电机与拖动第5章同步电机的基本理论8-

1、whh制作 *5.7 微型同步电动机微型同步电动机5.10 三相同步发电机的运行特性三相同步发电机的运行特性第第 5 章章 同步电机的基本理论同步电机的基本理论5.2 三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构5.1 三相同步电机的工作原理三相同步电机的工作原理5.2 三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构5.3 三相同步电动机的运行分析三相同步电动机的运行分析5.4 三相同步电动机的功率和转矩三相同步电动机的功率和转矩5.5 三相同步电动机的的运行特性三相同步电动机的的运行特性5.6 三相同步电动机功率因数的调节三相同步电动机功率因数的调节5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电

2、机的运行分析5.9 三相同步发电机的功率和转矩三相同步发电机的功率和转矩5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行5.1 三相同步电机的工作原理三相同步电机的工作原理电机与拖动电机与拖动*5.12 同步发电机的三相突然短路同步发电机的三相突然短路返回主页返回主页5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析1. 基本方程式基本方程式Uf If F0m 0 E0I1 Fam a Ea E R1I1 U1 = E0EaE R1I1 U1I1第第5章章 同步电机的基本理论同步电机的基本理论一、三相隐极同步发电机的运行分析一、三相隐极同步发电机的运行分析E0 Ea E E

3、a =j Xa I1 E =j X I1 Xa 电枢反应电抗。电枢反应电抗。 X 电枢漏电抗。电枢漏电抗。U1 = E0(R1j X j Xa ) I1 U1 = E0(R1j Xs ) I1 Xs = XaX 同步电抗。同步电抗。 忽略忽略 R1，则，则 U1= E0j XsI1 5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析2. 等效电路等效电路3. 相量图相量图 根据负载的功率因数和电路方程作相量图。根据负载的功率因数和电路方程作相量图。并设：并设： U1 = U1 0o 。 +U1 R1 jXs I1E U1 = E0(R1j Xs ) I1 5.8 三相同步发电机的运行分析

4、三相同步发电机的运行分析(c) 电电容容性性(a) 电电感感性性(b) 电电阻阻性性U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1R1I1jXs I1E0U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1 jXs I1E0U1I1jXs I1E0 忽略忽略 R1 时：时：U1I1 jXs I1E05.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析 【例例 5.8.1】 某三相同步发电机，某三相同步发电机， PN = 50 kW，UN= 400 V，Y 形联结，形联结， N = 0.8（电感性）。（电感性）。R1 = 0.2 ， Xs= 1.2 。求空载电压等于额定电压，电枢电流等于额定电。求空载电压

5、等于额定电压，电枢电流等于额定电流，内功率因数角流，内功率因数角 = 53.1o 时的相电压时的相电压U1 、线电压、线电压U1L、功率因数角功率因数角 和功角和功角 。 解：解： E0 = UN 3= V = 231.21 V 4001.732I1 = IN =PN 3 UN N = A = 90.32 A 501031.7324000.8取参考相量：取参考相量： 则则I1 = 90.32 0o A E0 = 231.21 53.1o V 5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析U1= E0( R1jXs ) I1 =231.21 53.1o ( 0.2j1.2 )90.32

6、 0o V = 143 32.36o V 由此求得由此求得 U1 = 143 V U1L = 3 U1 = 1.732143 V = 247.39 V = 32.36o = = 53.1o 32.36o = 20.74o 5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析1. 基本方程式基本方程式Uf IfF0m0E0 I1 Fad Faq ad aq Id IqEad Eaq E R1I1 U1 I1 U1 = E0 + Ead + Eaq + ER1I1二、三相凸极同步发电机的运行分析二、三相凸极同步发电机的运行分析5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析E Eaq

7、E0 Ead Ead =jXad Id E =j X I1 Eaq =jXaq Iq Xad 直轴电枢反应电抗。直轴电枢反应电抗。 Xaq 交轴电枢反应电抗。交轴电枢反应电抗。 X 电枢漏电抗。电枢漏电抗。U1 = E0jXad IdjXaq IqjX I1 R1I1 = E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 5.8 三相同步发电机的运行分析三相同步发电机的运行分析将将得得 Xd = Xad + X 直轴同步电抗。直轴同步电抗。 Xq = Xaq + X 交轴同步电抗。交轴同步电抗。忽略忽略 R1，则，则 U1 = E0jXd Idj Xq Iq U1 = E0jXd

