第七章同步电机

1、第七章同步电机第七章同步电机v同步电机的结构与工作原理同步电机的结构与工作原理v同步发电机的运行原理同步发电机的运行原理v同步电机的电枢反应同步电机的电枢反应v同步发电机的并网运行同步发电机的并网运行v同步电动机和同步补偿机同步电动机和同步补偿机同同步步电电机机旋转电枢式旋转电枢式 旋转磁极式旋转磁极式 隐极式隐极式凸极式凸极式同同步步电电机机同步发电机（机械能同步发电机（机械能 电能）电能） 同步电动机（电能同步电动机（电能 机械能）机械能）同步调相机（改善电网功率因数）同步调相机（改善电网功率因数）2.主要分类：主要分类：1.同步电机：同步电机：转子转速转子转速（n n）与电枢绕组感应电势

2、的频率与电枢绕组感应电势的频率 （f f）严格成正比的电机。）严格成正比的电机。7.1 7.1 同步电机的类型和构造同步电机的类型和构造按用途按用途按结构按结构一、隐极同步发电机的基本结构一、隐极同步发电机的基本结构 （图片）（图片）定子定子转子大型发电机吊装现场图片左江左江24MW24MW发电机转子在吊装发电机转子在吊装三峡左岸发电机定子总装配 VGS VGS 发发 电电 机机 定定 子子 铁铁 芯芯三峡左岸发电机定子总装配 发发电电机机定定子子绕绕组组发电机转子 VGS发电机转子 同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状可同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状可分为隐极和凸极两种

3、型式。分为隐极和凸极两种型式。 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于 高速旋转高速旋转同步电机结构特点同步电机结构特点 转子：磁极（直流激磁） 定子：电枢（三相对称绕组） 磁极：凸极式：有明显磁极，集中绕组，气隙不均匀。 隐极式：圆柱形，气隙均匀，分布绕组。同步电机的分类同步电机的分类按运行方式和功转换方向：同步发电机、同步按运行方式和功转换方向：同步发电机、同步电动机、同步调相机电动机、同步调相机按结构分：旋转磁极式、旋转电枢式按结构分

4、：旋转磁极式、旋转电枢式( (小容量小容量) )按磁极的形状分：隐极机、凸极机按磁极的形状分：隐极机、凸极机按原动机的类别分：汽轮发电机、水轮发电机、按原动机的类别分：汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、燃汽轮发电机、风力发电机柴油发电机、燃汽轮发电机、风力发电机 n汽轮发电机汽轮发电机转速高、离心力大转速高、离心力大(p=1,p=2)(p=1,p=2)隐极式隐极式n水轮发电机水轮发电机转速低、极数多转速低、极数多凸极式凸极式一、同步电机的运行状态一、同步电机的运行状态发电机发电机把机械能转换为电能把机械能转换为电能 电动机电动机把电能转换为机械能把电能转换为机械能补偿机补偿机没有有功功率的转

5、换，只发出或吸没有有功功率的转换，只发出或吸 收无功功率收无功功率 同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角场与转子主磁场之间的夹角，称为功率角称为功率角 7.2 同步电机的运行状态和励磁方式同步电机的运行状态和励磁方式 NNoNoNoNNSoSoSSSSoeT0 eTsnsnsneT主极主极主极主极同同步步电电机机的的三三种种运运行行状状态态发电机发电机补偿机补偿机电动机电动机二、同步电机的励磁方式二、同步电机的励磁方式1、直流励磁机励磁、直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电直流励磁机通常与同步发电 机同轴，采用并励或他励接法。机

6、同轴，采用并励或他励接法。 2、整流器励磁、整流器励磁静止式静止式旋转式旋转式GG副励磁机副励磁机主励磁机主励磁机同步发电机同步发电机带副励磁机的励磁系统带副励磁机的励磁系统交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机不可控整不可控整流起器流起器电压调电压调整器整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控整可控整流起器流起器自励恒自励恒压器压器静止整流器励磁系统静止整流器励磁系统v在中、小型电机中，都采用在中、小型电机中，都采用空气空气作为冷却介质。作为冷却介质。当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热量当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热量迅速增加，冷却问题显得格

