第六章同步電機(jī)

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間具有固定不變的關(guān)系：第一節(jié)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)第二節(jié)空載和負(fù)載時同步發(fā)電機(jī)的磁場第三節(jié)隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路第四節(jié)凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖第五節(jié)同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程第六節(jié)同步電機(jī)參數(shù)的測定第七節(jié)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性第八節(jié)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行第九節(jié)同步電動機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)第十節(jié)同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行第十一節(jié)同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路第六章同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析異步電機(jī)和同步電機(jī)的區(qū)別：異步電機(jī)(感應(yīng)電機(jī))的工作原理是通過定子的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子中并不直接產(chǎn)生磁場.因此,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定是小于同步速的(沒有這個差值,即轉(zhuǎn)差率,就沒有轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流),也因此叫做異步電機(jī).

而同步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生),定子旋轉(zhuǎn)磁場"拖著"轉(zhuǎn)子磁場(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動,因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步速,也因此叫做同步電機(jī).作為電動機(jī)時,大部分是用異步機(jī);發(fā)電機(jī)都是同步機(jī)。異步電機(jī)基本原理：(1)當(dāng)三相異步電機(jī)接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉(zhuǎn)磁動勢）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。(2)該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運(yùn)動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。（3）根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時，便向外輸出機(jī)械能。同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和同步電動機(jī)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機(jī)以同步電機(jī)為主。最常用的是磁極式同步發(fā)電機(jī),其定子鐵心的內(nèi)圓均勻散布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按規(guī)律排列的三相對稱繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。同步發(fā)電機(jī)工作原理：◆主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。◆切割運(yùn)動：原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）?！艚蛔冸妱莸漠a(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運(yùn)動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源?！艚蛔冃耘c對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。

第一節(jié)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)隱極式同步電機(jī)凸極式隱極式旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)凸極式同步電機(jī)主要部件由硅鋼片疊成。對稱三相繞組。①定子鐵心：②定子繞組：③機(jī)座和端蓋等。①轉(zhuǎn)子鐵心：由整塊鑄（鍛）鋼制成。②勵磁繞組：工作時施加直流勵磁。③阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組(2)轉(zhuǎn)子(1)定子（電樞）勵磁方式(1)直流勵磁機(jī)勵磁勵磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。(2)靜止整流器勵磁交流勵磁機(jī)→整流→直流電(3)旋轉(zhuǎn)整流器勵磁交流勵磁機(jī)→整流→直流電→勵磁繞組。電刷集電環(huán)勵磁繞組。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由主磁極、磁軛、勵磁繞組、集電環(huán)和轉(zhuǎn)軸組成。定子結(jié)構(gòu)由機(jī)座、鐵心和定子繞組構(gòu)成。1）轉(zhuǎn)子：細(xì)而長的圓柱形，一般由高機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)磁性較好的整塊合金鋼鍛成，和轉(zhuǎn)軸做成一個整體。勵磁繞組是扁銅線繞成的同心式線圈。一般用于高速汽輪發(fā)電機(jī)，以及少數(shù)兩極的高速同步電動機(jī)。1、隱極式同步電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)均為臥式結(jié)構(gòu)。2）定子：由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座、端蓋等組成。定子鐵心一般用0.5mm硅鋼片疊裝而成，軸向每疊厚度3～6cm，疊與疊間為0.8～1cm。2、凸極同步電機(jī)1）臥式同步電機(jī)結(jié)構(gòu)一般用于低速水輪發(fā)電機(jī)，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)。10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子2)阻尼繞組轉(zhuǎn)子磁極阻尼繞組左右視圖在同步電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)中為起動繞組用。在同步發(fā)電機(jī)中，起抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械震蕩的作用。國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心轉(zhuǎn)子主極磁場超前于定子合成磁場，δ>0。1、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)把定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主極磁場之間的夾角稱為功率角δ二、同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)主極主極表征定子合成磁場的等效磁極轉(zhuǎn)子主極磁場與定子合成磁場的軸線重合，δ=0。2、補(bǔ)償機(jī)或空載運(yùn)行補(bǔ)償機(jī)主極主極表征定子合成磁場的等效磁極轉(zhuǎn)子主極磁場滯后于定子合成磁場，δ<0。3、電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動機(jī)主極主極表征定子合成磁場的等效磁極三、同步電機(jī)的勵磁方式（4）勵磁系統(tǒng)應(yīng)能長期可靠地運(yùn)行，維護(hù)要方便，且力求簡單、經(jīng)濟(jì)。（3）當(dāng)同步電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時，應(yīng)能快速滅磁；（2）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障而使電網(wǎng)電壓下降時，勵磁系統(tǒng)應(yīng)能快速強(qiáng)行勵磁；（1）能夠穩(wěn)定地提供同步電機(jī)從空載到滿載以及過載時所需的勵磁電流；勵磁系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求：

供給同步電機(jī)勵磁電流的裝置，稱為勵磁系統(tǒng)。１、直流勵磁機(jī)勵磁帶副勵磁機(jī)的直流勵磁系統(tǒng)主勵磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)副勵磁機(jī)２、靜止整流器勵磁1）他勵：勵磁機(jī)為交流發(fā)電機(jī)，容量可以做大，用于容量較大的汽輪發(fā)電機(jī)中他勵式靜止整流器勵磁系統(tǒng)自勵恒壓器～～～電壓調(diào)整器交流副勵磁機(jī)交流主勵磁機(jī)可控整流器不可控整流器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器2）自勵：系統(tǒng)便于維護(hù)，簡單。用于中小型發(fā)電機(jī)中。自勵式靜止整流器勵磁系統(tǒng)～電壓調(diào)整器可控整流器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器勵磁可靠，適合于防燃防爆的場合，但勵磁回路滅磁時間常數(shù)較大。多用于大、中容量的汽輪發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償機(jī)及在特殊環(huán)境中工作的同步電動機(jī)。３、旋轉(zhuǎn)整流器勵磁旋轉(zhuǎn)式整流器勵磁系統(tǒng)自勵恒壓器～～～電壓調(diào)整器交流副勵磁機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)式交流主勵磁機(jī)可控整流器不可控整流器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器旋轉(zhuǎn)部分四、額定值同步電機(jī)的額定值有（1）額定容量SN（或額定功率PN）：指額定運(yùn)行時電機(jī)的輸出功率。同步發(fā)電機(jī)的額定容量既可以用輸出的視在功率表示，也可以用有功功率表示。同步電動機(jī)的額定功率是指軸上的輸出功率。補(bǔ)償機(jī)則是指輸出的最大無功功率。（2）額定電壓UN：指額定運(yùn)行時定子的線電壓。（3）額定電流IN：指額定運(yùn)行時定子的線電流。（4）額定功率因數(shù)cosψN：指額定運(yùn)行時電機(jī)的功率因數(shù)。（5）額定頻率fN

