《電機(jī)學(xué)(下)》同步電機(jī)復(fù)習(xí)提綱

《電機(jī)學(xué)（下）》同步電機(jī)復(fù)習(xí)提綱第二十章同步電機(jī)概述同步電機(jī)的定子——稱電樞，電樞鐵心嵌放三相對稱繞組；轉(zhuǎn)子一一稱主磁極，由直流電勵(lì)磁，分為隱極式和凸極式【P193圖20-2】；隱極轉(zhuǎn)子：氣隙均勻，多用于高速電機(jī)，如：汽輪發(fā)電機(jī)，通常極對數(shù)p=1，由于轉(zhuǎn)速高，汽輪發(fā)電機(jī)直徑較小、長度較長；凸極轉(zhuǎn)子：氣隙不均勻，多用于低速電機(jī)，如：水輪發(fā)電機(jī)均采用凸極式，特點(diǎn)是直徑大、長度短；轉(zhuǎn)子除勵(lì)磁繞組外，還常裝有與感應(yīng)電機(jī)籠型繞組相似的閉合繞組，在發(fā)電機(jī)稱為阻尼繞組，在電動(dòng)機(jī)稱為起動(dòng)繞組。2?同步電機(jī)定子三相對稱繞組通進(jìn)三相對稱電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速恒為同步速n，s定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場軸線之間的夾角為轉(zhuǎn)矩角§，通常認(rèn)為?§【P195圖20-6】srsr§——稱為功率角，是轉(zhuǎn)子磁場軸線超前于定、轉(zhuǎn)子合成磁場軸線的夾角；當(dāng)§>0，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子磁極拖著定、轉(zhuǎn)子合成旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ虞敵龅碾姽β省l(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；此時(shí)機(jī)械轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)§<0，相當(dāng)于定、轉(zhuǎn)子合成旋轉(zhuǎn)磁場拖著轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)，定子輸入的電功率轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率——電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、機(jī)械轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)§=0，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子與合成旋轉(zhuǎn)磁場軸線重合，電機(jī)內(nèi)沒有有功功率轉(zhuǎn)換——空載運(yùn)行狀態(tài)；電磁轉(zhuǎn)矩為零。3?同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)有：直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁、交流整流勵(lì)磁、晶閘管自勵(lì)恒壓勵(lì)磁等4?同步電機(jī)的額定值（銘牌數(shù)據(jù)）：U、I——指電樞（定子）線電壓、線電流；NNS——發(fā)電機(jī)的額定容量，指三相視在功率；NP——指額定運(yùn)行時(shí)的輸出三相有功功率，故對發(fā)電機(jī)是電功率、對電動(dòng)機(jī)是機(jī)械功率；N???S二J3uI單位：VA、KVAN NN發(fā)電機(jī)：P=\'3UIcos9 電動(dòng)機(jī)：P=\;3UIcos單位：KWN NN N N NN NN同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電樞電流頻率f、電機(jī)極對數(shù)p存在嚴(yán)格不變的關(guān)系：60fn= @n——稱為同步速，單位：r/mm（轉(zhuǎn)/分鐘）；ps我國電網(wǎng)頻率f-50Hz，故：p=1,nS=3000r/min；p=2，nS=1500r/min；p=3,nS=1000r/min 第二十一章同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理（一）同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行和負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)1?