电机学第5章同步电机(20121011按新书修改)

电机学电气工程学院2023/2/2河海大学2目录第2章变压器

第1章绪论

第5章同步电机第4章异步电机第3章交流电机的共同问题第6章直流电机2023/2/2河海大学3第5章

同步电机

5.2同步电机的运行原理

5.3（补）同步电机的分析方法

5.1同步电机的基本结构

5.4同步电机的运行特征

5.5同步电机并联运行5.6同步电动机与同步调相机

5.7同步电机的突然短路2023/2/2河海大学45.1同步电机的基本知识2023/2/2河海大学5第一节同步电机的基本知识定义：

同步电机是指电机转子的转速与磁场转速相同的交流电机。同步电机的转速为一.基本类型与用途：

⑴主要用来作为发电机运行；⑵也可作为电动机应用，一般使用在不需要调速的低速大功率机械中；⑶此外，可作为同步补偿机，向电网输送感性和容性无功功率。另外，从原动机分：汽轮发电机、水轮发电机…2023/2/2河海大学6第一节同步电机的基本知识二、同步电机的基本结构形式同步电机一般由定子、转子、端盖和轴承等部件构成。同步电机的定子和异步电机相同，定子铁芯上有齿和槽，槽内设置三相绕组。转子上装有磁极和励磁绕组。同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋转磁极式电机。

旋转磁极式电机同步电机的转子有凸极和隐极两种结构形式。用汽轮机作为原动机来拖动的称为汽轮发电机，一般采用隐极式结构；用水轮机作为原动机来拖动的称为水轮发电机，一般采用凸极式结构。同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机大多做成凸极式。2023/2/2河海大学7第一节同步电机的基本知识二、同步电机的构造特点（一）定子同步电机的定子大体上和异步电机相同，是由铁芯、绕组、机座以及固定这些部分的其他构件组成。（二）转子（以同步发电机为例）1、汽轮发电机转子结构现代汽轮发电机一般都是二极的，同步转速为3000或3600r/min。这是因为提高转速可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构。2、水轮发电机转子结构大型水轮发电机通常都是立式结构，它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特点是直径大、长度短。2023/2/2河海大学8第一节同步电机的基本知识1、汽轮发电机转子结构现代汽轮发电机一般都是二极的，同步转速为3000或3600r/min。提高转速可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构。2023/2/2河海大学9第一节同步电机的基本知识2、水轮发电机转子结构

大型水轮发电机通常都是立式结构它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特点是直径大、长度短。转子磁极上套装励磁绕组极靴上有阻尼绕组2023/2/2河海大学102023/2/2河海大学11中国制造的30万千瓦双水内冷汽轮发电机2023/2/2河海大学12同步电机转子结构2023/2/2河海大学13隐极同步电机剖面图2023/2/2河海大学14第一节同步电机的基本知识三、同步电机的额定值同步电机的额定值（名牌值）由以下几种：（1）额定容量或额定功率（2）额定电压是指同步电机在额定运行时其定子三相的线电压（4）额定电流是指同步电机在额定运行时流过其定子绕组的线电流同步发电机同步电动机同步调相机额定容量发电机出线端的额定视在功率（VA）转轴上输出的有效机械功率（W）发电机出线端输出的无功功率（Var）额定功率发电机输出的额定有功功率（W）2023/2/2河海大学15第一节同步电机的基本知识（4）额定功率因数是指同步电机在额定运行时的功率因数。（5）额定效率是指额定运行时的效率。（6）额定转速和额定频率是指同步电机运行时的转速（r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。（7）额定励磁电压和额定励磁电流是指同步电机额定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。(对三相交流发电机)(对三相交流电动机)2023/2/2河海大学16第二节同步电机的励磁系统同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有重要影响。

分类，励磁系统主要有两大类：一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的交流励磁机整流励磁系统。2023/2/2河海大学17第二节同步电机的励磁系统1、直流励磁机励磁系统直流励磁机通常与同步发电机