：指額定運(yùn)行時電樞的頻率。我國標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50Hz。（6）額定轉(zhuǎn)速nN。指額定運(yùn)行時電機(jī)的轉(zhuǎn)速。第二節(jié)空載和負(fù)載時同步發(fā)電機(jī)的磁場一、空載運(yùn)行轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流勵磁電流，電樞繞組開路或電樞電流為零。激磁電動勢E0：主磁極磁場在定子繞組內(nèi)感應(yīng)的電動勢。轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，主磁極在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場，它切割對稱三相定子繞組，在定子繞組中感應(yīng)頻率為f1的一組對稱三相電動勢?？蛰d運(yùn)行,電樞電流為零,電機(jī)內(nèi)只有轉(zhuǎn)子勵磁電流建立的主極磁場.主極磁通分為主磁通和漏磁通,主磁通與定子繞組鉸連,漏磁通只與轉(zhuǎn)子勵磁繞組鉸鏈。主磁路包括氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛。同步電機(jī)的空載磁路改變激磁電流，可得到不同的主極磁通和相應(yīng)的激磁電動勢，從而得到電機(jī)的空載特性：不計高次諧波，每相激磁電動勢有效值：同步電機(jī)空載特性空載特性氣隙線轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，負(fù)載后，電樞流過三相對稱電流，電樞繞組產(chǎn)生電樞磁動勢和電樞磁場，電樞磁動勢基波與轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，結(jié)果，負(fù)載后氣隙內(nèi)磁場由電樞磁動勢和主極磁動勢共同作用產(chǎn)生。電樞反應(yīng)：電樞磁動勢的基波在氣隙中所產(chǎn)生的磁場對主極磁場的影響。電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。同時對主極磁場有去磁或增磁的作用。二、對稱負(fù)載時的電樞反應(yīng)同步電機(jī)的空載磁路電樞反應(yīng)性質(zhì)：（對主極是去磁、增磁、還是交磁）取決于電樞磁動勢和主極磁場在空間的相對位置。電樞磁動勢和主磁場在空間的相對位置就是激磁電動勢和負(fù)載電流之間的相位差加。Ψ0---內(nèi)功率因數(shù)角，激磁電動勢和負(fù)載電流之間的相位差。根據(jù)不同的Ψ0，分情況分析圖A瞬間各相相量如圖B所示:A相鉸鏈磁通為零，感應(yīng)電動勢最大，電流最大。定子電樞反應(yīng)合成磁動勢與A相軸線重合。Fa與Ff均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其他瞬間，F(xiàn)a的軸線恒與轉(zhuǎn)子交軸重合，可見，時，F(xiàn)a是一個交軸磁動勢。B、時間相量圖時間參考軸A、定子繞組內(nèi)電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖A相軸線1、電樞電流與激磁電動勢同相位時交軸電樞磁動勢所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。B、時間相量圖時間參考軸交軸電樞反應(yīng)作用：電樞反應(yīng)磁場Ba與主磁場B0形成一定的空間相角差，從而產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩，主磁場超前于氣隙合成磁場，電機(jī)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)。A、定子繞組內(nèi)電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖A相軸線空間矢量圖和時間相量圖都比較復(fù)雜，尋求用一個較簡單的時空統(tǒng)一矢相量圖來表示相位關(guān)系。B、時間相量圖時間參考軸A、定子繞組內(nèi)電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖A相軸線空間適量圖與時間相量圖的特點：用電角度表示，主磁場B0與電樞磁動勢Fa之間的空間相位關(guān)系，恰好與鉸鏈A相的主磁通與A相電流之間的時間相位關(guān)系相一致，且空間相量與時間相量均以同步旋轉(zhuǎn)。把時間參考軸與A相繞組軸線取為重合，即得時--空統(tǒng)一矢相量圖。C、時-空統(tǒng)一矢量圖B、時間相量圖時間參考軸A、定子繞組內(nèi)電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖A相軸線C、時-空統(tǒng)一矢量圖B、時間相量圖時間參考軸A、定子繞組內(nèi)電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖A相軸線時空統(tǒng)一矢相量圖畫法：三相相量對稱，在統(tǒng)一矢量圖中只畫出A相相量，并省略下標(biāo)A，寫成、、。Ff既代表主極基波磁動勢空間矢量，也表示時間相量的相位；既代表A相電流相量，又表示電樞磁動勢Fa的空間相位。A、電樞電流滯后激磁電動勢時空間矢量圖2、電樞電流與激磁電動勢不同相時A相時間相量圖時間參考軸圖中瞬間，t=0時A相繞組激磁電動勢達(dá)到最大值。但電樞電流滯后于激磁電動勢，則時A相電流達(dá)到最大值，即從圖中瞬間開始，秒后，F(xiàn)a的幅值才與A相繞組軸線重合，而圖中瞬間，電樞磁動勢矢量在距離A相軸線電角度處，即Fa滯后于Ff以電角度。Fa與Ff同向、同速旋轉(zhuǎn)，相對位置保持不變。交軸電樞反應(yīng)作用：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。電樞電流超前激磁電動勢時的時-空統(tǒng)一矢量圖電樞電流滯后激磁電動勢時時-空統(tǒng)一矢量圖Ψ0≠0O時同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)隱極同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的磁場分布交軸直軸電樞電流滯后于激磁電動勢，直軸去磁；電樞電流超前于，則直軸反應(yīng)是增磁的。直軸反應(yīng)將使電樞激磁電動勢發(fā)生變化，影響功率因數(shù)或端電壓。直軸電樞反應(yīng)：第三節(jié)隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路一、不考慮磁飽和時電壓方程、相量圖、等效電路1、不考慮磁飽和時電壓方程電流、磁動勢和電動勢的關(guān)系(不計磁飽和)：負(fù)載時，氣隙磁通為主極磁動勢和電樞磁動勢合成激勵的合成磁通，氣隙磁通在一相繞組中感應(yīng)的電動勢稱為氣隙合成電動勢：定子轉(zhuǎn)子電樞繞組端電壓：隱極同步電機(jī)同步電抗。整理：不計磁飽和電樞反應(yīng)電動勢寫成負(fù)電抗壓降形式（不計定子鐵耗）為電樞反應(yīng)電抗。同步電抗是表征對稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個效應(yīng)的綜合參數(shù)。電樞繞組端電壓：隱極同步發(fā)電機(jī)相量圖2、不考慮磁飽和時相量圖δδ功角δ意義的圖示A：NSFδδNSFfT1nTemn1功角δ意義的圖示B功角δ

是轉(zhuǎn)子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角。隱極發(fā)電機(jī)等效電路～3、不考慮磁飽和時等效電路二、考慮磁飽和時電壓方程相量圖電樞端電壓：1)先求出合成磁動勢，2)利用空載特性曲線求出氣隙磁通和氣隙電動勢。即：由磁動勢確定電動勢空載曲線1、考慮磁飽和時電壓方程氣隙合成電動勢的求解1)電樞反應(yīng)磁動勢為正弦;2)而主極磁動勢以及空載特性曲線中磁動勢為梯形波磁動勢;因此求合成磁動勢時電樞磁動勢需乘以換算系數(shù)換算成梯形波。