同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行一一勵(lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流/，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極以同步速nS旋轉(zhuǎn)，定子電樞繞fS組開路?？蛰d時(shí)只有I建立的勵(lì)磁磁勢F，產(chǎn)生空載磁通0,以nS速度切割定子三相對稱繞組感生三相空載電勢E&；f f 0 S 02?同步發(fā)電機(jī)接上三相對稱負(fù)載后，電樞三相對稱繞組通過三相對稱電流技，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢，稱為電樞磁勢

F,F的轉(zhuǎn)速也為同步速nS；即F、F均與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向相同，故不會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢。aaSaf3..空載時(shí)氣隙磁場中只有F，負(fù)載時(shí)多了F；fa因此：負(fù)載時(shí)電樞磁勢F對氣隙磁場的影響 稱為電樞反應(yīng)a4.電樞反應(yīng)的性質(zhì)與內(nèi)功率因數(shù)角屮有關(guān)，0定義：屮——電樞電流I&落后于E&的夾角。00直軸（d軸）轉(zhuǎn)子主磁極軸線，即F的軸線；f交軸（q軸）——與直軸正交的軸線；屮=0時(shí)F為交軸磁勢，產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)；0a交軸電樞反應(yīng)的作用：使氣隙磁場發(fā)生畸變，主極磁場超前于氣隙合成磁場，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)，原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋ｅ?00時(shí)F為直軸磁勢，產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)；作用：純?nèi)ゴ拧?a屮=-9Oo時(shí)F為直軸磁勢，產(chǎn)生直軸增磁電樞反應(yīng)；作用：純增磁。0a當(dāng)屮為任意角時(shí)，可把F分解為一個(gè)交軸分量F和一個(gè)直軸分量F，其中F產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)，F(xiàn)產(chǎn)生0aaqadaqad直軸電樞反應(yīng)；因此：900＞屮＞0時(shí)電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸+直軸去磁；00＞屮＞-900時(shí)電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸+直軸增磁；05.時(shí)-空統(tǒng)一相量圖——把時(shí)間相量和空間相量合并在一起【P199圖21-2】時(shí)間相量：EE、I&、（&；空間相量：F、F00fa在時(shí)-空統(tǒng)一相量圖中：F與同相、F與&同相；f0a（二）同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型1.隱極發(fā)電機(jī)電磁關(guān)系：定子1系統(tǒng)TFT於TE=-推aa a a]T卓TE&=—j&CT CT CT轉(zhuǎn)子TFTT轉(zhuǎn)子TFTT[U r e&+E&+/&=采用發(fā)電機(jī)慣例，定子繞組的上述感應(yīng)電勢與定子端電壓平衡（忽略電樞繞組電阻a）： 0a其中：隱極機(jī)電樞反應(yīng)電勢；隱極機(jī)電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)于電樞反應(yīng)的作用；其中：隱極機(jī)電樞反應(yīng)電勢；隱極機(jī)電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)于電樞反應(yīng)的作用；Exb——漏磁通感生的漏電勢；b——定子繞組漏電抗，對應(yīng)于電樞漏磁場的作用；E&0——轉(zhuǎn)子主磁通在定子感生的勵(lì)磁電勢，對應(yīng)于主磁場的作用；電勢方程（注：公式中所有電量均是相值）：E&=U&—E&—E&=U&+jIx+jIx=U&+jI（x+x）=U&+jfx0 