電機(jī)學(xué)課件--同步電機(jī).ppt

1、第九章同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu),同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速時(shí)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)。,第十章同步電機(jī)的運(yùn)行原理,第十一章同步電機(jī)的三相突然短路和異常運(yùn)行,第九章 同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu),第二節(jié) 同步電機(jī)的基本工作原理及其分類(lèi),第一節(jié) 汽輪同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),第三節(jié) 三相同步電機(jī)的型號(hào)和額定值,思考題與習(xí)題,以汽輪發(fā)電機(jī)為例:,第一節(jié) 汽輪同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),返回,返回,1、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) （1）定子鐵心,返回,1、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) （2）定子繞組,返回,1、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),返回,2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),(1)立式水輪發(fā)電機(jī),(2)臥式水

2、輪發(fā)電機(jī),2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),(3)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī),2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),(4)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子,1.發(fā)電環(huán)節(jié)各種電機(jī),引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī),國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī),國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子,國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī),第二節(jié) 同步電機(jī)的基本工作原理及其分類(lèi),一、三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理,大?。?頻率：,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)子以轉(zhuǎn)速 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),相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。,波形：由 可知，波形取決于 的空間分布。,三相同步發(fā)電機(jī)的物理過(guò)程可用圖示表示,二、同步電機(jī)的分類(lèi),按

3、運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(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。,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。,按原動(dòng)機(jī)類(lèi)別,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(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2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/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)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。,按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分，有空外冷、氫冷、水內(nèi)冷,第三節(jié) 同步電機(jī)的型號(hào)和額定值,一、型號(hào),發(fā)電機(jī)型號(hào)表示該發(fā)電機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn),QFQS-200-2表示定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵心氫冷的二極汽輪發(fā)電機(jī)，容量為200M

4、W。,854/210-40表示立式同步水輪發(fā)電機(jī)，定子鐵心外徑為854cm，定子鐵心長(zhǎng)度為210cm，有40個(gè)磁極。,對(duì)同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：,額定運(yùn)行時(shí)加在三相定子繞組上的線電壓。,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KVA或KW。電動(dòng)機(jī)額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KW。調(diào)相機(jī)用KVA或Kvar表示。,在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子繞組的線電流.,二、額定值,第一節(jié)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖,第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的并列,第七節(jié)同步調(diào)相機(jī)和同步電動(dòng)機(jī),思考題與習(xí)題,第十章同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理,第

5、三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,第五節(jié)同步發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性和靜態(tài)穩(wěn)定,第六節(jié)同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率功角特性和形曲線,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵(lì)磁電流，定子電樞繞組開(kāi)路，這種運(yùn)行狀態(tài)，稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。,一、同步發(fā)電機(jī)的空載特性,勵(lì)磁電流If單獨(dú)建立的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff產(chǎn)生的主、漏磁通。,主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；,漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換.,空載時(shí)電磁關(guān)系：,空載特性：,空載電動(dòng)勢(shì) 大?。?空載特性曲線：,二、

6、電樞反應(yīng),電樞反應(yīng):電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波在氣隙中使氣隙 磁通的大小及位置均發(fā)生變化, 這種影響稱(chēng)為電樞反應(yīng).,電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)基波 和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)基波 之間的相對(duì)位置，即與空載電動(dòng)勢(shì) 和電樞電流 之間的夾角 有關(guān).,勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的區(qū)別,準(zhǔn)備工作,1.三個(gè)角,1)內(nèi)功率因數(shù)角,是 與 之間的時(shí)間相位角,與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān).,2)外功率因數(shù)角,是 與 之間的時(shí)間相位角,與負(fù)載有關(guān).,3)功率角(功角),是 與 之間的時(shí)間相位角.,三個(gè)角之間的關(guān)系為,2.四個(gè)軸,直軸(縱軸、d軸）：主磁極軸線位置。,交軸（橫軸、q軸）： 與直軸成900電角度的位置。,相軸： 每相繞