同轴，当发电机转起来以后，励磁机就可以为其供给直流电流。最常用的是直流并励发电机（如图所示）；直流他励发电机；直流复式励磁发电机。2、交流励磁机整流励磁系统当发电机容量较大时，由于换向困难不适宜采用直流励磁机，这时一般采用交流励磁机与整流装置相配合来共同构成励磁系统。2023/2/2河海大学18第二节同步电机的励磁系统根据装置的放置位置可以分为静止整流励磁和旋转整流励磁两种1）静止整流励磁静止整流励磁分为他励式和自励式两种，下图为他励式静止整流励磁系统。1—发电机；2—交流主励磁机；3—交流副励磁机；4—硅整流机；5—可控硅整流机；6—自动电压调整器（主励为100Hz同步发电机，副励为500Hz中频同步发电机）2023/2/2河海大学19第二节同步电机的励磁系统他励式静止整流器励磁系统原理：主励(2)经整流(4)向发电机(1)提供If;主励的励磁电流由副励磁机(3)提供优点：运行、维护方便，用硅整流代替换向器不仅提高了励磁容量，而且大大提高了发电机运行可靠性；缺点：接线设备复杂，起动时需要另外的直流起励电源向副励磁机供给励磁电流。

自励式系统优点：便于维护，电压稳定性较高，动态特性好。2023/2/2河海大学20第二节同步电机的励磁系统2）旋转整流励磁

旋转电枢式。交流主励磁机:电枢、整流装置与主发电机的励磁绕组均装设在同一旋转体上，不需要集电环和电刷装置，所以这种系统又称为无刷励磁系统。

1—交流副励磁机；2—交流主励磁机；3—同步发电机；4—自动电压调节器2023/2/2河海大学21第二节同步电机的励磁系统旋转整流励磁系统优点：由于取消了电刷和集电环，所以这种励磁方式的运行比较

可靠，维护简单，尤其适合于要求防燃、防爆的特殊场合。

缺点：发电机励磁回路的灭磁时间常数较大，对迅速消除主发电机的内部故障不利；转子绕组保护困难。2023/2/2河海大学225.2同步电机的运行原理2023/2/2河海大学23第三节同步电机的空载运行1.同步发电机工作原理2023/2/2河海大学24第三节同步电机的空载运行当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为的一组对称三相空载电动势：忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为式中：为每极的主磁通量2023/2/2河海大学25第三节同步电机的空载运行2、主磁通与漏磁通空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个部分。

主极磁通是否通过气隙交链主磁通通过于定子绕住相交链主极漏磁通不通过仅与励磁绕组相交链2023/2/2河海大学26第三节

同步电机的空载运行3、电压波形正弦畸变率改善发电机发出电势波形的基本途径：励磁电流产生接近与正弦分布的气隙磁密波形；定子每相绕组采用分布和短距线圈；三相绕组采用Y接法。恒量指标：电压波形正弦畸变率实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度一般用电压波形正弦畸变率来表示，即2023/2/2河海大学27第四节对称负载时的电枢反应1.电枢反应空载：I≈0，Fa≈0，气隙磁场只由转子电流产生；负载时：I≠0，Fa≠0,Fa对Ff的影响称电枢反应电枢磁势与转子磁势间的相对位置取决于负载电流的性质。同步机空载电势电机输出电流之间的相角定义为内功率因数角。时，时，电流滞后于；端电压和之间的相位角称为外功率因数角

。

下面将分析各种不同角时的电枢反应。2023/2/2河海大学28第四节对称负载时的电枢反应

(简略)一、内功率因数角

2023/2/2河海大学29第四节对称负载时的电枢反应Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势有增磁作用因为I、E同相，所以不发无功功率

2023/2/2河海大学30第四节对称负载时的电枢反应二、内功率因数角同步发电机的剖面简图磁势的空间展开图直轴相轴，交轴直轴交轴A相轴2023/2/2河海大学31第四节对称负载时的电枢反应二、内功率因数角时间相量图时空矢量图相轴交轴时轴直轴时轴2023/2/2河海大学32第四节对称负载时的电枢反应

2023/2/2河海大学33第四节对称负载时的电枢反应三、内功率因数角同步发电机的剖面简图磁势的空间展开图直轴相轴，交轴直轴交轴2023/2/2河海大学34第四节对称负载时的电枢反应三、内功率因数角

Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势有增磁作用因为I、E反相，所以不发无功功率2023/2/2河海大学35第四节对称负载时的电枢反应四、内功率因数角同步发电机的剖面简图磁势的空间展开图直轴相轴，交轴直轴交轴2023/2/2河海大学36第四节对称负载时的电枢反应四、内功率因数角时间相量图时空矢量图时轴相轴，交轴时轴直轴2023/2/2河海大学37第四节对称负载时的电枢反应☆结论：同步电机的运行方式可以由内功率因数角来判断。同步电机作为发电机运行时，转子磁场将较定子磁场超前

同步电机作为电动机运行时，定子磁场将较转子磁场超前2023/2/2河海大学385.3同步发电机的分析方法（补充）2023/2/2河海大学39第五节隐极同步发电机的分析方法一、电磁关系