8、IdjXq IqR1I1 5.8 三相凸极同步发电机的运行分析三相凸极同步发电机的运行分析2. 等效电路等效电路 设：设：EQ = E0j (XdXq ) Id U1 = EQR1I1j Xq I1 忽略忽略 R1，则，则U1 = EQj Xq I1 3. 相量图相量图 根据电路方程和根据电路方程和 负载性质作相量图。负载性质作相量图。 设：设：U1 = U1 0o I1 R1 jXq +U1EQ 5.8 三相凸极同步发电机的运行分析三相凸极同步发电机的运行分析U1I1 R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI

9、1EQjXdIdjXqIqE0 (c) 电电容容性性(a) 电电感感性性(b) 电电阻阻性性 忽略忽略 R1 时时U1I1 jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0 5.8 三相凸极同步发电机的运行分析三相凸极同步发电机的运行分析 【例例 5.8.2】 某三相同步发电机，某三相同步发电机， 已知已知 U1L = 11kV，Y 形联结，形联结，I1 = 460 A， = 0.8（电感性），（电感性），Xd = 16 ，Xq = 8 ，R1 忽略不计。求忽略不计。求、 、E0 。 解：解：U1 = U1L 3

10、= = 6 358.38 V 111031.732Vtan = U1sin XqI1 U1cos 6 358.380.68460 6 358.380.8=V = 1.47 = arctan1.47 = 55.84o = = 55.84o 36.87o = 18.97o E0 = U1cos XdId =(6358.38cos18.97o16460sin 55.84o )V = 12 103.25 V5.8 三相凸极同步发电机的运行分析三相凸极同步发电机的运行分析5.9 三相同步发电机的功率和转矩三相同步发电机的功率和转矩一、功率一、功率1. 输入功率输入功率2. 空载损耗空载损耗3. 电磁功率

11、电磁功率4. 铜损耗铜损耗5. 输出功率输出功率6. 总损耗总损耗P1 = T1P0 = PFePmePadPe = P1P0PCu = 3R1I12 P2 = PePcu = 3U1I1cos Pal = PFePCuPadPme 第第5章章 同步电机的基本理论同步电机的基本理论7. 功率平衡方程式功率平衡方程式 P1P2 = Pal 8. 效率效率P1P0PePCuP2 = 100% % P2P1二、转矩二、转矩1. 输入输入转矩转矩2. 空载转矩空载转矩3. 电磁电磁转矩转矩4. 转矩平衡方程式转矩平衡方程式T1 = P10T0 = P00T = Pe0T1 = T + T0= P1 n

12、602 = P0 n602 = Pe n602 5.9 三相同步发电机的功率和转矩三相同步发电机的功率和转矩5.10 三相同步发电机的运行特性三相同步发电机的运行特性一、外特性一、外特性 当当 n = nN，If、 = 常数时，常数时，U1L 与与 I1L 的关系，的关系， 即即 U1L = f (I1L)。 调节调节If，使，使 I1L= IN、 = N、U1L = UN 时，时， If = IfN。 电压调整率：电压调整率： 保持保持 nN、 N、IfN 时，时，OU1LI1Lcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNINVR = 100% % E0UNP U

13、NP第第5章章 同步电机的基本理论同步电机的基本理论二、调节特性二、调节特性 保持保持 n = nN、U1L = UN、 = N 时，时， If 与与 I1 的关系，的关系，即即 If = f ( I1 )。OIf I1cos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1三、功角特性三、功角特性 功角特性：保持功角特性：保持 n、If 、U1 不变时，不变时，Pe 与与 的关系，即的关系，即 Pe = f ( ) 。 矩角特性：保持矩角特性：保持 n、If 、U1 不变时，不变时，T 与与 的关系，即的关系，即 T = f ( ) 。 上述关系与同步电动机的关系相同。上述关系与