——一安匝的基波電樞磁動勢相當(dāng)于多少安匝的梯形波主極磁動勢。氣輪發(fā)電機(jī)主極磁動勢的分布一般汽輪發(fā)電機(jī)：電樞磁動勢乘以換算系數(shù)的原因：2、考慮磁飽和時統(tǒng)一矢相量圖（已知及電機(jī)的參數(shù)）1）先用相量圖求出一相氣隙電動勢由磁動勢確定電動勢空載曲線磁動勢的矢量圖和電動勢的相量圖2）利用空載特性求出合成磁動勢F2、考慮磁飽和時統(tǒng)一矢相量圖（已知及電機(jī)的參數(shù)）3）求出電樞反應(yīng)磁動勢。4）求出勵磁磁動勢空間矢量。5）求出同步發(fā)電機(jī)空載電動勢。由磁動勢確定電動勢空載曲線磁動勢的矢量圖和電動勢的相量圖作電動勢-磁動勢圖時，理論上講，應(yīng)當(dāng)從負(fù)載時電機(jī)的磁化曲線上查出與氣隙電動勢E對應(yīng)的合成磁動勢F。但為簡化計算，習(xí)慣上仍用空載時電機(jī)的磁化曲線(即空載曲線，)來查取F。為彌補(bǔ)由此引起的誤差，通常計算氣隙電動勢E時，通常用波梯電抗Xp來代替定子漏抗Xσ式中，Xp比Xσ略大，Xp=Xσ+XΔ；XΔ是考慮負(fù)載時轉(zhuǎn)子漏磁比空載時增大而作出的修正。考慮飽和的另一種方法時，通過運(yùn)行點將磁化曲線線性化，并找出相應(yīng)的同步電抗飽和值Xs(飽和)，把問題化作線性問題來處理。第四節(jié)凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖一、雙反應(yīng)理論電樞磁動勢分成直軸和交軸凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大。直軸氣隙比磁導(dǎo)大于交軸比磁導(dǎo)。

(磁阻為Rm=l/μ0A，單位面積A＝1，氣隙長度l=δ,比磁導(dǎo)λ＝μ0/δ)根據(jù)磁導(dǎo)表達(dá)式，它與氣隙長度δ成反比。電樞表面不同位置處的氣隙比磁導(dǎo)直軸和交軸電樞反應(yīng)交軸直軸直軸一個相同幅值的磁動勢作用在交軸和直軸時，激勵的磁場波形不相同，直軸磁密幅值大于交軸磁密幅值，且交軸磁密基波幅值與交軸磁密幅值相差較大，直軸磁密基波幅值與直軸磁密幅值相差較小。利用空載特性曲線求取電樞反應(yīng)電動勢時需要對相應(yīng)的磁動勢進(jìn)行波形換算（換算到勵磁磁動勢），交軸換算系數(shù)：直軸換算系數(shù)：若電樞磁動勢在空間任意位置時：1）把電樞磁動勢分解成直軸和交軸兩個分量；2）再用對應(yīng)的直軸磁導(dǎo)和交軸磁導(dǎo)分別算出直軸和交軸電樞反應(yīng)；3）最后再把它們的效果疊加起來。這種考慮到凸極電機(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)來分別處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。二、不計磁飽和時凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖采用發(fā)電機(jī)慣例：凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖電樞電流與激磁電動勢的相位差就是電樞電流與轉(zhuǎn)子交軸的相位差。1、不計磁飽和時凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程：交軸電樞反應(yīng)電抗。：直軸電樞反應(yīng)電抗，不考慮磁飽和：采用發(fā)電機(jī)慣例：：交軸同步電抗，：直軸同步電抗。整理：凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖2、凸極同步發(fā)電機(jī)電動勢相量圖已知發(fā)電機(jī)端電壓、電流、功率因數(shù)角以及電機(jī)參數(shù)電壓方程：電樞電流分解成直軸和交軸兩個分量：1）先確定角。兩邊同減，并設(shè)——虛擬電動勢相量與垂直,與同相位,和同相位.ψ0角的確定3）等效電路2）根據(jù)電壓方程畫出凸極電機(jī)相量圖～電壓方程：凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖三、直軸和交軸同步電抗的意義直軸和交軸同步電抗分別代表著電樞反應(yīng)磁動勢作用在具有不同氣隙寬度的轉(zhuǎn)子交、直軸時在電樞中產(chǎn)生的電樞反應(yīng)電動勢的大小。凸極同步電機(jī)中，直軸和交軸下的氣隙不等，相應(yīng)的代表著交、直軸反應(yīng)的交軸同步電抗和直軸同步電抗不相等。電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)為直軸隱極電機(jī)：凸極電機(jī)：直軸下的氣隙比交軸小N1：繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；：電樞漏磁通所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)；：直軸和交軸電樞反應(yīng)所經(jīng)磁路的等效磁導(dǎo)；：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時直軸和交軸的電樞等效磁導(dǎo)；凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖與同相位例6-1一臺凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸與交軸同步電抗的標(biāo)幺值Xd*=1.0Xq*=0.6Ra*=0U*=1I*=1cosφ=0.8（滯后）求：E*0（不飽和值）解：E0*

=U*cos+Id*xd*

=1×cos19.44+0.8321×1.0=1.755例：6-2，有一臺400kW、6300V（星形聯(lián)結(jié)）、（滯后）的三相凸極同步電機(jī)，若發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行，相值，試求該機(jī)的Xd和Xq（不計磁飽和與電樞電阻）解：已知凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖【例題6-3】

某三相同步發(fā)電機(jī)，已知U1L=11kV，Y形聯(lián)結(jié)，I1=460A，

=0.8（電感性），Xd=16Ω，Xq=8Ω，Ra忽略不計。求Ψ、δ、E0

。解：U1=U1L3==6351V11×1031.732tanΨ=

U1sin

＋XqI1U1cos

6351×0.6＋8×4606351×0.8=

=1.474Ψ=arctan1.474=55.85o

=

arcos0.8=36.87oδ=Ψ－

=55.85o－36.87o=18.98o

E0=U1cosδ

＋XdId=(6351×cos18.98o＋16×460×sin55.85o)=12096.63V第五節(jié)同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程一、功率方程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程：二、轉(zhuǎn)矩方程電樞端點輸出功率：電磁功率：：電磁轉(zhuǎn)矩。