7、外重要，此时必须加迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必须加强通风或采用其他的冷却方式。强通风或采用其他的冷却方式。v在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往往用往用氢气氢气冷却，但氢气与空气混合后，有爆炸危冷却，但氢气与空气混合后，有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。入到电机内部。v目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内部目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内部直接冷却。例如采用空心导体（如图），冷却介直接冷却。例如采用空心导体（如图），冷却介质直接在导体中流通而把热量带走，

8、这样能更有质直接在导体中流通而把热量带走，这样能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介质一般有效地降低电机的温升。所采用的冷却介质一般有氢气及氢气及水水等。等。 7.2.2 7.2.2 冷却方式冷却方式7.2.37.2.3额定值额定值n额定容量额定容量S SN N( (或额定功率或额定功率P PN N) ) 指额定运指额定运行时电机的输出功率行时电机的输出功率 n额定电压额定电压U UN N 指额定运行时定子的线电压指额定运行时定子的线电压 n额定电流额定电流I IN N 指额定运行时定子的线电流指额定运行时定子的线电流 n额定功率因数额定功率因数coscos 指额定运行时电指额定运行时电机的

9、功率因数机的功率因数 n额定频率额定频率f fN N 指额定运行时电枢的频率。指额定运行时电枢的频率。我国标准工频规定为我国标准工频规定为50Hz50Hzn额定转速额定转速n nN N 指额定运行时电机的转速，指额定运行时电机的转速，对同步电机而言，即为同步转速对同步电机而言，即为同步转速 tEemacos)120cos(tEemb)120cos(tEemcf260pnf aFpfn6011nn ( (同步电机同步电机) )SNneaebecIf分）转/( 6011pfn NS0N0S1nn课堂讨论2、同步电机的定子还是转子称为电枢？v定子，转子称为磁极定子，转子称为磁极3、凸极机和隐极机气隙

10、大小的差别1、何为同步？何为异步？7.4 7.4 同步发电机的运行同步发电机的运行0 f一、空载磁场一、空载磁场 空载运行时，同步电机内仅有空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。由励磁电流所建立的主极磁场。 主极磁通分成主磁通主极磁通分成主磁通0 0和漏磁和漏磁通通ff两部分，前者通过气隙并与两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。主磁通所经仅与励磁绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙电枢齿、电过的主磁路包括空气隙电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。二、空载特性二、空

11、载特性 当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）电动势） 0000 EEA000120 EEA000120 EEA空载特性：空载特性：激磁电动势与励磁电流之间的关系。激磁电动势与励磁电流之间的关系。1. 1. 空载感应电动势的大小与频率空载感应电动势的大小与频率基波电动势：E0=4.44fNkN10fIfFn速旋转主磁通0漏磁通f定子感应电势定子感应电势 eabcn感应电势感应电势励磁电流磁动势2. 2. 空载电动势与励磁电流的关系空载

12、电动势与励磁电流的关系电机磁路的饱和系数oadhaback00E当转子以恒定转速n旋转时，)(0fFf为磁路的磁化特性曲线相似(成比例)与)()(00ffIfFfEIfFf基波)(1nFfE0（ ） 60pnf 三相对称电流iabc(f)旋转磁势基波(电枢磁势)aF大小pKIFNNa135. 1转速npfn601方向与转子同向Ff (激磁电流）与激磁电流）与Fa同速同相旋转，相对静止。同速同相旋转，相对静止。一电磁过程一电磁过程 7.4.2 7.4.2 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应jYjY:;,:0与负载有关；的时间相位角与是外功率因数角外功率因数角与电机参数与是内功率因数角内功率

13、因数角功率角功率角( (功角) ):0三者关系三者关系的时间相位角。与 UEIUIE直轴（纵轴、d 轴）：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴）：与直轴成900电角度的位置。相轴： 每相绕组的轴线位置。 的时间相位角时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值 几个基本概念几个基本概念的时间相位角，及负载有关。二电枢反应二电枢反应 v电枢反应:同步发电机负载时电枢磁通势的基波在气隙中所产生的磁场对主磁场基波的影响，称为电枢反应。v气隙磁通的大小及位置均发生变化。 +90+900 0FFad轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNSBI.AI.CI.AE0.时轴CE0.B0.E结论：结论：