7、組的軸線位置。,時(shí)軸： 時(shí)間相量在其上投影可得到時(shí)間量的瞬時(shí)值。,1. 時(shí)的電樞反應(yīng),電樞反應(yīng)性質(zhì)： 交軸電樞反應(yīng),空載電動(dòng)勢(shì) 和電樞電流 同相位.,2. 時(shí)的電樞反應(yīng),空載電動(dòng)勢(shì) 超前電樞電流,3. 時(shí)的電樞反應(yīng),空載電動(dòng)勢(shì) 滯后電樞電流,空載電動(dòng)勢(shì) 超前電樞電流 角,4. 的電樞反應(yīng),此種情況下,-直軸分量 -交軸分量,-直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì) -交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì),一般情況下的電樞反應(yīng)（總結(jié)）,三、電磁轉(zhuǎn)矩,同步發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，它與勵(lì)磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。,輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸

8、電樞反應(yīng)越強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為了保持電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，要求原動(dòng)機(jī)輸入更大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)有功功率。,1.有功電流產(chǎn)生電磁力,形成電磁轉(zhuǎn)矩,當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)載(阻性負(fù)載)時(shí),可以近似認(rèn)為,即，電樞繞組流過(guò)有功電流時(shí),產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，并形成制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。,2.無(wú)功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩,說(shuō)明發(fā)電機(jī)帶感性(或容性)無(wú)功負(fù)載時(shí),不需要原動(dòng)機(jī)增加能量。,但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有去磁（或助磁）作用，致使發(fā)電機(jī)端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵(lì)磁電流需要相應(yīng)增加（或減?。┱{(diào)節(jié)無(wú)功功率。,發(fā)電機(jī)帶電感或電容負(fù)載(無(wú)功負(fù)載)時(shí),可以認(rèn)為,

9、產(chǎn)生直軸去磁(或助磁)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組載流體在該磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電磁轉(zhuǎn)矩。,第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖,一、同步電抗,由于定子漏磁通的路徑主要是氣隙，磁路不飽和，所以漏抗為常數(shù)。,不考慮磁路飽和時(shí),各電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的電流成正比,即有,對(duì)應(yīng) 的直軸電樞反應(yīng)電抗,對(duì)應(yīng) 的交軸電樞反應(yīng)電抗,對(duì)應(yīng) 的漏電抗,對(duì)于凸極同步電機(jī),由于直軸氣隙比交軸氣隙小，直軸磁阻比交軸磁阻小，所以有,對(duì)隱極同步電機(jī)，由于氣隙均勻，交、直軸的磁阻大小相等，即認(rèn)為,電樞反應(yīng)電抗為三相對(duì)稱(chēng)電樞電流產(chǎn)生合成的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)感應(yīng)于一相的電樞電動(dòng)勢(shì)與其對(duì)應(yīng)的相電流的比值，它綜合反映三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn)生的合成電

10、樞反應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)定子一相的影響。,隱極發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng) 的電樞反應(yīng)電抗,當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)電流流過(guò)電樞繞組時(shí)，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通和漏磁通，分別在電樞繞組中感應(yīng)電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和漏感電動(dòng)勢(shì)。,對(duì)隱極電機(jī)，全部電動(dòng)勢(shì)為,稱(chēng)為隱極電機(jī)的同步電抗，是電樞反應(yīng)電抗和漏抗之和。同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，磁路略呈飽和，磁路越飽和，所對(duì)應(yīng)的電抗越小。,對(duì)凸極電機(jī),分別稱(chēng)為直軸和交軸同步電抗。,直軸磁路的氣隙較小，應(yīng)當(dāng)考慮鐵心飽和的影響，因而 具有飽和值和不飽和值之分；而交軸磁路氣隙較大，可認(rèn)為 只有非飽和值，為常量。,同步電抗是同步電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，它是表征同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和電樞漏磁場(chǎng)對(duì)電樞電路作用的一個(gè)綜合參數(shù)。同

11、步電抗的大小直接影響同步發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載波動(dòng)的程度和在大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，也影響同步發(fā)電機(jī)短路電流大小。,一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程和相量圖,若正方向按圖規(guī)定，則有,代入,得到凸極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程,或,注意：方程式中的電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流均為相值。,凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖作圖步驟,若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取,二、隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,電磁關(guān)系：,電動(dòng)勢(shì)平衡方程,或,代入,可得到隱極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程,根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程，可以作出隱極發(fā)電機(jī)的等效電路和相量圖,等效電路,根據(jù)相量圖可求出,相量圖,由相量圖可知,第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,一、空載特性,定義：