ab a b ab sx=x+x其中：sab——隱極同步電機(jī)的同步電抗③相量圖和等效電路如【p202圖21-9】：其中：由于E&是轉(zhuǎn)子磁場感生的；U可看成是定、轉(zhuǎn)子合成磁場感生的，因此少與E之間的夾角就是功率角500【P208圖21-18】；5—功率角（E&超前于U的角度）0屮一一內(nèi)功率因數(shù)角（技落后于巴的角度）；00——功率因數(shù)角（技落后于U的角度）；屮=5+*0凸極發(fā)電機(jī)由于氣隙不均勻，需采用“雙反應(yīng)理論”的分析方法；雙反應(yīng)理論 把電樞電流、電樞磁勢、電樞反應(yīng)電抗、同步電抗都分解為直軸（d軸）和交軸（q軸）分量分別進(jìn)行計(jì)算，再把結(jié)果疊加起來。電磁關(guān)系：定子I系統(tǒng)TITFT■麻TE&=—jIxdadadaddad]TITFT卓TE&=—jIxqaqaqaqqaq]T畛TE&=-jIxb b b轉(zhuǎn)子ITFT卓TEEff00UI R EI+EI+EI+EI=UI定子繞組的上述感應(yīng)電勢與定子端電壓平衡（忽略a）：0adaqb其中：II=II+IIdqII、F、EI、x——分別為直軸電流、直軸電樞磁勢、直軸電樞反應(yīng)電勢、直軸電樞反應(yīng)電抗d ad ad adII、F、EI、x——分別為交軸電流、交軸電樞磁勢、交軸電樞反應(yīng)電勢、交軸電樞反應(yīng)電抗q aq aq aq②凸極發(fā)電機(jī)電勢方程（注：公式中所有電量均是相值）：EI=UI—EI—EI—EI0 adaqb=UI+jIIx+jIIx+jIIxdad qaq b=U+jI(x+x)+jI(x+x)dadO qaqo=U+jlx+jIxdd qqx—x+x其中：d ad O——凸極同步電機(jī)的直軸同步電抗；x—x+xq aq O——凸極同步電機(jī)的交軸同步電抗；x〉x電抗的大小與磁導(dǎo)成正比，由于直軸氣隙比交軸小故磁導(dǎo)比交軸大，所以dqx—x—x隱極機(jī)由于氣隙均勻，相當(dāng)于xd—xq—xs上式變?yōu)椋弘[極機(jī)電勢方程；E&—U&+jI&x +jI&x —U&+ j(I& +I&)x —U&+ jI&x上式變?yōu)椋弘[極機(jī)電勢方程；0 ds qs dqs s可見，隱極機(jī)可看成是凸極機(jī)當(dāng)xd—xq@J時(shí)的特例。凸極機(jī)相量圖如【P205圖21-13、圖21-14】由于d軸就是勵(lì)磁磁通町的方向，E比町落后900,q軸與d軸垂直(正交)，???耳一定在q軸方向;T相量I—I+&，?:大小I—Isin屮、I—Icos屮；dq d 0q 0利用凸極機(jī)相量圖可采用幾何方法求屮、5、E:00由【P205圖21-14】可見：忽略R，過朮的矢端作I的垂線與q軸相交；所組成的直角三角形中，屮角的鄰邊長度為Ucos9、對邊a0Ix+Usin9TOC\o"1-5"\h\z長度為Ix+Usin9；因此：屮—arctan—q 5—屮q 0 Ucos9 0由【P205圖21-13】可見：忽略R，E—Ucos5+1x 其中：I—Isin屮a0 dd d 0；此外由圖21-14可見，凸極機(jī)屮°的對邊與q軸相交所組成的直角三角形，其斜邊并不是Eo而是Eq，與-於+j氣稱為虛擬電動(dòng)勢，與此方程對應(yīng)的等效電路如【P206圖21-15】由圖21-14：EI—EI+jII(x_x)0Qddq由于E、E、j&(x_x)同相，故大小為：E—E+1(x_x)；0Qddq 0Qddq且由該直角三角形可知，忽略R:Ucos9—Ecos屮TOC\o"1-5"\h\za Q 0對于隱極機(jī)：Tx—x，?:E=E；dq Q0書上例題：p206例21-1；例1：一臺凸極同步發(fā)電機(jī)，P—72500kW,U—10.5kV，y接法，cos9—0.8滯后，已知x—1.217QN N N d