14、Fa=Faq ，为，为交轴电枢磁势，产生交轴交轴电枢磁势，产生交轴电枢反应，电枢反应，“交磁作用交磁作用”，使气隙磁场，使气隙磁场“歪扭歪扭”1.1.内功率因数角内功率因数角=0=0o o时时( (负载为纯阻性负载为纯阻性) )2.2.内功率因数角内功率因数角=90=90o o时时( (负载为纯感性负载为纯感性) )时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNSFa结论：结论： Fa=Fad 直轴去磁电枢反应。直轴去磁电枢反应。aI0E滞后滞后90o3. 内功率因数角内功率因数角 90o时时(负载为容性负载为容性)结论：结论： Fa=Fad 直

15、轴助磁电枢反应。直轴助磁电枢反应。时轴AE0.CE0.BE0.CI.BI.AI.d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNSFaaI0E超前超前90o4.4.内功率因数角内功率因数角：9090o o - 90 - 90o o时时时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS+90+900 0FaFa(1) 0 90o时(负载为感性) FaFad，与Ff1反向，去磁性质Faq，与Ff1正交，交磁性质IadIa qI(2) 90o 0o时(负载为容性) FaFad，与Ff1同向，助磁性质Faq，与Ff1正交，交磁性质a qIadII当当角为不

16、同值的电枢反应角为不同值的电枢反应 位置位置夹角夹角记作记作电枢反电枢反应性质应性质对电机的影响对电机的影响负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴+90+900 0交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴+90+900 0直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=-90=-900 0d d轴轴+90+900 0直、助直、助增强增强不变不变上升上升C C0 00 090900 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 00 ，所以，所以X XadadXXaqaq，因此在

17、凸极同步电机中，因此在凸极同步电机中，X Xd dXXq q。 对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故X Xd dXXq qXXs s ddNX21qqNX21adaq三、直轴和交轴同步电抗的意义三、直轴和交轴同步电抗的意义adF)(adad )( )(aqaq adF)( 直轴电枢磁导直轴电枢磁导交轴电枢磁导交轴电枢磁导凸极同步电机电枢反应磁通及所经磁路及磁导凸极同步电机电枢反应磁通及所经磁路及磁导返回返回练习：练习：一台凸极同步发电机，其直轴和交轴一台凸极同步发电机，其直轴和交轴同步电抗的标幺值为同步电抗的标幺值为 ， ，电枢电阻略去不计，试计算该机在额定电压

18、、电枢电阻略去不计，试计算该机在额定电压、额定电流、额定电流、 ( (滞后滞后) ) 时激磁电动势时激磁电动势 的标幺值的标幺值 ( (不计饱和不计饱和) ) 0*01U0*87.361 I8 . 0cos j j*0E0 . 1*dX6 . 0* qX00*44.19442. 187.366 . 01jXI jUEqQ 虚拟电动势为虚拟电动势为解解 以端电压作为参考相量以端电压作为参考相量000031.5687.3644.19j8321. 0sin0*IId5547. 0cos0*IIq775. 1) 6 . 01 (8321. 0442. 1)(*0qddQXXIEE即即角为角为19194

19、444，于是，于是电枢电流的直轴、交轴分量和激磁电动势分别为电枢电流的直轴、交轴分量和激磁电动势分别为练习二练习二：计算上题中凸极发电机在额定电压、：计算上题中凸极发电机在额定电压、额定电流、额定功率因数额定电流、额定功率因数 （滞后）（滞后） 的情况下运行时，发电机发出的电磁功率。已的情况下运行时，发电机发出的电磁功率。已知发电机的额定容量为知发电机的额定容量为93750kVA93750kVA。8 . 0cosj8 . 05547. 0442. 1cosYIEPQMkWSPPNMM75000937508 . 0解：用标幺值计算解：用标幺值计算注意：用标幺值计算时，不用乘以注意：用标幺值计算时