12、,空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。,實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對(duì)稱(chēng)性、匝間短路、判斷勵(lì)磁繞組有無(wú)故障等。,二、短路特性,定義：,短路時(shí)的等效電路,1.短路特性,2.同步電抗的求取,根據(jù)公式,求xd不飽和值時(shí),首先給定一勵(lì)磁電流If，在空載特性的不飽和段或氣隙線上確定對(duì)應(yīng)If的E0值，然后在短路特性曲線上確定對(duì)應(yīng)If的短路電流Ik的值,則,求取xd飽和值時(shí)，首先在空載特性上取對(duì)應(yīng)額定電壓UN的勵(lì)磁電流If0，再?gòu)亩搪诽匦陨先〕鰧?duì)應(yīng)If0的短路電流Ik，則,交

13、軸同步電抗,三、外特性,定義：,外特性曲線,當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)載時(shí)，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降；帶容性負(fù)載時(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時(shí)，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。,為了在不同功率因數(shù)下時(shí)能得到額定電壓，感性負(fù)載時(shí)要增大勵(lì)磁電流，容性負(fù)載時(shí)應(yīng)減小勵(lì)磁電流。,四、調(diào)節(jié)特性,定義：,調(diào)整特性曲線,在感性和阻性負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載電流的增加，必須增加勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對(duì)容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵(lì)磁電流。,在功率因數(shù)一定情況下,根據(jù)調(diào)整特性曲線,可確定在負(fù)載變

14、化范圍內(nèi),維持電壓不變所需的勵(lì)磁電流的變化范圍。運(yùn)行人員可利用調(diào)整特性曲線,使系統(tǒng)中無(wú)功功率的分配更合理一些。,并聯(lián)運(yùn)行的含義,第四節(jié) 同步電機(jī)的并列,1、提高供電的可靠性； 2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性； 3、提高電能的質(zhì)量。,無(wú)窮大電網(wǎng)的含義,將兩臺(tái)或更多臺(tái)發(fā)電機(jī)分別接在電力系統(tǒng)對(duì)應(yīng)母線上，或通過(guò)變壓器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同向負(fù)荷供電.,并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn),并列方法,1.準(zhǔn)同步法 2.自同步法,一、準(zhǔn)同步法,1.待并發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等； 2.待并發(fā)電機(jī)電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同； 3.待并發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相同； 4.待并發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同。,上述條件（

15、4）一般在安裝發(fā)電機(jī)時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向確定了發(fā)電機(jī)的相序而滿足，因此運(yùn)行人員在并列時(shí)只需調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)使其滿足其它三個(gè)條件即可。,不滿足任一條件的并列稱(chēng)為非同步并列，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。,準(zhǔn)同步并列必須滿足的條件,某一條件不滿足時(shí)對(duì)電機(jī)的影響,1、電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受力變形。,2、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩。,3、電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，溫度升高，效率降低。,4、電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生無(wú)法消除的環(huán)流，危害電機(jī)安全運(yùn)行。,1. 電壓大小不等,此時(shí),S兩端有電位差,在電位差的作用下發(fā)電機(jī)產(chǎn)生沖擊電流，即,沖擊電流為無(wú)功分量，不會(huì)加重原動(dòng)機(jī)

16、的負(fù)擔(dān)，但會(huì)在電樞繞組中產(chǎn)生很大的沖擊力，使電樞繞組端部受沖擊力的作用而變形。,由于xd 很小，所以即使U不大，沖擊電流也會(huì)很大,2. 相位不同,此時(shí),ab兩端有電位差,電位差可達(dá)發(fā)電機(jī)電壓的兩倍，若此時(shí)并列，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，發(fā)電機(jī)會(huì)因遭受巨大的沖擊力而損壞。,沖擊電流的影響,1)電樞繞組端部受力變形;,2)轉(zhuǎn)軸上受沖擊轉(zhuǎn)矩的作用,使機(jī)軸扭曲變形;,3)電樞繞組發(fā)熱.,3. 頻率不同,轉(zhuǎn)軸上時(shí)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、時(shí)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，結(jié)果是電機(jī)振動(dòng)。,拍振電流使電樞繞組端部受力變形，使電樞繞組發(fā)熱。,頻率差過(guò)大電機(jī)不能并列；頻率差較小時(shí)，靠自整步作用，可以把發(fā)電機(jī)拉入同步。,并發(fā)電機(jī)頻率略高于電

