电机学课件：同步电机

同步电机㈣凸极同步发电机的功率特性及运行容量曲线

同步电机是交流旋转电机的一种,因其转子转速和旋转磁场转速相同而得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。下面先从同步电机的结构入手，了解其基本原理；再着重分析隐极同步发电机的磁势归算，功率特性及运行容量曲线；在此基础上分析凸极同步发电机运行容量曲线；最后简单介绍同步电机的几种运行状态。㈠同步电机结构、基本原理㈡隐极同步发电机的磁势归算㈢隐极同步发电机的功率特性及运行容量曲线㈤同步电机的运行方式㈠同步电机结构、基本原理电端口ABC机械端口定子绕组转子定子铁心基本原理：励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速n旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电动势同步电机结构水轮发电机结构转子结构10000kW水轮机转子汽轮发电机定子铁心国产200MW汽轮发电机定子铁心发电环节——各种电机

引进600MW汽轮发电机

（考虑饱和时）非线性，叠加原理不适用。思路：①把幅值为的正弦分布电枢磁动势波

折算为等效的幅值为的阶梯形分

布的励磁磁动势波；②折算后的等效励磁磁动势波加上

转子励磁磁动势波为合成磁动势

波；③利用空载特性曲线求取合成电动势。

怎样合成问题：结果：其中为励磁磁势曲线的

波形系数ka的意义：产生同样大小的基波气隙磁场时，一安匝的电枢磁动势相当与多少安匝的梯形波励磁磁动势。㈡隐极同步发电机的磁势归算

的求取若不记及励磁磁势分布波中的阶梯，用一梯形波代替，如右图所示。当将原点取在磁极轴线上时，阶梯波在第一象限表达式为：γ−每极嵌放绕组部分与极距之比γπ−嵌放绕组部分所占角度

−阶梯波的幅值

−阶梯波的基波幅值按照傅氏级数将梯形转子磁动势展开，可得其基波幅值为

即则一般地，当γ=0.7~0.8时,=0.97~1.04,

此时电压相量图和磁动势矢量图由于磁路饱和，不能单独的计算激磁电动势E0和电枢反应电动势Ea，而只有合成电动势E（气隙电动势）。漏磁场路径主要为气隙，没有饱和问题。考虑饱和的另一方法是根据运行点的饱和程度，找出相应的Xs(饱和)，即把空载特性在工作点线性化。

类似地可以处

理凸极机㈢隐极同步发电机的功率特性

及运行容量曲线

隐极发电机运行向量图（忽略电枢电阻）有功功率得，无功功率得，易知：易知：

运行容量特性曲线定义：运行容量特性曲线是指发电机在给定运行条件下，有功功率与无功功率之间的曲线隐极同步发电机功率图对两边同乘得如下图所示的功率图结论：①在任一给定功率因数条

件下，发电机的视在功率S=OA=mUI;②OA在OP和OQ轴上的投影分别代表有功及无功功率分量，即P=mUIcos，Q=mUIsin③OP轴与对应，OQ轴与（滞后），-OQ轴与（超前）对应；隐极同步发电机运行容量曲线励磁电流限制定子电流限制额定有功功率限制(原动机输出功率）考虑静态稳定隐极同步发电机运行容量曲线①当发电机的功率因数低于额定值时，此时发电机的

输出能力主要受励磁电流限制。②当发电机的功率因数高于额定值时，此时发电机的

输出能力主要受定子电流限制。③原动机额定功率，一般稍大于或等于发电机额定功

率（忽略损耗）。④在进相运行状态，发电机的有功功率输出受静态稳

定条件的限制。静态稳定功率极限储备的确定对任一给定的有功功率，如果考虑10%的功率储备，则以B为圆心，BP1，BP2为半径做弧P1P1’，P2P2’，然后以0.9BP1和0.9BP2点做平行线，得交点P1’’，P2’’。连接BP1’’P2’’得曲线BE即为所求。㈣凸极同步发电机的功率特性凸极同步发电机的相量图有功功率无功功率凸机同步发电机安全运行极限图欠励磁极限理论稳定极限考虑突然过负荷时实际稳定极限定子发热极限原动机输出功率极限转子发热极限（不饱和）转子发热极限（饱和）①定子发热②转子发热③原动机输出功率极限④静态稳定运行极限⑤最小允许励磁㈤同步电机的运行方式进相运行迟相运行电动机运行调相机运行①当功角时，电

机向电网输出有功功率和

无功功率，发电机正常运

行状态；②当功角时，发电机进相

运行状态；③当功角

时，同步电机为

电动机运行状态；④当功角

时，电动机作调相

机运行状态。