20、，不用乘以3，因为基准值是三相容量因为基准值是三相容量)(0fIfE 7.6 7.6 同步电机参数的测定同步电机参数的测定一、用空载特性和短路特性确定一、用空载特性和短路特性确定XdXdv空载试验空载试验v试验过程：电枢开路试验过程：电枢开路 ( (空空载载) )，用原动机把被试同步，用原动机把被试同步电机拖动到同步转速，改变电机拖动到同步转速，改变励磁电流励磁电流I If f，并记取相应的，并记取相应的电枢端电压电枢端电压U U0 0 ( (空载时即等空载时即等于于E E0 0），直到），直到U U0 01.25U1.25UN N左左右，可得空载特性曲线右，可得空载特性曲线0EE空载曲线空载

21、曲线OFffIF 或或A 励磁电枢AAA短路实验接线图短路实验接线图INIOfkIfI短路特性短路特性图短路特性图v短路试验短路试验v试验过程：将被试同步电试验过程：将被试同步电机的电枢端点三相短路，用机的电枢端点三相短路，用原动机拖动被试电机到同步原动机拖动被试电机到同步转速，调节励磁电流转速，调节励磁电流I If f使电使电枢电流枢电流I I从零起一直增加到从零起一直增加到1.2I1.2IN N左右，便可得到短路左右，便可得到短路特性曲线，特性曲线， 短路时，短路时， ，故，故 ， ，而，而 所以所以 因为短路试验时磁路为不饱和，所以这里的因为短路试验时磁路为不饱和，所以这里的E E0 0

22、( (每相值每相值) )应从气隙线上查出，如图所示，求出的应从气隙线上查出，如图所示，求出的X Xd d值为不饱和值。值为不饱和值。 00900qIdIIdqqddaXI jXI jXI jRIUE0IEXd0 气隙 线空载载特短路特性IE ,00EIofIfIdX返回用空载和短路特性来确定用空载和短路特性来确定 X Xd d的饱和值与主磁路的饱和情况有关。主磁路的饱和值与主磁路的饱和情况有关。主磁路的饱和程度取决于实际运行时作用在主磁路上的合的饱和程度取决于实际运行时作用在主磁路上的合成磁动势，因而取决于相应的气隙电动势；如果不成磁动势，因而取决于相应的气隙电动势；如果不计漏阻抗压降，则可近

23、似认为取决于电枢的端电压，计漏阻抗压降，则可近似认为取决于电枢的端电压，所以通常用对应于额定电压时的所以通常用对应于额定电压时的X Xd d值作为其饱和值。值作为其饱和值。为此，从空载曲线上查出对应于额定端电压为此，从空载曲线上查出对应于额定端电压U UN N时的时的励磁电流励磁电流I If0f0，再从短路特性上查出与该励磁电流相，再从短路特性上查出与该励磁电流相应的短路电流，如图所示，这样即可求出应的短路电流，如图所示，这样即可求出 X Xd(d(饱和饱和) )IUXN)d(饱和气隙 线空载载特短路特性IE ,00EIofIfINUIUXNd0fI( (饱和饱和) )的确定的确定I7.7 7

24、.7 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性一、同步发电机的运行特性一、同步发电机的运行特性外特性外特性: :发电机的转速为发电机的转速为同步转速，且励磁电流同步转速，且励磁电流和负载功率因数不变时，和负载功率因数不变时，发电机的端电压与电枢发电机的端电压与电枢电流之间的关系：即电流之间的关系：即n nn n1 1，I If f= =常值，常值，cos=cos=常常值时，值时，U=f(I)U=f(I)。 运行特性包括运行特性包括外特性、调整特性和效率特性。外特性、调整特性和效率特性。 IUNIONUcos=0.8滞后滞后cos=1cos=0.8超前超前同步发电机的外特性同步发电机的外特性%1

25、000fNIINNfUUEuIfIcos=0.8滞后滞后cos=1cos=0.8超前超前ONfI同步发电机的调整特性同步发电机的调整特性调整特性调整特性: :发电机的转速发电机的转速为同步转速、端电压为为同步转速、端电压为额定电压、负载的功率额定电压、负载的功率因数不变时，励磁电流因数不变时，励磁电流与电枢电流之间的关系；与电枢电流之间的关系；即即n nn n1 1，U =UU =UN N，cos=cos=常值时，常值时，I If f=f(I)=f(I)。效率特性效率特性: :转速为同步转速、端电压为额定电压、转速为同步转速、端电压为额定电压、功率因数为额定功率因数时，发电机的效率与输功率因数