17、網(wǎng)頻率時(shí),并發(fā)電機(jī)頻率略低于電網(wǎng)頻率時(shí),沖擊電流的有功分量與電壓同相位,表明發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出有功功率,并對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生制動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)減速，頻率下降，直至,沖擊電流的有功分量與電壓反相位,表明發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)吸收有功功率,并對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)加速，頻率上升，直至,4. 相序不同,發(fā)電機(jī)實(shí)際并列時(shí)，除了相序必須一致外，其它條件允許有一定的偏差，如U不超過(guò)10%，相位差不超過(guò)10%，頻率偏差不超過(guò)0.2%0.5%（0.10.25Hz)。,二、自同期法,相序正確前提下，起動(dòng)未加勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)，合上同步開(kāi)關(guān)，將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，然后加上發(fā)電機(jī)勵(lì)磁將發(fā)電機(jī)牽入同步。并網(wǎng)前，勵(lì)磁繞組需經(jīng)

18、限流電阻閉合。并列時(shí)會(huì)較大有沖擊電流和轉(zhuǎn)矩,一般用于緊急狀態(tài)下的并列操作.,相序不同的發(fā)電機(jī)不能并列，因?yàn)榇藭r(shí) 和 恒差 ， 恒等于 ，它將產(chǎn)巨大的沖擊電流危害電機(jī)及系統(tǒng)。,第五節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的有功功角特性和靜態(tài)穩(wěn)定,一、有功功率平衡,可得轉(zhuǎn)矩平衡方程為,或,上式說(shuō)明，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩之和平衡。,在 兩邊除以,二、有功功率功角特性,并聯(lián)于無(wú)窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率一定、參數(shù)（ )為常數(shù)、空載電動(dòng)勢(shì) 不變（即 不變）時(shí)， 為有功功率功角特性。,凸極電機(jī)：,隱極電機(jī),為了分析方便，假定,1）發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無(wú)窮大電網(wǎng)；2）發(fā)電機(jī)磁路不飽和

19、；3）忽略電樞繞組電阻。,根據(jù)發(fā)電機(jī)的相量圖，可以推導(dǎo)得發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性,水輪發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性分兩部分:,附加電磁功率的特點(diǎn):,-基本電磁功率,-附加電磁功率,汽輪發(fā)電機(jī)的功角特性曲線,汽輪發(fā)電機(jī)的有功功率功角特性的特點(diǎn),功角的雙重物理意義,1、是電動(dòng)勢(shì) 和電壓 間的時(shí)間相位角;,或稱(chēng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 和合成磁動(dòng)勢(shì) 間的空間夾角。,2、是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的主磁通和產(chǎn)生電壓 的定子等效合成磁通之間的夾角。,用圖示功角的雙重物理意義,因有原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服定子合成磁極的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而作功,實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,將由原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵觥?功角是研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，它

20、不僅決定發(fā)電機(jī)輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)空間位置，它把同步電機(jī)的電磁關(guān)系和機(jī)械運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來(lái)。,三、有功功率調(diào)節(jié),發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)輸入的功率用來(lái)平衡各種損耗，此時(shí) ，定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，它們之間只有徑向力而無(wú)切向力，所以 ，在功角特性的0點(diǎn)上。,可見(jiàn)，并聯(lián)于無(wú)窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)要調(diào)節(jié)有功功率輸出，只需調(diào)節(jié)原動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在功率極限角范圍內(nèi)，輸入轉(zhuǎn)矩越大，有功功率輸出就越大。,四、靜態(tài)穩(wěn)定的概念,靜態(tài)穩(wěn)定：指并聯(lián)在電網(wǎng)上穩(wěn)定運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)受電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面某些微小擾動(dòng)時(shí)，能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。,在a點(diǎn)運(yùn)行時(shí)電機(jī)具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力。,

21、若干擾使功角增大到a點(diǎn),干擾使功角減小時(shí)，有同樣結(jié)論。所以a點(diǎn)稱(chēng)為穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。,而b點(diǎn)為不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，分析略。,Pem和Tem增大，迫使電機(jī)減速，功角變小，電機(jī)回到a點(diǎn)。,靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)：比整步功率(kW/rad),對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，比整步功率為,在電機(jī)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)， 越大，電機(jī)穩(wěn)定性越好。,對(duì)水輪發(fā)電機(jī)，比整步功率為,五、過(guò)載能力,汽輪發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力,最大電磁功率與額定功率的比值稱(chēng)為過(guò)載能力。,過(guò)載能力越大，電機(jī)的穩(wěn)定性越好。過(guò)載能力是表達(dá)靜態(tài)穩(wěn)定的能力，不是發(fā)電機(jī)可以過(guò)載的倍數(shù)。,過(guò)載能力設(shè)計(jì)得在一點(diǎn)，是從提高穩(wěn)定觀點(diǎn)考慮的，不是從發(fā)熱觀點(diǎn)考慮的。,第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率功角特性及V形曲