丁0.674°，忽略竹。試求額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的屮°、鳥、S及E°線P解：I二I二.N N? NJ3uCOS申72500<3xl0.5x0.8二72500<3xl0.5x0.8二4983(A)l0.5xl03N?二6062(V)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"IX+Usin申 4983x0.674+6062x0.6 *“屮=tgT ―q N? n=tg-1 =55.2700 Ucos? 6062x0.8\o"CurrentDocument"N? NI=Isin屮二4983xsin55.270二4095(A)d N?I二Icos屮二4983xCOS55.270二2838.9(A)q N?\o"CurrentDocument"?/cos?=0.8，.:?=36.870§=屮-?=55.27。-36.87。=18.40N N ； 0N\o"CurrentDocument"E二Ucos§+1x二6062xcosl8.4。+4095xl.217二10735.7（V）0 N? ddE=\3E= x10735.7=18595（V）\o"CurrentDocument"0線 0（三）同步發(fā)電機(jī)功率方程和轉(zhuǎn)矩方程1.功率平衡方程（假設(shè)勵(lì)磁損耗p由另外電源供給）：cuf①機(jī)械方面的功率平衡：P二P+P+P二P+P；1°Fee0e其中：P1——由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率;P——機(jī)械轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷哪遣糠止β?，稱為電磁功率；eP0二叮PFe+（①—空載損耗，它包括機(jī)械損耗P°、鐵耗PFe，有時(shí)還需考慮雜散損耗匕;②電方面的功率平衡：P二P+P；ecua2其中：p二mI2R——定子繞組銅耗；TOC\o"1-5"\h\zcua aP二mUIcos?——發(fā)出的電功率；2常忽略r，貝y：p沁pa e2因此：P~P=mUIcos?=mEIcos屮（隱極機(jī)E=E）e2 Q 0 Q0注：凡功率符號為大寫P,凡損耗符號為小寫P；2.轉(zhuǎn)矩平衡方程把機(jī)械方面的功率平衡方程兩邊除以同步角速度°，可得同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程：T二T+TS 1 0e原動(dòng)機(jī)輸入的驅(qū)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩；p pp p、+pT=—4= 貝 Fe000SS電機(jī)的空載損耗轉(zhuǎn)矩；pp制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩；T=—沁2制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩；e00SS小2兀n …其中：0 -s；單位：rad/s(弧度/秒)；轉(zhuǎn)矩單位：N.m(牛頓.米);S60第二十二章同步發(fā)電機(jī)的特性同步發(fā)電機(jī)在對稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)’n-n=常數(shù)、cos9=常數(shù)。在可測量的If、U、1三個(gè)量中’保持其中一個(gè)不變’另兩者之間的關(guān)系即表示一種特性:1二0不變、U@U0二E0二空載特性;U=0不變、1@Ik二5—短路特性;1豐0為常數(shù)不變、U=f(/) 負(fù)載特性;其中cos9=0的負(fù)載特性稱為零功率因數(shù)負(fù)載特性;I二常數(shù)不變、U二/(I)――外特性；fU=U不變、I=f(I) 調(diào)整特性；Nf此外還有效率特性——耳二f(P)21?空載特性一一E二f(I)與磁化曲線0二f(F)形狀相似：【P209圖22-1】0 f 0 f當(dāng)00較小時(shí)磁路未飽和，空載特性是直線，飽和后成為曲線；直線部分的延長線稱為氣隙線。通常額定相電壓U點(diǎn)設(shè)計(jì)在空載特性的拐彎點(diǎn)；Nph2.短路特性TOC\o"1-5"\h\z短路時(shí)U=0，忽略R發(fā)電機(jī)只剩內(nèi)部同步電抗壓降與E平衡，故&是純感性的，.?.屮二9Oo,a 0 k 0對隱極機(jī)：E=U+j&=j&x0 sks；對凸極機(jī)：由于屮=90。，則I=Icos屮=0I=Isin屮=Iqk ，dk k；E二U+j&x+j&x=j&x0 qqdd kd可見無論隱極、凸極機(jī)：E0-Ik又由于屮二9Oo時(shí)的電樞反應(yīng)是直軸去磁的，即磁通較小電機(jī)不飽和，.??E*I00f因此：I*I——短路特性是一條直線，【P209圖22-2(b)】。kf且由于磁通較小、感應(yīng)電勢較小，故1不大，所以同步發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)態(tài)短路沒有危險(xiǎn)。