第六章 同步電機

第六章同步電機§6.1概述一、基本工作原理基本工作原理：導體切割磁力線，在導體中產(chǎn)生感應電動勢；感應電動勢的波形：∵e=BLV，∴由B的波形決定；三相電動勢的大小和相序：①大?。?；

§6.1

概述一、基本工作原理3.三相電動勢的大小和相序：②相序：由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向決定；感應電動勢的頻率：

§6.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式1.①

轉(zhuǎn)極式；②轉(zhuǎn)樞式。轉(zhuǎn)樞式只用于小型電機，一般容量稍大的同步發(fā)電機均采用轉(zhuǎn)極式。

§6.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.轉(zhuǎn)極式的同步發(fā)電機有兩種型式：①隱極式——適于高速旋轉(zhuǎn)，多用于汽輪發(fā)電機；②凸極式——適于低、中速旋轉(zhuǎn)，常用于水輪發(fā)電機。

§6.1概述二、結(jié)構(gòu)型式2.1隱極式同步發(fā)電機：

轉(zhuǎn)速高，極數(shù)少，l/D大（約為2.5~6.5）。例：100MW，l=5.4m，D=1.1m。定子：鐵心——構(gòu)成磁路的一部分，用硅鋼片疊成；

§6.1概述二、結(jié)構(gòu)型式2.1隱極式同步發(fā)電機：

定子：電樞繞組——構(gòu)成電路的一部分，向外提供三相對稱電壓；多采用雙層短距疊繞；導體由多根并聯(lián)而成，并進行換位以減少損耗；機座——起支撐作用

§6.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.1隱極式同步發(fā)電機：轉(zhuǎn)子：鐵心——構(gòu)成磁路的一部分，多用整鋼鍛成，以滿足導磁性能好，機械強度高的要求；勵磁繞組——構(gòu)成電路的一部分，采用同心式結(jié)構(gòu)，通以直流電建立磁場；滑環(huán)——用來與直流電源相連

§6.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.1隱極式同步發(fā)電機：端蓋和軸承：端蓋——構(gòu)成內(nèi)通風系統(tǒng)；軸承——起支撐作用，多用滑動軸承，用油膜潤滑，并配有油循環(huán)系統(tǒng)?！?.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.2凸極式同步發(fā)電機：臥式：同步電動機，調(diào)相機，由內(nèi)燃機拖動的發(fā)電機，小型的水發(fā)；立式：水發(fā)，低速，容量大?！?.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.2凸極式同步發(fā)電機：

①相對于隱極機的特點：定子——極數(shù)多，往往采用分數(shù)槽繞組，以減小諧波電動勢和諧波磁動勢；

轉(zhuǎn)子——裝有阻尼繞組，轉(zhuǎn)子振蕩時起阻尼作用，對電動機還起啟動繞組作用?！?.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.2凸極式同步發(fā)電機：

①相對于隱極機的特點：

l/D＜1/10——為防止機組甩負荷時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高過快，要求水輪機組有較大的飛輪矩GD2?！?.1

概述二、結(jié)構(gòu)型式2.2凸極式同步發(fā)電機：

②立式結(jié)構(gòu)的特點：懸式機組——運行穩(wěn)定，適于高水頭電站，但廠房高，投資大；傘式機組——廠房低，投資省，適于低速的電站；還有半傘式結(jié)構(gòu)的?！?.1

概述三、同步電機的勵磁直流發(fā)電機勵磁系統(tǒng)——有換向火花問題，維護較麻煩；靜止式交流整流勵磁系統(tǒng)——雖解決了直流勵磁機固有的換向火花問題，但仍有觸點；旋轉(zhuǎn)式交流整流勵磁系統(tǒng)——形成無刷勵磁系統(tǒng)，就解決了上述有觸點問題?！?.1

概述四、冷卻方式空氣冷卻——內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風系統(tǒng)，適于＜50MW的汽發(fā)，為安全空氣系統(tǒng)是封閉的；氫氣冷卻——優(yōu)于空冷，并作成導體內(nèi)冷形式，防漏與防爆尤其重要；水冷卻——主要是水內(nèi)冷，主要用于定子，泄漏和積垢堵塞問題要解決好?！?.1

概述四、冷卻方式4.超導發(fā)電機——是解決發(fā)熱和冷卻的一條好途徑，但現(xiàn)在面臨一些關(guān)鍵技術(shù)的商業(yè)應用還存有問題?！?.1

概述五、型號和額定值1.型號例如：QFQS-200-22——極數(shù)

200

——額定容量為200MW

§6.1

概述五、型號和額定值2.額定值①額定功率PN（MW）：是該臺電機安全運行的最大允許輸出功率；②額定電壓UN（kV）：是該臺電機長期安全工作的最高電壓，指線電壓；③額定電流IN（A）：是該臺電機正常連續(xù)運行的最大工作電流，指線電流；§6.1

概述五、型號和額定值2.額定值④額定頻率fN：我國標準工頻為50Hz。⑤額定功率因數(shù)：指電機在額定運行時的功率因數(shù)。其他額定值見教材p.295。3.額定值之間的關(guān)系：§6.2