22、線,一、無(wú)功功率功角特性,并聯(lián)于無(wú)窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率恒定、參數(shù)（xd、xq、xt）為常數(shù)、空載電勢(shì)E0不變（即 If 不變）時(shí)，Q=f()為無(wú)功功率功角特性。,水輪發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的功角特性,汽輪發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的功角特性,設(shè)發(fā)電機(jī)輸出感性無(wú)功功率時(shí)Q值為正。由相量圖可推導(dǎo)出,汽輪發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的功角特性曲線,幾個(gè)特殊點(diǎn):,二、無(wú)功功率調(diào)節(jié),從能量守恒觀點(diǎn)看，并網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，不需調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)來(lái)的輸入功率，只需改變勵(lì)磁電流。,調(diào)節(jié) 前，,增大 后,調(diào)節(jié) 不影響發(fā)電機(jī)的有功功率輸出,但影響電機(jī)的穩(wěn)定性能。,調(diào)節(jié)無(wú)功時(shí)不影響有功功率的輸出,但是調(diào)節(jié)有功時(shí)影響無(wú)功功率輸出

23、.,三、相量分析,1.正常勵(lì)磁,2.過(guò)勵(lì)磁,3.欠勵(lì)磁,四、V形曲線,并聯(lián)于無(wú)窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，保持有功功率不變時(shí)，表示電樞電流 和勵(lì)磁電流 的關(guān)系曲線 稱(chēng)為“V”形曲線。,發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子電流和勵(lì)磁電流是運(yùn)行人員主要監(jiān)視的兩個(gè)物理量，這兩個(gè)量關(guān)系到定子繞組和勵(lì)磁繞組的溫度，又牽涉到功率因數(shù)的超前或滯后以及運(yùn)行的穩(wěn)定性問(wèn)題。,對(duì)于一個(gè)給定的有功功率輸出就有一條V形曲線，有功功率越大，曲線向上移，因此可是以得到一簇“V”形曲線。,V形曲線,正常勵(lì)磁,過(guò)勵(lì)磁,欠勵(lì)磁,欠勵(lì)磁“進(jìn)相”運(yùn)行,過(guò)勵(lì)磁“遲相”運(yùn)行,V形曲線的特點(diǎn),2.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：=900，連線向右傾斜;,1.每條曲線的最低點(diǎn),

24、,定子電流最小,且全為有功電流，這些點(diǎn)的連線向右傾斜；,3.每條曲線上的電流變化量I 為無(wú)功分量;,4.勵(lì)磁電流從零開(kāi)始增大時(shí)，定子電樞電流變化規(guī)律為先減小后增大。,表明要輸出純有功功率，必須相應(yīng)增加一些勵(lì)磁電流。,表明輸出有功功率越多，維持穩(wěn)定所需的勵(lì)磁電流也越大。,第七節(jié) 同步調(diào)相機(jī)和同步電動(dòng)機(jī),一、同步電機(jī)的可逆原理,同步電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，如圖所示。,轉(zhuǎn)子磁極軸線超前定子合成磁極軸線，0，電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。,同步電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，既可以用作發(fā)電機(jī)，還可以用作電動(dòng)機(jī)。,逐步減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，轉(zhuǎn)子將瞬時(shí)減速，角減小，相應(yīng)的電磁功率也減少。,當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率只能滿足空載損耗時(shí)，發(fā)電機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)。,繼續(xù)減少發(fā)電機(jī)的輸入功率，則和 Pem變?yōu)樨?fù)值。卸去原動(dòng)機(jī)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收功率滿足空載損耗，成為空轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)-調(diào)相運(yùn)行狀態(tài)。,電機(jī)軸上加上機(jī)械負(fù)載，負(fù)值的增大，由電網(wǎng)向電機(jī)輸入的電功率和相