將輸出給電動(dòng)機(jī)一超前電流Ia，該，該電流在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部將產(chǎn)生去磁性的電樞反應(yīng)，使得磁勢(shì)得電流在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部將產(chǎn)生去磁性的電樞反應(yīng)，使得磁勢(shì)得到平衡。電網(wǎng)輸出給電動(dòng)機(jī)超前電流相當(dāng)于電網(wǎng)從電動(dòng)機(jī)到平衡。電網(wǎng)輸出給電動(dòng)機(jī)超前電流相當(dāng)于電網(wǎng)從電動(dòng)機(jī)處吸取了滯后電流，正好滿足了附近電感性負(fù)載的需要，處吸取了滯后電流，正好滿足了附近電感性負(fù)載的需要，使得電網(wǎng)的功率因數(shù)得到補(bǔ)償。使得電網(wǎng)的功率因數(shù)得到補(bǔ)償。 u如果減小勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)磁磁勢(shì)如果減小勵(lì)磁電流使電動(dòng)機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，則勵(lì)

40、磁磁勢(shì)Ff也也減小，電網(wǎng)必須輸出給電動(dòng)機(jī)一滯后電流來(lái)產(chǎn)生增磁電樞減小，電網(wǎng)必須輸出給電動(dòng)機(jī)一滯后電流來(lái)產(chǎn)生增磁電樞反應(yīng)，以保持合成磁勢(shì)反應(yīng)，以保持合成磁勢(shì)F不變。這種情況和異步電機(jī)的情況不變。這種情況和異步電機(jī)的情況類似，所以同步電動(dòng)機(jī)一般不采用欠勵(lì)運(yùn)行。類似，所以同步電動(dòng)機(jī)一般不采用欠勵(lì)運(yùn)行。 u如果保持機(jī)械負(fù)載不變（相當(dāng)于有功功率不變），調(diào)節(jié)勵(lì)如果保持機(jī)械負(fù)載不變（相當(dāng)于有功功率不變），調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流磁電流If，對(duì)應(yīng)的電樞電流，對(duì)應(yīng)的電樞電流Ia隨之而變，和發(fā)電機(jī)一樣可畫(huà)隨之而變，和發(fā)電機(jī)一樣可畫(huà)出同步電動(dòng)機(jī)的出同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線。形曲線。 同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線 與同步發(fā)電機(jī)相似與同步發(fā)電

41、機(jī)相似, ,當(dāng)當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的輸入有功功率恒同步電動(dòng)機(jī)的輸入有功功率恒定而調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)定而調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí), ,也有三也有三種勵(lì)磁種勵(lì)磁狀態(tài)狀態(tài)：“正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁”時(shí)時(shí), ,電動(dòng)機(jī)沒(méi)有無(wú)功功率輸出；電動(dòng)機(jī)沒(méi)有無(wú)功功率輸出；“過(guò)勵(lì)過(guò)勵(lì)”時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收容性無(wú)功（或發(fā)出感性無(wú)功容性無(wú)功（或發(fā)出感性無(wú)功）；）；“欠勵(lì)欠勵(lì)”時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功（或發(fā)出容性無(wú)功感性無(wú)功（或發(fā)出容性無(wú)功）。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率和功率因數(shù)無(wú)功功率和功率因數(shù), ,這是這是同步電動(dòng)機(jī)主要的優(yōu)點(diǎn)。同步電動(dòng)機(jī)主要的優(yōu)點(diǎn)。 利用這一優(yōu)點(diǎn)