k利用空載特性和短路特性可求x、x的不飽和值：【P211圖22—6】sd由于短路時(shí)磁路不飽和，空載特性是直線即氣隙線，短路特性也是一條直線；因此，在圖中對應(yīng)同一勵(lì)磁電流I，從空載特性氣隙線上查、從短路特性上查I；TOC\o"1-5"\h\zf O k據(jù)E=jIX及E=jIx可知，E與I的比值就是x、x的不飽和值：O ksO kd Ok sdEX、X = 0s d不飽和值Ik；X、x飽和值的近似求法【P212圖22—7】：sd在空載特性飽和段取U點(diǎn)，對應(yīng)于該點(diǎn)找同一勵(lì)磁電流I下的短路電流I；；Nphf0kU貝y：x、x 沁NPhs d飽和值 I'k短路比k定義——產(chǎn)生空載額定電壓與額定短路電流所需的勵(lì)磁電流之比；c由【P212圖22—7】：I I' I'U 11k—-fO— ———k—X―Nph= XZ= cIIUIX bx*fkN NphN d飽和 d飽和可見：k——cx*d飽和書上P212例22-1零功率因數(shù)負(fù)載特性：由于cos9—0，負(fù)載為純感性，電機(jī)本身的阻抗也是純感性(忽略R)，故屮-9O0，I—0,電樞反應(yīng)為aq直軸去磁；故此時(shí)的同步機(jī)方程：E—U+j&0d在空載特性與零功率因數(shù)負(fù)載特性之間，存在一個(gè)特性三角形AAEF【P210圖22-5】據(jù)上述同步機(jī)方程：在空載特性上???I—0，當(dāng)E—U 時(shí)，勵(lì)磁電流對應(yīng)圖中BC段，即BC段I用于建立0Nph f空載相電壓U；Nph在負(fù)載特性上I豐0?.當(dāng)u—u時(shí)，E—U+j&—U+j&x+j&x，Nph 0 Nph d Nph b ad勵(lì)磁電流對應(yīng)圖中BF段；BF—BC+CA+AF

其中：BC段I仍用于建立空載相電壓U,CA段I用于建立漏電抗壓降Ix=EA,AF段I用于f Nph f b f補(bǔ)償直軸電樞反應(yīng)Ix的去磁作用；adEA比實(shí)際的電樞漏抗略大，稱為坡梯電抗由此可得：x= @x比實(shí)際的電樞漏抗略大，稱為坡梯電抗bIp由于I豐0不變，故特性AAEF的大小不變，當(dāng)三角形的E點(diǎn)在空載特性上移動(dòng)時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)的軌跡就是零功率因數(shù)負(fù)載特性；當(dāng)三角形的水平邊移到與橫坐標(biāo)重合時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)冰點(diǎn)對應(yīng)短路點(diǎn)。7?用轉(zhuǎn)差法求x、x的不飽和值dq原動(dòng)機(jī)把同步機(jī)拖到接近同步速、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組開路、定子加三相對稱低壓（其相序應(yīng)使電樞旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)Ux —minq不飽和 Imax向相同）、示波器錄下電樞電壓UUx —minq不飽和 Imax貝0：x =max；d不飽和 Imin8?外特性:實(shí)驗(yàn)測得各種負(fù)載下的外特性如【P214圖22-10】：令電機(jī)工作在uNphin點(diǎn)，然后減少發(fā)電機(jī)的負(fù)載I，可見：隨著負(fù)載電流I的減少，純阻負(fù)載端電壓U上升；感性負(fù)載U上升得更多；容性負(fù)載則U下降;當(dāng)I減為零時(shí)，U—E。0E-U定義同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率：AU-飛NPhxlOO%Nph9?調(diào)整特性：調(diào)整特性是u—un不變、If—f（I）的曲線；由外特性可知：當(dāng)負(fù)載為純阻或感性時(shí)，隨著I增大U是要下降的，且感性比純阻負(fù)載下降更多；現(xiàn)隨著I增大U要保持不變，則只好加大勵(lì)磁電流，且感性比純阻負(fù)載加大更多；同理,容性負(fù)載隨著I增大U是要上升的,現(xiàn)隨著I增大U要保持不變,則只好減小勵(lì)磁電流；【P214圖22-12】。10.