14、同步电动机的关系相同。5.10 三相同步发电机的运行特性三相同步发电机的运行特性5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行 并联运行的优点并联运行的优点(1) 提高电力系统的经济指标。提高电力系统的经济指标。(2) 减少发电厂备用机组的容量。减少发电厂备用机组的容量。(3) 提高电能供应的可靠性。提高电能供应的可靠性。(4) 提高电能供应的质量。提高电能供应的质量。一、并联运行的条件一、并联运行的条件 相序一致、频率相同、电压相等。相序一致、频率相同、电压相等。 以避免电网与发电机之间产生大的冲击电流以避免电网与发电机之间产生大的冲击电流 和在发电机轴上产生大的冲击转矩。和

15、在发电机轴上产生大的冲击转矩。第第5章章 同步电机的基本理论同步电机的基本理论 U U1A S U1B1. 电压相等电压相等 如果如果则则U1AU1B U = U1AU1B 0 2. 频率相等频率相等如果：如果： A BU1AU1B A B U = 0 2U1U1AU1BU1AU1B UU1AU1B UU1AU1B U5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行U1BUU1BVU1BW3. 相序相同相序相同 如果相序不同，如果相序不同，则则 UU = 0 UV = U1A VU1BV UW = U1AWU1BW U1AUU1AVU1AW UV UW二、并联运行的方法二、并联运

16、行的方法 调节调节 If 调节调节 E0 ；调节；调节 n 调节调节 f 。1. 理想同步法理想同步法2. 自同步法自同步法5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行三、有功功率的调节三、有功功率的调节 无穷大电网无穷大电网 容量很大、频率和电压基本不受负载与其他容量很大、频率和电压基本不受负载与其他干扰的影响，即恒频恒压的电网。干扰的影响，即恒频恒压的电网。1. 有功功率的调节方法有功功率的调节方法 5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行调节调节进水量进水量进汽量进汽量T1(P1) T1 T +T0 n T T1 =T +T0为止，重新在为止，重新

17、在n = n0下稳定运行。下稳定运行。2. 静态稳定静态稳定0Pe /T 90o aa5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行0Pe /T 90o a0Pe /T 90o aT T1= T + T0a 点点： T1 T T1 =T +T0为止为止 ，在在b 点重新稳定运行点重新稳定运行0 M 稳定运行区。稳定运行区。bT1 = T + T0a 点点： T1 T T1更大于更大于T +T0 ，n再也回不到再也回不到n0失步失步。 M 180不稳定运行区。不稳定运行区。 5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行稳定稳定运行区运行区振荡幅度过大，超过稳定区

18、而引起的失步。振荡幅度过大，超过稳定区而引起的失步。阻尼绕组可抑制振荡。阻尼绕组可抑制振荡。4. 过载能力过载能力 MP =P2MPN= 1.7 3.03. 动态稳定动态稳定5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行四、无功功率的调节四、无功功率的调节1. 调节方法调节方法 调节调节 If2. 调节原理调节原理 调节调节 If 时，因时，因U1和和 P2 不变，忽略不变，忽略R1和和T0，则，则 Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos = P2 5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行即：即：E0 sin = 常数常数 I1cos =

19、常数常数 (1) 正常励磁正常励磁 当当If = If0 时，时， = 0， = 1，Q2 = 0，发电机不输出无功功率。，发电机不输出无功功率。 I1与与U1 同相，同相， 5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行U1E0I1jXsI1E0aajXsI1I1 E0jXsI1I1 bb2. 欠励磁欠励磁 当当If If0 时，时， 发电机输出电容性无功功率；发电机输出电容性无功功率； If Q2 。3. 过励磁过励磁 当当If If0 时，时， 发电机输出电感性无功功率；发电机输出电感性无功功率； If Q2 。 I1 ( I1 ) 超前于超前于U1， I1 ( I1 )

20、 滞后于滞后于U1，5.11 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行 【例例5.11.1】 一台一台 Y 形联结的水能发电机，并联在形联结的水能发电机，并联在 UN = 10.5 kV 的电网上运行。发电机的的电网上运行。发电机的 Xd = 1.3 ，Xq = 0.7 ，R1 忽略不计，忽略不计， = 18.09o 时，时，I1 = 3 990 A， E0 = 9 970 V。求该发电机输出的有功功率。求该发电机输出的有功功率 P2 和无功功率和无功功率 Q2（电容性（电容性的还是电感性的）。的还是电感性的）。 解：解：U1 = UN 3= V = 6069.36 V 10.51031.73忽略忽略R1，则，则3U1E0XdP2 = Pe = sin 3