:原動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；:發(fā)電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩；三、電磁功率從凸極電機(jī)相量圖有：對于隱極電機(jī)：凸極電機(jī)相量圖上式表明，要進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，電樞電流中必須要有有功分量。凸極同步電機(jī)相量圖同步電機(jī)氣隙合成磁場A相軸線由于交軸電樞反應(yīng)的存在，氣隙磁場發(fā)生畸變，電樞合成磁場與主極磁場之間出現(xiàn)相角差。在發(fā)電機(jī)中，交軸電樞反應(yīng)使主極磁場超前于電樞合成磁場，主極上受到一個制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩；在旋轉(zhuǎn)過程中，原動機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩而做功，并通過在繞組內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動電動勢和向電網(wǎng)輸出有功功率，使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。凸極電機(jī)忽略電樞電阻壓降,。電樞電流交軸分量越大,交軸電樞反應(yīng)越強(qiáng),功率角越大,輸出功率越大。凸極同步電機(jī)相量圖第六節(jié)同步電機(jī)參數(shù)的測定一、用空載特性和短路特性確定Xd1、空載特性曲線的測定電樞開路（空載），發(fā)電機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速，改變，并記取相應(yīng)的至到

左右，得到空載特性曲線：空載特性氣隙線空載特性曲線注意：在繪制空載特性曲線時，應(yīng)把E0換算成相值。同步電機(jī)的電樞端點三相短路，拖到同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流If，使電樞電流，得到短路特性曲線。2、短路特性曲線的測定一般,短路時磁路不飽和。結(jié)果：短路特性電樞勵磁3、Xd的確定1）不飽和Xd值用空載和短路特性來確定不飽和Xd氣隙線空載特性短路特性Xd飽和值和短路比的確定氣隙線空載特性短路特性2）飽和Xd值主磁路的飽和程度取決于實際運(yùn)行時作用在主磁路上的合成磁動勢，因而取決于相應(yīng)的氣隙電動勢，如果不計漏阻抗壓降，則可近似地認(rèn)為取決于電樞的端電壓。通常就用對應(yīng)于額定電壓時的為飽和值。[例6-3]

有一臺25000KW、10.5KV（星形聯(lián)結(jié)）、cos=0.8(滯后)的汽輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路實驗中得到下列數(shù)據(jù)：在勵磁電流Ifk=280A下，由短路特性查出，短路電流I=1718A；所以同步電抗為試求：同步電抗。從空載特性上查得：線電壓UL=10.5KV時，If0=155A從短路特性上查得：I=IN=1718A時，Ifk=280A；從氣隙線上查得：If=280A時，KV；解用標(biāo)幺值計算時從空載和短路特性可知，If0=155A，Ifk=280A同步電抗的飽和值（標(biāo)幺值）則為：飽和值小于不飽和值二、用轉(zhuǎn)差法測定Xd和Xq1）被試同步電機(jī)用原動機(jī)驅(qū)動到接近同步轉(zhuǎn)速，勵磁繞組開路；2）在定子繞組上施加約為（2～5）％UN的三相對稱低電壓，外施電壓的相序必須使定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致；3）調(diào)節(jié)原動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使被試電機(jī)的轉(zhuǎn)差率小于0.5％，但不被牽入同步，使定子旋轉(zhuǎn)磁場的軸線交替地與轉(zhuǎn)子直軸和交軸相重合；4）采用錄波器錄取試驗中的電機(jī)端電壓和電流波形。1、試驗方法因為沒有勵磁電流，因此E0=0定子電樞磁場同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度不同電樞磁場同轉(zhuǎn)子直軸重合因此定子電流最小，I=Imin電樞電抗最大，Xd電樞磁場同轉(zhuǎn)子直軸重合時：線路壓降最小，端電壓最大，U=Umax電樞磁場同轉(zhuǎn)子交軸重合因此定子電流最大，I=Imax電樞電抗最小，Xq電樞磁場同轉(zhuǎn)子交軸重合時：線路壓降最大，端電壓最小，U=Umin測出的Xd和Xq均是不飽和值。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場與交軸重合時：當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場與直軸重合時：2、Xd和Xq計算轉(zhuǎn)差試驗時的端電壓和定子電流波形ｄ軸ｄ軸ｑ軸第七節(jié)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、外特性同步發(fā)電機(jī)外特性同步發(fā)電機(jī)外特性凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖額定電壓調(diào)整率：額定勵磁電流下的端電壓變化率。對于凸極同步電機(jī)：對于隱極同步電機(jī)：從外特性求電壓調(diào)整率保持不變，相應(yīng)端電壓為，2、調(diào)整特性(1)在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載時，調(diào)整特性是上升的，原因：隨電樞電流的增大，電樞去磁和電樞漏抗壓降增大，為保證端電壓保持為額定值不變，必須提高勵磁電流(2)容性負(fù)載時，調(diào)節(jié)特性有可能下降從調(diào)整特性確定發(fā)電機(jī)的額定勵磁電流:同步發(fā)電機(jī)調(diào)整特性凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖3、效率特性300MW雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)的效率特性空氣冷卻時:大型水輪發(fā)電機(jī):大型氣輪發(fā)電機(jī):。氫氣冷卻時相應(yīng)提高0.8％?？倱p耗確定后：雜散損耗包括：漏磁渦流損耗高次諧波表面損耗基本損耗包括：電樞基本鐵耗電樞基本銅耗勵磁損耗機(jī)械損耗同步電機(jī)的損耗分為基本損耗和雜散損耗。二、用電動勢、磁動勢圖求取額定勵磁電流和電壓調(diào)整率1）求出額定情況下發(fā)電機(jī)的氣隙電動勢。發(fā)電機(jī)空載特性，電樞電阻Ra、波梯電抗XP、額定電流時電樞等效磁動勢以及電機(jī)的額定數(shù)據(jù)（）已知。則測定額定勵磁電流和電壓調(diào)整率的方法：大型電機(jī)，不好帶負(fù)載，因此用考慮飽和時電動勢磁動勢矢相量圖求。用電動勢-磁動勢圖確定同步發(fā)電機(jī)的IfN和△U空載特性2）在空載曲線上查取合成磁動勢F。3）根據(jù)求出勵磁磁動勢FfN4）求額定勵磁電流IfN5）求額定勵磁下的空載電動勢E06）求出電壓調(diào)整率用電動勢-磁動勢圖確定同步發(fā)電機(jī)的IfN和△U空載特性從理論上講，這種用電動勢-磁動勢圖的方法求額定勵磁電流和電壓調(diào)整率僅適應(yīng)于隱極同步發(fā)電機(jī)。對凸極同步發(fā)電機(jī)，若以kadFa代替kaFa，所得結(jié)果誤差很小，因此工程上亦用此法確定凸極同步發(fā)電機(jī)的IfN和u例6-15、有一臺25000kW、10kV（星形聯(lián)結(jié)）、cosψ=0.8（滯后）的汽輪發(fā)電機(jī)，其空載、短路試驗的數(shù)據(jù)如下：已知發(fā)電機(jī)的波梯電抗，基本鐵耗