效率特性據(jù)同步發(fā)電機(jī)功率平衡方程：P—P+P+P+P+P+P—工P+P；1QFeAcuacuf2 2其中：總損耗工P—P+P+P+P+PQFeAcuacufPP—工P工P效率耳=P= —=1 =1—111第二十三章（一）同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行1?并聯(lián)條件為了避免投入電網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生沖擊電流以及產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，并聯(lián)時(shí)應(yīng)使【P217圖23-1】中開關(guān)Q兩端的電壓差A(yù)U&為零，即發(fā)電機(jī)E與電網(wǎng)U的瞬時(shí)值必須一直保持相等;0

因此并聯(lián)條件：發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相序、電壓波形、頻率一致；應(yīng)與U&大小相等、相位相同；02.并聯(lián)方法：發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過程，稱為整步過程由于電壓波形設(shè)計(jì)時(shí)已保證，電機(jī)轉(zhuǎn)向和相序已標(biāo)明；故整步過程只需實(shí)現(xiàn)EE與U&大小、相位相同、頻率相等；0準(zhǔn)確整步法：把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件再投入電網(wǎng)燈光熄滅法【P218圖23-3】：合閘條件：三燈全滅；當(dāng)E&與U&大小不等或相位不等時(shí)，三燈等亮；當(dāng)頻率不等時(shí)，三燈同時(shí)出現(xiàn)時(shí)亮?xí)r暗；0燈光旋轉(zhuǎn)法【P219圖23-4】：合閘條件：一燈滅、兩燈等亮；當(dāng)EE與［&大小不等或相位不等時(shí)，三燈均亮但亮度不等；當(dāng)頻率不等時(shí)，燈光旋轉(zhuǎn)；0自整步法：操作簡單，但有一定沖擊電流勵(lì)磁繞組先經(jīng)限流電阻短路，把發(fā)電機(jī)拖到接近同步速，發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)，立即加上直流勵(lì)磁，依靠電磁轉(zhuǎn)矩把轉(zhuǎn)子牽入同步；(二)同步發(fā)電機(jī)的功角特性i?凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性p二fe)e忽略R，凸極機(jī)相量圖如【P220圖23-6】：a其中：*二屮o-5PBP=mUIcos申二mUIcos（屮-其中：*二屮o-5e20=mUIcos屮cos5+mUIsin屮sin500其中：cos（屮-5）—cos=mUIcos屮cos5+mUIsin屮sin50000=mUIcos=mUIcos5+mUIsin5qd其中：Icos屮oIsin屮—I0dUsin5其中：I—qxqE-Ucos5——0Usin5其中：I—qxqE-Ucos5——0d其中：sin5cos5=1sin252TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"=mU cos5+mU—Q sin5xxqd\o"CurrentDocument"UE U21 1=mosin5+m （一一一）sin25\o"CurrentDocument"x2x xdqd—P+P 凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性【P220圖23-7】e1 e2其中：P――基本電磁功率，隨5作正弦變化，與勵(lì)磁電勢E成正比，當(dāng)5—900時(shí)，P達(dá)到最大值；e1 0 e1P――附加電磁功率，隨25作正弦變化；即使電機(jī)沒有勵(lì)磁即E—0，只要凸極效應(yīng)存在即x豐x,e2 0dqP就存在，當(dāng)5—450時(shí)，P達(dá)到最大值；e2 e23?隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性P—f(5)e由于隱極機(jī)x—x—x,故附加分量P—0，只有基本分量P；dqs e2 e1UEP—mosin5 隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性；exd