26、为额定功率因数时，发电机的效率与输出功率的关系；即出功率的关系；即n nn n1 1，U =UU =UN N，cos= coscos= cosN N时，时，=f(P=f(P2 2) )。%100)1 (2pPp7.8 7.8 同步发电机与电网并联运行同步发电机与电网并联运行v同步发电机投入电网的条件和方法同步发电机投入电网的条件和方法v同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性v并联运行时同步发电机的功率调节并联运行时同步发电机的功率调节7.8.1 7.8.1 投入并联的条件和方法投入并联的条件和方法(1) (1) 波形相同波形相同(2) (2) 频率相同频率相同(3) (3) 幅值相同幅值相同

27、(4) (4) 相位相同相位相同(5) (5) 相序相同相序相同1. 1. 并联条件并联条件发电机端电压与电网电压满足以下条件：发电机端电压与电网电压满足以下条件：整步过程：整步过程：为了将发电机投入并联运行所进行为了将发电机投入并联运行所进行的调节和操作过程。的调节和操作过程。准确整步法：准确整步法：将发电机调到完全符合投入并联将发电机调到完全符合投入并联条件，然后投入电网。条件，然后投入电网。自整步法：自整步法：先验证发电机相序，拖到同步转速先验证发电机相序，拖到同步转速，然后直接加入电网。，然后直接加入电网。准确同步法直接接法准确同步法直接接法接线图向量图电机各端与电网同相端对应，三灯泡

28、同时亮、暗，当灯泡亮、暗频率很低并且灯泡变暗的瞬间为合闸的最佳时机。2.2.并联方法并联方法接线图向量图准确同步法交叉接法准确同步法交叉接法一相灯泡同端连接，另外两组交叉连接，三组灯泡依次亮、暗一相灯泡同端连接，另外两组交叉连接，三组灯泡依次亮、暗，当三组灯泡亮度旋转速度很慢且第一组灯泡变暗的瞬间为合，当三组灯泡亮度旋转速度很慢且第一组灯泡变暗的瞬间为合闸的最佳时机。闸的最佳时机。7.9 7.9 同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性4.9.1 4.9.1 同步发电机的功率和转矩同步发电机的功率和转矩原动机nP1P21PemPmecpFepadp213C uap IR2P 可得功率平衡方程可

29、得功率平衡方程smecFeMpPPPP112CuMPPPaCuaCuRIPP213jcos32UIP )cos(33cos32aaMIRUIRIUIPjj 又又有有由凸极机与隐极机向量图，有由凸极机与隐极机向量图，有aIRUEYjcoscos 所以有所以有Ycos3EIPM两边除以机械角速度两边除以机械角速度，有：，有：空载损耗空载损耗转矩平衡方程转矩平衡方程smecFepPPP0由功率关系有：由功率关系有：MPPP01TTT0102PPPM02TTT7.9.2 7.9.2 同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性功角特性功角特性：当：当E E0 0和和U U保持不变时，发电机发出的电磁功保持

30、不变时，发电机发出的电磁功率和功率角之间的关系率和功率角之间的关系)(fPM忽略定子电阻时，忽略定子电阻时，)sinsincos(cosYY mUI)cos(cos2jYmUImUIPPM)sincos(dqIImUsinqqUIX0(cos )ddEUIX)sincos(dqMIImUP由凸极机向量图，有由凸极机向量图，有2sin)11(2sin20dqdMXXUmXUEmP代入上式，得功角特性表达式代入上式，得功角特性表达式基本电磁功率基本电磁功率附加电磁功率附加电磁功率2011sin()sin22emdqdmE UmUPXXX隐极同步发电机功角特性0sinemtmE UPX功角特性简化为

31、隐极电机,sqdXXX0sinemtE UPX用标么值表示为：用标么值表示为：凸极同步发电机功角特性凸极电机功角特性的一般化表达式凸极电机功角特性的一般化表达式2011sin()sin22emdqdmE UmUPXXX基本电磁功率附加电磁功率2011sin()sin22emdqdE UUPXXX用标么值表示为：用标么值表示为：练习：有一台70000kVA、13.8kV（星形连接）， （滞后）的三相水轮发电机直接与电网相连。已知发电机参数： ， ，电枢电阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角 和激磁电动势 ，以及保持该励磁时发电机的基本电磁功率及附加电磁功率的最大值。85. 0cosNj72.