，定子基本銅耗雜散損耗，機(jī)械損耗

，勵磁繞組電阻，試求發(fā)電機(jī)的額定勵磁電流、電壓調(diào)整率和額定效率。空載曲線短路曲線UL/kV6.210.512.313.4614.1I/A17180.621.051.231.3461.41I*0.952If/A77.5155232310388If/A280解：畫出空載曲線和短路曲線額定氣隙電動勢：隱極電機(jī)空載曲線短路曲線從短路曲線知：對應(yīng)的漏磁磁動勢勵磁電流為18A。漏磁磁動勢：空載曲線上取一點R，使空載曲線短路曲線取，在空載曲線上畫出，查出合成磁動勢F對應(yīng)勵磁電流，從短路特性求得的額定短路電流時電樞等效勵磁磁動勢對應(yīng)的勵磁電流包括主極勵磁電流和漏磁勵磁電流，因此額定電流時電樞等效磁動勢對應(yīng)勵磁電流：空載曲線短路曲線額定效率：電壓調(diào)整率：額定激磁電動勢：額定主極勵磁磁動勢對應(yīng)的額定勵磁電流：空載曲線短路曲線第八節(jié)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行一、同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)的條件和方法調(diào)勵磁調(diào)大小，調(diào)轉(zhuǎn)子瞬時速度調(diào)相位。3）發(fā)電機(jī)激磁電動勢

應(yīng)與電網(wǎng)電壓大小相等，相位相同；2）發(fā)電機(jī)頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同；1）發(fā)電機(jī)相序應(yīng)與電網(wǎng)一致；1、投入并聯(lián)的條件發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時的情況電網(wǎng)～2、投入并聯(lián)的方法a、直接接法（燈光黑暗法）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)的條件后投入電網(wǎng)。整步方法：準(zhǔn)確整步法（準(zhǔn)確同步法）和自整步法（自同步法）2）自整步法（自同步法）b、交叉接法（燈光旋轉(zhuǎn)法）準(zhǔn)確同步法的優(yōu)點：投入瞬間沒有電網(wǎng)和電機(jī)之間的電流沖擊。缺點：同步手續(xù)比較繁雜，不適合快速并網(wǎng)。優(yōu)點：投入迅速，不需要增添復(fù)雜裝置。缺點：投入時定子沖擊電流稍大。直接接法的接線和相量圖a、直接接法（燈光黑暗法）電網(wǎng)待投入的發(fā)電機(jī)三個同步指示燈分別跨接在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的對應(yīng)相之間。若頻率，三個燈將同時亮暗．若頻率，三個燈將不再閃爍．若相序不同，三個燈將輪流暗亮．調(diào)發(fā)電機(jī)相序和轉(zhuǎn)速、電壓、相位到三個燈同時熄滅，且電壓表指示為０時，發(fā)電機(jī)滿足投入并聯(lián)條件。b、交叉接法（燈光旋轉(zhuǎn)法）交叉接法的接線和相量圖電網(wǎng)待投入的發(fā)電機(jī)燈１接在Ａ和Ａ‘之間，燈２接在Ｂ和Ｃ’之間，燈３接在Ｃ和Ｂ‘之間．若頻率，三個同步指示燈交替暗亮，形成燈光旋轉(zhuǎn)．調(diào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓、相位到燈１滅，燈２燈３亮度相同，且電壓表指示為０時，發(fā)電機(jī)滿足投入并聯(lián)條件．優(yōu)點：能看到電機(jī)頻率比電網(wǎng)頻率的高低。2、自整步法（自同步法）3）把發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)，后立即加上直流勵磁。依靠定轉(zhuǎn)子間形成的電磁轉(zhuǎn)矩把轉(zhuǎn)子自動牽入同步。2）按規(guī)定方向把發(fā)電機(jī)拖到接近于同步轉(zhuǎn)速，勵磁繞組經(jīng)限流電阻短接。1）檢驗發(fā)電機(jī)相序自同步法步驟：自整步法的接線示意圖待投入的發(fā)電機(jī)待投入的發(fā)電機(jī)勵磁電源二、與電網(wǎng)并聯(lián)時同步發(fā)電機(jī)的功角特性1、功角特性激磁電動勢和端電壓之間夾角δ叫功率角，當(dāng)E0和U保持不變時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率與功率角之間的關(guān)系為功角特性。通過功角特性可以分析同步電機(jī)接在電網(wǎng)上運(yùn)行時發(fā)出的有功功率、機(jī)組的穩(wěn)定性，還可以說明發(fā)電機(jī)與電動機(jī)之間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化。電磁功率：輸出電功率從而有：而:1）凸極同步電機(jī)不計電樞電阻時凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖同步電機(jī)的功角特性：同步電機(jī)的功角特性電動機(jī)發(fā)電機(jī)同步電機(jī)的功角特性電動機(jī)發(fā)電機(jī)令：得：2）隱極電機(jī)同步電機(jī)的功角特性電動機(jī)發(fā)電機(jī)2、功率角δ的含意凸極同步發(fā)電機(jī)時-空統(tǒng)一矢量圖功率角是時間相量與之間的相角差。激磁電動勢由主磁場感應(yīng)產(chǎn)生;電樞端電壓（電網(wǎng)電壓）可認(rèn)為由電樞合成磁場（包括主磁場、電樞反應(yīng)磁場和電樞漏磁場）感應(yīng)產(chǎn)生；在時-空統(tǒng)一矢量圖中，和分別超前于和以電角度；于是可近似認(rèn)為功率角δ是主極磁場與電樞合成磁場之間的空間相角差。功率角δ的含意發(fā)電機(jī)功率角的近似空間表達(dá)主極主極表征定子合成磁場的等效磁極凸極同步發(fā)電機(jī)時-空統(tǒng)一矢量圖三、有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定開始投入并聯(lián)時：1、有功功率的調(diào)節(jié)（以隱極電機(jī)為例）同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)時有功功率的調(diào)節(jié)～a）b）把容量極大的恒頻恒壓的交流電網(wǎng)叫作無窮大電網(wǎng)。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到無窮大電網(wǎng)后，其頻率和端電壓將受到電網(wǎng)的約束而與電網(wǎng)相一致。增加原動機(jī)輸入功率，轉(zhuǎn)子磁場瞬間加速，轉(zhuǎn)子磁場將超前，從而c）d）可見，要增加發(fā)電機(jī)輸出有功功率，必須增加原動機(jī)的輸出功率，使功率角δ增大，電磁功率和輸出功率相應(yīng)增加；直到時，電磁功率達(dá)到極限值。2、靜態(tài)穩(wěn)定（以隱極電機(jī)為例）

:整步功率系數(shù)。與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定發(fā)電機(jī)運(yùn)行在A點（）能抗干擾，運(yùn)行穩(wěn)定。運(yùn)行在B點（），受擾動影響時運(yùn)行不穩(wěn)定。對于凸極發(fā)電機(jī)：對于隱極發(fā)電機(jī)：3、過載能力發(fā)電機(jī)最大電磁功率與額定功率之比氣輪發(fā)電機(jī)：隱極電機(jī)：從兩個公式看出