可見：當(dāng)8=90o時(shí)，隱極機(jī)的電磁功率出現(xiàn)最大值，而凸極機(jī)的最大電磁功率出現(xiàn)在§=45o?9Oo之間。書上P221例23-1（三）有功功率調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)的目的，就是要向電網(wǎng)輸出功率，電機(jī)并聯(lián)到（無窮大）電網(wǎng)上運(yùn)行后，其端電壓和頻率均與電網(wǎng)一致不能變；同步發(fā)電機(jī)有功功率的調(diào)節(jié)增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率P1（如調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的汽門或水輪機(jī)的水門），可使同步發(fā)電機(jī)的功率角8增大，從而輸出的電磁功率PQP增大。e2靜態(tài)穩(wěn)定【P223圖23-11】（以隱極機(jī)為例）:dP①當(dāng)工作點(diǎn)在0<8<9Oo（即de>0范圍），如A點(diǎn)：當(dāng)有擾動(dòng)使輸入功率PT（從而TT）時(shí)，引起功率角8T,由圖23-11可見PT（從而TT）；1 1 e e據(jù)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程：T二T+T；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩均同時(shí)增大，可達(dá)新的平衡；10e故當(dāng)擾動(dòng)消失時(shí)機(jī)組能回到原工作點(diǎn)A；dP當(dāng)工作點(diǎn)在90。<8<180。（即喬<0范圍），如B點(diǎn)：當(dāng)有擾動(dòng)使輸入功率PT （從而TT ）時(shí)T8 T，由圖23-11可見反而PI （從而T I）；1 1 e e使驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，機(jī)組不能達(dá)到平衡；故當(dāng)擾動(dòng)消失時(shí)機(jī)組也不能回到原工作點(diǎn)B,甚至引起失步;dP可見：機(jī)組靜態(tài)穩(wěn)定的條件是P3.過載能力k-emaxpPN對隱極發(fā)電機(jī)：8=900時(shí)達(dá)到P對隱極發(fā)電機(jī)：8=900時(shí)達(dá)到Pemax?k-P..k emaxPNEUm—0—■smEUsin8Nsin8N四）無功功率的調(diào)節(jié)1?在調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，假定輸出的有功功率不變，即匚-P2不變;以隱極機(jī)為例，由于m、U、x均是定值，故：sP-P-mUIcos申不變 2Icos申-常數(shù)Esin8-常數(shù)0Esin8-常數(shù)0-m 0sin8不變 xs2?據(jù)隱極機(jī)相量圖【p224圖妙⑵，當(dāng)調(diào)節(jié)\，E0變化時(shí):為了保持Icos9=常數(shù)，相量I的矢端必須在CD線上移動(dòng)；為了保持Esin5二常數(shù)，相量E的矢端必須在AB線上移動(dòng)；003?設(shè)cos9=1時(shí)的I稱為正常勵(lì)磁，對應(yīng)圖中E、&；f0當(dāng)增大I大于正常勵(lì)磁時(shí)，稱為過勵(lì)，對應(yīng)圖中E、&；f0當(dāng)減少I小于正常勵(lì)磁時(shí)，稱為欠勵(lì)，對應(yīng)圖中E''、&；f0由圖23-12可見：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，可調(diào)節(jié)其無功；正常勵(lì)磁時(shí)，發(fā)電機(jī)不輸出無功；過勵(lì)時(shí)，I&是落后的電流，即發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出落后的無功；欠勵(lì)時(shí)，I&是超前的電流，即發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出超前的無功；4?