32、 2dX9 . 1qX0E解：额定相电压：解：额定相电压：VU7968310008 .13 额定相电流：额定相电流：AUSINN292910008 .1331000700003内功率因数角：内功率因数角：Y25.55cossinarctanjjUIXUq功率角：功率角：Y46.2379.3125.55j由向量图，有激磁电动由向量图，有激磁电动势：势：VXIUEdd13855cos0基本电磁功率最大值：基本电磁功率最大值：附加电磁功率最大值附加电磁功率最大值: :kWXUEPdMAX301108 .1213kWXXUPdqMAX3221011.15)11(237.10 7.10 并联运行时同步发

33、电机的功率调节并联运行时同步发电机的功率调节无穷大电网：电网的频率和电压不受负载变化或其他扰动的影响而保持为常数的电网。即恒频恒压的交流电网。 为分析简便，以下都以隐极电机为例，并且不计饱和影响，忽略电枢电阻，视电网为“无穷大电网”，即 U 和 f 保持恒定。要增加发电机输出功率(有功功率)，就必须增加原动机输入功率，使功率角 增大。当 角增至90，输出电磁功率达最大值Pemmax时，若继续增加输入功率，则输入和输出之间的平衡关系被破坏，致使电机转子不断加速并最终失步。一、有功功率调节一、有功功率调节Pemmax功角的双重物理意义1、是电动势 和电压 间的时间相角差。2、是励磁磁势 和合成磁势

34、 间的空间相角差。0EUfFF0ExI jxI jEEaaUIFfF0a功角功角 意义的图示意义的图示A A：NSFNSFfT1nTemn1功角 意义的图示B功角功角 是转子磁极是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角轴线的空间夹角P.maxEslPP090(0)qmEppaab180（ ）abcbba.静态稳定的分析发电机输入功率增量（扰动）使aa()，减速aaaa()，加速aa如图10-2(a)中实线所示如图10-2(a)中虚线所示二、静态稳定二、静态稳定功角特性曲线PPPMM扰动消失01PPPMPPPMM01PPPM2.静态不稳定的分析扰动使bb()，加速不再回到b点

35、非周期失步如图10-2(b)中实线所示b()，减速baaa0t=0t(a)(a)0bt=0tbbb(b)(b) 图10-2 功率角的变化过程 (a) 在a点运行; (b) 在b点运行PPPMM扰动消失PPPMM01PPPM01PPPM不再回到b点静态稳定的条件静态稳定的条件 0ddeP0ddeP静态稳定极限点：静态稳定极限点： 其对应的功率称为静态稳定极限功率其对应的功率称为静态稳定极限功率 当电网或原动机偶然发生微小扰动时，若在扰动消失后发电机能自行回复到原运行状态稳定运行，则称发电机是静态稳定的；反之，就是不稳定的。整步功率系数slP稳定运行区域：0ddeP对隐极电机，0cos0dXEU则

36、稳定运行区域为 90过载能力过载能力：最大电磁功率与额定功率之比cos0SemsynXUEmddPP隐极电机2cos)11(cos20dqdsynXXmUXUEmP凸极电机整步功率系数整步功率系数ddPPMsyn其值越大，表明保持同步的能力越高，发电机的性能越好NMpPPk(max)对隐极机对隐极机NNSspXUEmXUEmksin1sin000sinemtmE UPX 常数2cosPmUIj 常数由图可以看出，E0的末端轨迹在直线CD上移动，I的末端轨迹在直线AB上移动。0sinE 常数cosIj 常数02sincosemtEPPIXj又，故常数三、无功功率调节与三、无功功率调节与V V形曲