同步電機的運行原理一、空載運行定義：n=nN、I=0時的運行工況。電磁過程：

If→Ff→Φ0→E0

Φfσ空載特性：n=nN、I=0時，

U0=E0=f(If)

飽和系數(shù)——kμ=

If0/Ifδ

（約為1.1~1.25）§6.2

同步電機的運行原理一、空載運行4.時—空矢量圖§6.2

同步電機的運行原理一、空載運行5.頻率、波形要求頻率：f=pn1/60

波形：用電壓波形正弦性畸變率kM和電話諧波因數(shù)THF%衡量

§6.2

同步電機的運行原理二、電樞反應定義：

電樞反應——電樞電流產(chǎn)生的磁動勢對氣隙磁場的影響。性質(zhì)：決定于勵磁電動勢和電樞電流之間的相位差角ψ?！?.2

同步電機的運行原理二、電樞反應性質(zhì)：2.1ψ=0為純粹的交軸電樞反應，使氣隙磁場相對于空載而言：在空間上作用位置發(fā)生變化，同時幅值也有所增加。起交磁作用§6.2

同步電機的運行原理二、電樞反應性質(zhì)：2.2ψ=π/2為純粹的直軸電樞反應，使氣隙磁場相對于空載而言：在空間上作用位置不發(fā)生變化，但幅值有所減少。起直軸去磁作用§6.2

同步電機的運行原理二、電樞反應性質(zhì)：2.3ψ=π也為純粹的交軸電樞反應，使氣隙磁場相對于空載而言：在空間上作用位置發(fā)生變化，幅值也有所增加。起交磁作用§6.2

同步電機的運行原理二、電樞反應性質(zhì)：2.3ψ=3π/2也為純粹的直軸電樞反應，使氣隙磁場相對于空載而言：在空間上作用位置不變，但幅值有所增加。起直軸助磁作用§6.2

同步電機的運行原理二、電樞反應性質(zhì)：2.4一般的ψ一般地，三相合成磁動勢基波可能既不作用在直軸上，也不作用在交軸上?？梢赃M行分解§6.2

同步電機的運行原理二、電樞反應性質(zhì)：2.4一般的ψ相應地，電樞電流也可以進行分解§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行正方向規(guī)定

§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行不考慮飽和時2.1電磁物理關(guān)系

§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行不考慮飽和時2.2時—空矢量圖與等效電路

§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行不考慮飽和時2.3相量方程式、相量圖和等效電路

§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行3.考慮飽和時3.1電磁關(guān)系

§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行3.考慮飽和時3.2基本方程式、時—空矢量圖

§6.2

同步電機的運行原理三、隱極同步發(fā)電機的負載運行3.考慮飽和時3.3如何利用空載特性求一些值由于空載特性表示的是實際的磁動勢與電動勢之間的關(guān)系，因此必須要折算。

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行1.不考慮飽和時1.1電磁關(guān)系

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行1.不考慮飽和時1.2基本方程式、相量圖

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行1.不考慮飽和時1.2基本方程式、相量圖

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行1.不考慮飽和時1.3具體用法

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行2.考慮飽和時2.1電磁關(guān)系

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行2.考慮飽和時2.1基本方程式、時—空矢量圖

§6.2

同步電機的運行原理四、凸極同步發(fā)電機的負載運行2.考慮飽和時2.2如何利用空載特性求一些值與隱極機相同，必須折算，由于d、q軸的氣隙大小不一樣，因此兩者的折算系數(shù)不同

§6.3

同步發(fā)電機的運行特性○、基值的選取同步電機習慣采用標幺值進行計算，其基值選取如下：§6.3

同步發(fā)電機的運行特性一、空載特性

1.定義當n=nN，I=0時，

U0=f(If)2.空載特性曲線

3.測量與校正§6.3

同步發(fā)電機的運行特性二、短路特性

1.定義當n=nN，U=0時，

Ik=f(If)2.短路特性曲線

3.為什么是一直線？

4.如何求d軸不飽和同步電抗？§6.3

同步發(fā)電機的運行特性三、零功率因數(shù)負載特性

1.負載特性定義當n=nN，I=常數(shù)，cosφ=常數(shù)時，

U=f(If)2.零功率因數(shù)負載特性曲線

3.特性三角形與理想的零功率因數(shù)特性曲線

4.保梯三角形、保梯電抗Xp與d軸飽和同步電抗的求取§6.3

同步發(fā)電機的運行特性四、外特性

1.定義當n=nN，If=常數(shù)，cosφ=常數(shù)時，

U=f(I)2.外特性曲線

3.充電容量Pc=3UNφIc=3UNφUNφ/Xd

汽發(fā)：0.46~0.88pu，水發(fā)：0.9pu

4.電壓調(diào)整率§6.3

同步發(fā)電機的運行特性四、調(diào)整特性

1.定義當n=nN，U=常數(shù)，cosφ=常數(shù)時，

If=f(I)2.調(diào)整特性曲線

§6.3

同步發(fā)電機的運行特性五、短路比

1.定義

§6.3

同步發(fā)電機的運行特性五、短路比

2.短路比大小對電機的影響短路比小，同步電抗值大，負載變化時電壓變化大，并聯(lián)運行的穩(wěn)定性較差，造價較低；短路比大，則同步電抗值小，負載變化時電壓變化小，并