同步發(fā)電機(jī)的V型曲線：P一定時(shí)I=f（I）曲線ef由圖23-12可見：cos9=1時(shí)，電樞電流I是最小的，無論發(fā)電機(jī)過勵(lì)或欠勵(lì)，I都比正常勵(lì)磁時(shí)要大;因此I=f（I）是一條V型曲線【P224圖23-13】，f其中：最低點(diǎn)對應(yīng)正常勵(lì)磁；每一條V型曲線對應(yīng)不同的P，把各曲線最低點(diǎn)連接起來得到一條cos9=1的曲e線，曲線的右側(cè)為過勵(lì)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)輸出滯后的無功；曲線的左側(cè)為欠勵(lì)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)輸出超前的無功；第二十四章（一）同步電動(dòng)機(jī)的方程1?由于電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于定、轉(zhuǎn)子合成磁場拖著轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)，即U&超前于E0，若采用發(fā)電機(jī)慣例和方程討論電動(dòng)機(jī)，則5<0，P<0，9>9Oo、cos9<0；如【P225圖24-1】：e為應(yīng)用方便，采用電動(dòng)機(jī)慣例：定義功率角5――U超前于E的角度；設(shè)輸入電流為正方向，即以I=-&代入原發(fā)電機(jī)方程；有關(guān)物理量M0M下標(biāo)加M；則隱極機(jī)方程式（忽略R）：U=E+jIx；與之對應(yīng)的相量圖及等效電路如【P225圖24-2】；a0Ms凸極機(jī)方程（忽略R）：U=E+j&X+jIx；相量圖如【P226圖24-3】；a0dMdqMq3?采用電動(dòng)機(jī)慣例后，用幾何方法求電動(dòng)機(jī)屮、\、E的計(jì)算公式與發(fā)電機(jī)相同：TOC\o"1-5"\h\z0M M0Ix+Usin9\o"CurrentDocument"凸極機(jī)：屮=arctanM 5 =屮-9\o"CurrentDocument"0M Ucos9 M 0M MM；E=Ucos5 +1x 其中：I=Isin屮I=Icos屮0 MdMd dMM 0M；qMM 0M

4.功率方程和功角特性：①電方面的功率平衡：P=p+P;1cuae其中：p二mUIcos申 由電網(wǎng)輸入的電功率;1MMP——電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的那部分功率，稱為電磁功率；ep=ml2R――定子繞組銅耗；cuaMa常忽略R，貝y：P沁Pa1e②機(jī)械方面的功率平衡：P二p+p+p+P二p+P；TOC\o"1-5"\h\zeQFeA2 0e其中：p——輸出的機(jī)械功率；2p=p+p+p 空載損耗，它包括了機(jī)械損耗p、鐵耗p和雜散損耗p;0QFeA Q Fe A把機(jī)械方面的功率平衡方程P二p+P兩邊除以同步角速度Q，可得同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程：e 0e Spp其中：pp其中：Te二喬?茁SS驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩；pT二茁——電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；S采用電動(dòng)機(jī)慣例后，功角（矩角）特性方程也與發(fā)電機(jī)相同:隱極電動(dòng)機(jī)：P二mosin6exMsp UET=-^=m甘sin6eQ Qx MsSs凸極電動(dòng)機(jī)：pe凸極電動(dòng)機(jī)：peUE=m——osin6xMd+m （一- ）sin262xxMqdUE=UE=m 0-QxSdsin6+mU（丄-丄）sin26MQ2xx MSqd可見：即使沒有勵(lì)磁即E=0，只要有凸極效應(yīng)存在即x工x，同步電動(dòng)機(jī)就有驅(qū)動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，就能轉(zhuǎn)動(dòng);0dq同步電動(dòng)機(jī)過載能力的定義和計(jì)算公式也與發(fā)電機(jī)一樣。書上P227例24-1（1）注：采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，公式中沒有相數(shù)m（二）同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性同步電動(dòng)機(jī)的工作特性：T、I、耳、COS甲二f（P）曲線，如【P227圖24-4】；eMM2P其中：T二T+T二T+—；T、0不變；???PTtTTtTTe0 2 0 0 0 s 2 2 eS?/P二mUIcos申沁P=p+P；.??PTtP