37、线形曲线1. 1. 无功功率调节无功功率调节以隐极电机为例，忽略电枢电阻，输出有功功率恒定Imin2. V2. V形曲线形曲线sin0EjcosI当调节励磁电流 If 时，E0 变化，负载电流I改变。但是 和 不变化V形曲线特点：1、每条曲线的最低点：cos=1，连线向右倾斜2、不稳定区域边缘：=900，连线向右倾斜。1、正常励磁：=0，cos=1，发P，Q=02、过励磁：0，cos滞后，滞后，发P，Q感性3、欠励磁：0，cos超前，超前，发P，Q容性v 同步电动机的同步电动机的结构结构一般采用凸极结构；一般采用凸极结构；磁极表面安装有起动绕组（阻尼绕组）。磁极表面安装有起动绕组（阻尼绕组）。

38、v 同步电动机的同步电动机的优点优点可以改善功率因数；可以改善功率因数；低速时，同步电动机的体积与重量比同容低速时，同步电动机的体积与重量比同容量、同转速的感应电动机要小；量、同转速的感应电动机要小；气隙大，气隙大，X Xd d小，过载能力高，静态稳定性小，过载能力高，静态稳定性好。好。v 同步电动机的同步电动机的缺点缺点起动不方便；起动不方便；只适合恒速负载；只适合恒速负载；结构复杂、成本高。结构复杂、成本高。分）转/( 6011pfn NS0N0S1nnSN定子合成磁场定子合成磁场N0S0主磁极主磁极TensT1SN定子合成磁场定子合成磁场Te=0N0S0主磁极主磁极nsT1SN定子合成磁

39、场定子合成磁场N0S0主磁极主磁极T2nsTe0EUIsXI jj0EUIsXI jj0EUIsXI j0 90j00电动机0超前发电机运行判断正负的角以000同相位，与补偿机：，滞后于：，于：状态。其来功率同步电机UEUEUEsXI jsaXIjRIUE0发电机惯例：发电机惯例：电动机惯例：电动机惯例：IIMsMaMXIjRIEU00EUIjaRIM0EUMIsMXI jaMRIMj同步电动机电压方程同步电动机电压方程M0EUaRsXIIMsaXIjRIUE0发电机惯例：发电机惯例：电动机惯例：电动机惯例：IIMsMaMXIjRIEU0qqddaXIjXIjRIUE0qqMddMaMXIjX

40、IjRIEU0qqMddMIIII0发电机惯例：发电机惯例：电动机惯例：电动机惯例：M吸收电功率02sin112sin20dqdeXXUmXUEmP制动02sin112sin20dqsdsseeXXUmXUEmPT吸收电功率02sin112sin20MdqMdeXXUmXUEmP拖动02sin112sin20MdqsMdsseeXXUmXUEmPT功率方程：功率方程：转矩方程：转矩方程：eCuaPpP12PpppPFee20TTTesFesseepppTPTPT022，其中：其中：O*2P前提：前提：UUN，IfIfN工作特性：工作特性：Tef(P2)IMf(P2)f(P2)cosf(P2)T

41、eT0IMI0IfIfI”fIfIfI”f1.01.0O*2PMjcos超前超前滞后滞后结论：结论：l在同一励磁电流下，随在同一励磁电流下，随着负载的增加，功率因着负载的增加，功率因数从超前变到滞后；数从超前变到滞后；l在同一负载下，调节励在同一负载下，调节励磁电流，可以改善功率磁电流，可以改善功率因数。因数。sMaeNXIjEURCPUU00，前提：CICEMMjcossin0正常励磁：正常励磁：M=0，cosM=1，Q=0过励磁：过励磁：M0，cosM超前，超前，Q0，cosM滞后，滞后，Q0(感性感性)I0EsMXI jMIsMXI j 0EMjMj0EMIsMXI j U正常正常励磁励磁超前超前过励过励滞后滞后欠励欠励不稳定区不稳定区IfIMOPe=0Pe0P”e Pecos M=1cos M=0.8cos (-M)=0.8结论：结论：l调节励磁电流，就调节励磁电流，就可以调节同步电动可以调节同步电动机的无功电流和功机的无功电流和功率因数；率因数；l当同步电动机工作当同步电动机工作在过励状态时，向在过励状态时，向电网吸收电网吸收超前超前无功，无功，可改善电网的功率可改善电网的功率因数。因数。功率功率因数角因数角电压与电电压与电流的关系流的关系同