發(fā)電機(jī)最大功率和整步系數(shù)正比于，反比于，所以增大勵磁、減小同步電抗可提高功率極限和靜態(tài)穩(wěn)定性。水輪發(fā)電機(jī)：功角特性整步功率系數(shù)四、無功功率的調(diào)節(jié)1、發(fā)電機(jī)在理想狀態(tài)下并聯(lián)合閘到電網(wǎng)。以隱極電機(jī)來說明并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)。忽略電樞電阻和磁飽和的影響。發(fā)電機(jī)處于純無功補(bǔ)償運(yùn)行保持原動機(jī)功率不變:1）正常勵磁時忽略電樞電阻和飽和影響,根據(jù)功率平衡U和Xs為定值:2、發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)載時無功功率的調(diào)節(jié)過做水平線AB，過作垂線CD。以端電壓為水平參考相量作相量圖，相量垂直于。改變勵磁電流大小，激磁電動勢將變化，但相量端點只能落在水平線AB上，相量端點只能落在垂線CD上。3）欠勵磁:2）過勵磁:五、功率因數(shù)變化時發(fā)電機(jī)的輸出能力輸出能力曲線：當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓保持為額定值，輸出的有功功率為P時，允許輸出的最大無功功率Q與有功功率P之間的關(guān)系Q=f（P），就稱為發(fā)電機(jī)的輸出能力曲線。1、輸出能力曲線N點是額定點。在NA段，受電樞繞組溫升限制，電樞電流保持為額定值IN，發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)從cosφN逐步上升到1，從N點到A點，電樞反應(yīng)的去磁作用逐步減少，所需的勵磁電流亦逐步減少，發(fā)電機(jī)輸出能力主要受電樞電流（或者說電樞繞組溫升）的限制。在NB段，由于功率因數(shù)降低，則電樞反應(yīng)的去磁作用增大，為保持瑞電壓為額定電壓，在功率因數(shù)降低時，應(yīng)當(dāng)同時減少電樞電流和輸出的視在功率值。因此從N點到B點，電樞電流逐步減少，發(fā)電機(jī)的輸出能力主要受勵磁電流（或者說勵磁繞組溫升）的限制。勵磁電流保持為IfN，功率因數(shù)從COSφN逐步下降到0。輸出能力曲線對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的調(diào)度人員十分有用，按照此曲線運(yùn)行，一方面能使發(fā)電機(jī)充分發(fā)揮其能力，另一方面又保證了發(fā)電機(jī)的安全、可靠運(yùn)行。2、輸出能力曲線的求取為簡單計，設(shè)發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，且不計電樞電阻和磁飽和的影響。1）先確定額定點：從原點起作直線ON，使ON與橫坐標(biāo)間的夾角等于額定功率因數(shù)角cosφN，ON的長度等于發(fā)電機(jī)的額定容量SN，即可得到N點。2）NA段NA段受制于電樞繞組的溫升；NA段上各運(yùn)行點的電樞電流始終保持為額定電流IN。于是在NA段上，P和Q的關(guān)系為NA段的P－Q曲線是一條以原點0為圓心、ON為半徑的圓弧。3）NB段NB段主要受制于勵磁繞組的溫升；NB上各運(yùn)行點的勵磁電流保持為IfN（不計磁飽和時，就是使激磁電動勢保持為E0N）。從而有上式兩端分別乘以得NB段的P－Q曲線為：以O(shè)’點（坐標(biāo)為）為圓心，為半徑的圓弧。第九節(jié)同步電動機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)一、同步電動機(jī)的電壓方程和相量圖沿用發(fā)電機(jī)慣例時隱極同步電動機(jī)的相量圖1、沿用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電樞電流為正方向2、用電動機(jī)慣例，以輸入電樞電流為正方向1）隱極電機(jī)：發(fā)電機(jī)慣例電動機(jī)慣例電動機(jī)慣例隱極同步電動機(jī)相量圖和等效電路～當(dāng)超前時，取正值，當(dāng)滯后時，取負(fù)值，當(dāng)超前時，取正值，當(dāng)滯后時，取負(fù)值，2）凸極同步電動機(jī)電樞反應(yīng)超前為去磁，滯后為增磁采用電動機(jī)慣例后電動機(jī)慣例凸極同步電動機(jī)的相量圖二、同步電動機(jī)的功角特性、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程輸出轉(zhuǎn)矩

空載轉(zhuǎn)矩

電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方程：從電網(wǎng)輸入電功率：采用電動機(jī)慣例，把滯后的功率角規(guī)定為正值，表示。三、同步電動機(jī)的工作特性3）效率特性2）電樞電流特性1）轉(zhuǎn)矩特性1、工作特性同步電動機(jī)工作特性忽略電樞電阻，電樞電流與輸出功率成正比。4）功率因數(shù)特性5）過載能力曲線3：曲線2：曲線1：不同勵磁時的功率因數(shù)特性超前滯后2、有功功率、端電壓不變電樞電流與勵磁電流關(guān)系電樞電阻和磁飽和忽略不計，調(diào)勵磁前后輸出功率不變,則有：若時勵磁為正常勵磁，則增大勵磁，電樞電流增大且超前，電機(jī)輸入超前的無功功率，發(fā)出滯后的無功功率。減小勵磁，電樞電流增大且滯后，電機(jī)輸入滯后的無功功率。恒功率、變勵磁時隱極同步電動機(jī)的相量圖穩(wěn)定極限：調(diào)節(jié)勵磁電流可調(diào)節(jié)電動機(jī)的無功電流和功率因數(shù)。同步電動機(jī)的V形曲線正常激勵欠勵過勵滯后超前穩(wěn)定極限V形曲線最低點為正常勵磁、的工作點；其右側(cè)為過勵狀態(tài)，功率因數(shù)超前；左側(cè)為欠勵狀態(tài)，功率因數(shù)滯后。3、V形曲線：不同有功功率時電樞電流和勵磁電流的關(guān)系曲線。四、同步電動機(jī)的起動

同步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子上裝有類似異步電動機(jī)籠型繞組的起動繞組。先將同步機(jī)異步起動,待轉(zhuǎn)速到接近同步速時投入勵磁,電機(jī)牽入同步.3、異步起動