42、，可以設(shè)計(jì)制造專門(mén)用作改變電網(wǎng)功率因數(shù)的利用這一優(yōu)點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)制造專門(mén)用作改變電網(wǎng)功率因數(shù)的電動(dòng)機(jī)，不帶任何機(jī)械負(fù)載，這種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)電動(dòng)機(jī)，不帶任何機(jī)械負(fù)載，這種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)稱為機(jī)稱為同步補(bǔ)償機(jī)或調(diào)相機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)或調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)是在過(guò)勵(lì)情況下空同步調(diào)相機(jī)是在過(guò)勵(lì)情況下空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。 同步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)性能較差，結(jié)構(gòu)上較異步電動(dòng)機(jī)復(fù)同步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)性能較差，結(jié)構(gòu)上較異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，還要有直流電源來(lái)勵(lì)磁，成本高，維護(hù)復(fù)雜，所以一般雜，還要有直流電源來(lái)勵(lì)磁，成本高，維護(hù)復(fù)雜，所以一般在小容量設(shè)備中還是采用異步電動(dòng)機(jī)。中大容量設(shè)備中，尤

43、在小容量設(shè)備中還是采用異步電動(dòng)機(jī)。中大容量設(shè)備中，尤其是在低速、恒速的拖動(dòng)設(shè)備中，應(yīng)優(yōu)先選擇同步電動(dòng)機(jī)，其是在低速、恒速的拖動(dòng)設(shè)備中，應(yīng)優(yōu)先選擇同步電動(dòng)機(jī)，如壓縮機(jī)、離心泵、球磨機(jī)、粉碎機(jī)、通風(fēng)機(jī)等。如壓縮機(jī)、離心泵、球磨機(jī)、粉碎機(jī)、通風(fēng)機(jī)等。 由于同步電動(dòng)機(jī)的平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，所不能自行由于同步電動(dòng)機(jī)的平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，所不能自行起起動(dòng)。動(dòng)。 常用的起動(dòng)方法有：輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法、變頻起動(dòng)法和常用的起動(dòng)方法有：輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法、變頻起動(dòng)法和異步起動(dòng)法。其中異步起動(dòng)法。其中異步起動(dòng)法異步起動(dòng)法應(yīng)用最廣泛。應(yīng)用最廣泛。四、同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)同步發(fā)電機(jī)突然短路分析同步發(fā)電機(jī)突然短路分析一、分析的基本方

44、法超導(dǎo)閉合回路磁鏈不變?cè)瓌t 由電路定律知，任何一個(gè)鏈著磁通的自行閉合的線圈，都可由電路定律知，任何一個(gè)鏈著磁通的自行閉合的線圈，都可以寫(xiě)出下面的方程式：以寫(xiě)出下面的方程式： 實(shí)際閉合回路由于有電阻，磁鏈會(huì)變化。但最初瞬間仍然遵實(shí)際閉合回路由于有電阻，磁鏈會(huì)變化。但最初瞬間仍然遵循該原則。分析突然短路的方法是先由磁鏈不變?cè)瓌t求出突然短循該原則。分析突然短路的方法是先由磁鏈不變?cè)瓌t求出突然短路瞬間電流，然后將電阻考慮進(jìn)去。在繞組電阻的作用下，瞬變路瞬間電流，然后將電阻考慮進(jìn)去。在繞組電阻的作用下，瞬變時(shí)出現(xiàn)的電流最終將衰減為穩(wěn)態(tài)短路電流。時(shí)出現(xiàn)的電流最終將衰減為穩(wěn)態(tài)短路電流。二、三相突然短路的物理過(guò)程分析 假設(shè)：假設(shè)： （1）突然短路前發(fā)電機(jī)為空載運(yùn)行；）突然短路前發(fā)電機(jī)為空載運(yùn)行； （2）短路發(fā)生在機(jī)端，而且是三相同時(shí)短路；）短路發(fā)生在機(jī)端，而且是三相同時(shí)短路； （3）由于突然短路時(shí)的電磁瞬態(tài)過(guò)程要遠(yuǎn)快于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的瞬）由于突然短路時(shí)的電磁瞬態(tài)過(guò)程要遠(yuǎn)快于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的瞬態(tài)過(guò)程，因此認(rèn)為突然短路瞬態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒為同步轉(zhuǎn)速；態(tài)過(guò)程，因此認(rèn)為突然短路瞬態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速