選用和同步電機(jī)極數(shù)相同的異步電機(jī)（5％～15％P2N）來拖動同步電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時用自整步法牽入同步。2、輔助電動機(jī)起動1、變頻起動用變頻器從零頻率開始變頻起動,當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步頻率轉(zhuǎn)速時,將電動機(jī)投入工頻網(wǎng)異步起動的過程：3）將勵磁繞組與直流勵磁電源接通，旋轉(zhuǎn)磁場將轉(zhuǎn)子牽入同步。1）用電阻短接轉(zhuǎn)子上勵磁繞組。2）定子繞組接通電源，異步起動轉(zhuǎn)速至。同步電動機(jī)異步起動時的轉(zhuǎn)矩曲線合成轉(zhuǎn)矩異步轉(zhuǎn)矩單軸轉(zhuǎn)矩異步轉(zhuǎn)矩單軸轉(zhuǎn)矩異步起動時，當(dāng)勵磁繞組上流過感應(yīng)電流時，勵磁繞組電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)差率為0.5的單軸轉(zhuǎn)矩。1）勵磁繞組短接電阻大，勵磁繞組電壓高，會損壞絕緣。2）短接電阻小，單軸轉(zhuǎn)矩影響大，造成電機(jī)爬行在0.5ns附近，無法起動到同步速。一般短接電阻為勵磁繞組電阻的5～10倍。五、同步補(bǔ)償機(jī)結(jié)構(gòu)特點：沒有軸伸端，機(jī)械結(jié)構(gòu)要求較低。允許同步電抗稍大，氣隙較小，電機(jī)用銅較少，造價低。轉(zhuǎn)子裝有起動繞組。額定容量：按過勵時所能補(bǔ)償?shù)臒o功功率來確定，容量主要受定、轉(zhuǎn)子溫升的限制。2、同步補(bǔ)償機(jī)的額定容量和結(jié)構(gòu)特點1、原理視為空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，過勵時，補(bǔ)償機(jī)從電網(wǎng)吸收超前無功電流，欠勵時，從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率。用于改善電網(wǎng)功率因數(shù)、不帶任何機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)。在電網(wǎng)受電端裝設(shè)補(bǔ)償機(jī)后電網(wǎng)電流相量圖在電網(wǎng)受電端裝設(shè)補(bǔ)償機(jī)～感補(bǔ)同步發(fā)電機(jī)輸電線例6-28、有一臺同步電動機(jī)接到無窮大電網(wǎng)，電動機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，已知電動機(jī)的同步電抗，定子電流為額定電流時功率角，試求：（1）此時的和；（2）該勵磁下電動機(jī)的過載能力；（3）在此負(fù)載轉(zhuǎn)矩下電動機(jī)能保持同步運(yùn)行的最低；（4）轉(zhuǎn)子失去勵磁時電動機(jī)的最大電磁功率（標(biāo)么值）。1）解：電樞電阻忽略不計電動機(jī)慣例凸極同步電動機(jī)的相量圖激磁電動勢：電樞電流直軸和交軸分量：試探法求得：電壓、電流、功率角均為額定值電動機(jī)慣例凸極同步電動機(jī)的相量圖2）電動機(jī)過載能力：即：3）最小激磁電動勢令4）轉(zhuǎn)子失去勵磁，只有附加轉(zhuǎn)矩第十節(jié)同步發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行一、對稱分量法對三相不對稱電壓進(jìn)行分解（以A相為基準(zhǔn)）：任何一組不對稱的三相電壓或電流，總可分解為正序、負(fù)序和零序三組對稱電壓或電流，分解后的對稱電壓或電流稱為原來不對稱量的對稱分量。電機(jī)為對稱、磁路為線性，若電機(jī)端電壓不對稱，就把不對稱的三相電壓分解為正序、負(fù)序和零序三組電壓，然后應(yīng)用疊加原理，分別求出正序、負(fù)序和零序三組電壓單獨(dú)作用時電機(jī)內(nèi)的各序電流和轉(zhuǎn)矩，再把它們疊加，得到總的電流和轉(zhuǎn)矩，這就是對稱分量法。零序分量：負(fù)序分量：正序分量：二、同步發(fā)電機(jī)的各相序阻抗和等效電路同步發(fā)電機(jī)正序線路示意圖同步發(fā)電機(jī)正序等效電路凸極電機(jī)：隱極電機(jī)：正序阻抗：轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組接通，電樞三相繞組流過對稱的正序電流，同步電機(jī)所表現(xiàn)的阻抗為正序阻抗。1、正序阻抗和正序等效電路電樞磁動勢與交軸重合：電樞磁動勢與直軸重合：正序激磁電動勢：正序電壓方程：2、負(fù)序阻抗和負(fù)序等效電路同步機(jī)負(fù)序電路接線示意圖轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短接，電樞三相繞組流過一組對稱的負(fù)序電流時，同步電機(jī)所表現(xiàn)的阻抗為負(fù)序阻抗。電樞流過對稱負(fù)序電流時，電樞產(chǎn)生反向同步旋轉(zhuǎn)磁場，與轉(zhuǎn)子的相對速度為2ns，相當(dāng)于感應(yīng)電機(jī)s=2的情況。直軸負(fù)序阻抗：1）轉(zhuǎn)子無阻尼繞組勵磁繞組電阻和漏電抗折算值。轉(zhuǎn)子上僅有勵磁繞組時負(fù)序阻抗直軸等效電路直軸瞬態(tài)電抗：當(dāng)時轉(zhuǎn)子上僅有勵磁繞組時負(fù)序阻抗交軸等效電路平均負(fù)序阻抗：交軸負(fù)序電抗：2）轉(zhuǎn)子直軸和交軸有阻尼繞組轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時負(fù)序阻抗直軸等效電路阻尼繞組直軸漏電抗和電阻折算值。直軸負(fù)序阻抗：轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時負(fù)序阻抗交軸等效電路直軸負(fù)序電抗（直軸超瞬態(tài)電抗）：交軸負(fù)序阻抗：阻尼繞組交軸漏電抗和電阻折算值。平均負(fù)序阻抗：平均負(fù)序電抗：交軸負(fù)序電抗（交軸超瞬態(tài)電抗）：同步發(fā)電機(jī)負(fù)序等效電路負(fù)序電壓方程：3）負(fù)序電壓方程和等效電路電樞繞組激磁電動勢為對稱正序，無負(fù)序，因此激磁電動勢負(fù)序分量：3、零序阻抗和零序等效電路電壓方程：繞組為整距：繞組為短距：轉(zhuǎn)子正向同步旋轉(zhuǎn)，勵磁繞組短接，電樞三相繞組流過一組零序電流時，同步電機(jī)所表現(xiàn)的阻抗為零序阻抗。零序電流三相同相位、同大小，空間互差1200，零序基波合成磁動勢為0，所以零序電抗屬于漏電抗，零序電阻為電樞電阻。同步發(fā)電機(jī)零序線路示意圖、等效電路零序等效電路：電壓方程：三、同步發(fā)電機(jī)的單相短路同步發(fā)電機(jī)單相短路有：對稱分量法給出各相序電流：B、C相開路：A相短路：設(shè)同步發(fā)電機(jī)A相對中心點短路，B、C相為空栽，求A相穩(wěn)態(tài)短路電流和B、C相開路電壓。單相短路時正序、負(fù)序、零序電路的連接相序電流：相電流：單相短路時正序、負(fù)序、零序電路的連接激磁電動勢：端電壓分為對稱分量：各相序電壓：各相端電壓為：四、同步發(fā)電機(jī)線間短路設(shè)B、C兩相發(fā)生線間短路，A相為空載，求穩(wěn)態(tài)短路電流和A相開路電壓。B、C相線間短路：A相開路：發(fā)電機(jī)端點約束條件：B、C相線間短路：式中：利用對稱分量法，找出各相序電流：利用對稱分量法，找出各相序電壓：各相序基本方程式：由方程解出：把各相序等效電路聯(lián)系起來線間短路時正序電路和負(fù)序電路的連接實際的各相電壓、電流值：負(fù)序和零序參數(shù)的測定測定方法：在定子的電樞繞組上施加降低了電壓的負(fù)序電源，轉(zhuǎn)子繞組短路并由原動機(jī)拖動以同步速正向旋轉(zhuǎn)．這時測量每相的電樞電壓U、電流I及輸入功率P。1、負(fù)序參數(shù)的測定測定方法：同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由原動機(jī)帶至同步速度，轉(zhuǎn)子繞組短路，電樞繞組上施加降低了電壓的單相電源，量測電源電壓U、電流I及輸入功率P。2、零序阻抗的測定5不對稱運(yùn)行對發(fā)電機(jī)的影響a、負(fù)序電流所產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)磁場，在勵磁繞組、阻尼繞組和汽輪發(fā)電機(jī)的實心轉(zhuǎn)子內(nèi)感生1OOHz的感應(yīng)電流，引起雜散銅耗和鐵耗，使運(yùn)行效率降低、轉(zhuǎn)子過熱，從而影響發(fā)電機(jī)的出力，嚴(yán)重的甚至?xí)斐墒鹿?；b、負(fù)序由流還會引起轉(zhuǎn)矩脈振和定子振動；c、負(fù)序諧波則會引起定子繞組的過電壓現(xiàn)象。因此就發(fā)電機(jī)而言，希望避免不對稱運(yùn)行；但是從保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性來看，則希望發(fā)電機(jī)能忍受較長時間和較大的不對稱負(fù)載。在同步電機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，對負(fù)序電流的容許值通常有明確的規(guī)定，以使發(fā)電機(jī)能夠長期、安全地運(yùn)行。6.11同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路同步發(fā)電機(jī)三相突然短路時：定于繞組中會出現(xiàn)很大的沖擊電流，其峰值可達(dá)額定電流的十倍以上，因而將在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。若果設(shè)計和制造時未加充分考慮，就可能損壞定子繞組的端部，或使轉(zhuǎn)軸發(fā)生有害變形，還可能破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定和正常運(yùn)行。同步電機(jī)突然短路時，定子電流和相應(yīng)的電樞磁場發(fā)生突變，從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)過程。為簡化分析，假設(shè)：（l）在整個瞬態(tài)過程中，轉(zhuǎn)子始終保持為同步轉(zhuǎn)速；（2）不計磁飽和，因而可以利用疊加原理來分析；

（3）突然短路前，發(fā)電機(jī)定空載運(yùn)行。根據(jù)磁通連續(xù)性原理，三相短路電流自由分量幅值將相互制約。1、三相突然短路電流的瞬態(tài)電磁過程三相同步發(fā)電機(jī)三相突然短路后將出現(xiàn)三相短路電流，在短路瞬間，每相短路電流中除周期性分量外還包含非周期衰減自由分量。周期性分量初始值為，穩(wěn)態(tài)值為。設(shè)空載運(yùn)行時勵磁電流為。三相短路時，定子統(tǒng)組內(nèi)將產(chǎn)生一組對稱的三相短路電流，并形成電樞旋轉(zhuǎn)磁動勢和相應(yīng)的電樞反應(yīng)。定子繞組的電抗遠(yuǎn)大于電阻，所以短路時電樞反應(yīng)基本為純直軸的去磁性電樞反應(yīng)。突然短路時，直軸去磁性電樞反應(yīng)將在勵磁繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)磁通不變原理，勵磁繞組磁鏈應(yīng)與進(jìn)入勵磁繞組的直軸去磁性電樞反應(yīng)磁鏈相抵消；或式中；Lff為勵磁繞組的自感；Mfa為定子相繞組與勵磁繞組間互感幅值；短路電流中的周期分量的出現(xiàn)，使勵磁電流增大為；不考慮磁飽和，主磁通和激磁電動勢按同樣倍數(shù)增加，從而引起短路電流周期分量初始幅值大幅度增大。短路電流初始幅值與穩(wěn)態(tài)值的差值稱為短路電流周期分量中的瞬態(tài)分量：短路時勵磁電流瞬時值：：衰減的時間常數(shù)，稱為直軸瞬態(tài)時間常數(shù)。隨著的逐步衰減，定子短路電流中的周期性瞬態(tài)分量將一起衰減。到衰減為零、勵磁電流恢復(fù)到If0時，短路過程就進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路。穩(wěn)態(tài)分量瞬態(tài)分量突然短路時定子電流瞬時值：：定子短路電流周期穩(wěn)態(tài)分量幅值；：定子短路電流周期分量初始幅值；：各相的初相角；對A相，；對B相，；對C相，。瞬態(tài)電樞磁場和瞬態(tài)電抗圖示為突然短路時和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過900后勵磁電流和短路電流周期分量產(chǎn)生的磁場分布圖短路以后，短路電流的周期分量產(chǎn)生兩束去磁的電樞反應(yīng)磁通和一束電樞漏磁通；勵磁繞組中的感應(yīng)電流則使主磁通增加一束，勵磁繞組漏磁通亦增加一束。由于所產(chǎn)生的磁鏈恰好與去磁的電樞反應(yīng)磁鏈相等，所以在短路初瞬，勵磁繞組的磁鏈保持不變；同樣在短路初瞬，A相磁鏈亦保持不變。B相和C相繞組，其磁鏈亦保持不變。把圖6-68中電樞反應(yīng)兩束去磁性磁通中的一束，與主磁通的增量（亦是一束）互相抵消；電樞反應(yīng)磁通中的另外一束，與勵磁繞組漏磁通的增量（亦是一束）加以歸并，可得圖6-69。圖6-69特點：

勵磁繞組中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通，不是用于主磁通的增強(qiáng)，而是用于改變瞬態(tài)時電樞反應(yīng)磁通所經(jīng)過的磁路。即突然短路初瞬主磁通和勵磁繞組的漏磁通均未發(fā)生變化，但由于所產(chǎn)生磁動勢的抵制，瞬態(tài)電樞反映磁通在通過主氣隙以后，將繞道勵磁繞組的漏磁路而閉合。穩(wěn)態(tài)時直軸主氣隙的磁阻為：瞬態(tài)時直軸電樞反應(yīng)磁通的磁阻為：瞬態(tài)電樞反應(yīng)磁導(dǎo)：考慮了與電樞反應(yīng)磁路相并聯(lián)的電樞反應(yīng)漏磁路后，瞬態(tài)電樞反映直軸等效磁導(dǎo)：從而直軸瞬態(tài)電抗：為勵磁繞組