当不考虑磁路饱和现象时，认为转子磁场与电枢磁场分别在定子绕组中感应电势。转子感应的电势称为空载电势，用表示；电枢磁场感应的电势称为电枢反应电势，用表示。电磁关系如下：2023/2/2河海大学40第五节隐极同步发电机的分析方法二、电路方程

三、等效电路等效电路，如右图所示。隐极同步发电机在稳态运行时的等效电路是简单的独立回路，没有次级侧回路和其它耦合回路。2023/2/2河海大学41第五节隐极同步发电机的分析方法四、电枢反应电抗

比例系数是与电机结构有关的常数，称为电枢反应电抗。写成相量形式：上式说明了电枢反应电抗的物理意义：可以把电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢反应电势看成相电流所产生的一个电抗电压降，这个电抗就是电枢反应电抗。2023/2/2河海大学42第五节隐极同步发电机的分析方法五、同步电抗▲定子回路电压平衡式改写为

其中

为同步电抗

为同步阻抗▲实际应用中主要关心同步电抗：在计算同步电机的各种性能时，一般仅需应用同步电抗；测量同步电抗较为方便。▲等效电路变化隐极同步发电机的等效电路2023/2/2河海大学43第五节隐极同步发电机的分析方法六、隐极发电机的相量图

同步电机的三个角：外功率因数角

内功率因数角

功角2023/2/2河海大学44第六节凸极同步发电机的分析方法一、凸极同步电机的电枢反应——双反应理论

由于凸极同步机的气隙不均匀，气隙各处的磁阻不同，在极面下的磁导大，两极之间的磁导小，所以在分析电枢反应时，采用双反应法，即把电枢基波磁动势分解为作用在直轴上的和作用在交轴上的，还可以将电枢电流分解为和，即2023/2/2河海大学45第六节凸极同步发电机的分析方法二、电磁关系当不计磁路饱和现象时，在定子绕组中分别成立直轴电枢反应电势和交轴电枢反应电势。其基波分量不别记作和。2023/2/2河海大学46第六节凸极同步发电机的分析方法二、电路方程和等效电路则凸极同步发电机的定子绕组的电压平衡式为2023/2/2河海大学47第六节凸极同步发电机的分析方法三、直轴与交轴电枢反应电抗和同步电抗

（1）直轴电枢反应电抗、交轴电枢反应电抗比例系数是与电机结构有关的常数。其中：xad、xaq分别称直轴电枢反应电抗，交轴电枢反应电抗2023/2/2河海大学48第六节凸极同步发电机的分析方法写成相量形式：(2)直轴同步电抗和交轴同步电抗

设为定子每相漏抗，则可把漏抗与电枢反应电抗合并，即

式中：称之为直轴同步电抗，称之为交轴同步电抗。2023/2/2河海大学49第六节凸极同步发电机的分析方法四、凸极发电机的相量图1.定子绕组的电压平衡式若把电枢反应电势看作是电抗压降，则定子绕组的电压平衡式为

或

另：隐极同步电机可看作凸极同步电机的特例来看。因为隐极机的气隙均匀，气隙磁场波的波形系数。，只需要用一个参数来表示同步电抗。2023/2/2河海大学50第六节凸极同步发电机的分析方法2.的方向平衡方程中加、减2023/2/2河海大学51第六节凸极同步发电机的分析方法2.画向量图的步骤：凸极同步发电机的相量图（过激时）2023/2/2河海大学525.4同步发电机的运行特性（对应教材5.3）2023/2/2河海大学53第七节同步发电机的空载、短路

和负载特性一、空载特性

同步发电机的转子套组加上直流励磁，电枢绕组开路，即为同步发电机的空载运行。空载特性就是讨论转子直流励磁电流和空载电势的关系。因为空载电动势和转子磁场的每极磁通成正比，转子励磁电流和转子励磁磁动势成正比，因此只要选取不同的比例尺，和同步电机的磁化曲线是相同的。

空载特性可通过电机的磁路计算或实验测得，接线图如右所示，

AV2023/2/2河海大学54第七节同步发电机的空载、短路

和负载特性一、空载特性

1.定义选取不同的比例尺，与同步电机的磁化曲线相同。2.测量空载特性可通过电机的磁路计算或实验测得，接线图如右所示，

AV2023/2/2河海大学55第七节同步发电机的空载、短路

和负载特性磁滞回线0a为所求的空载特性，由剩磁所感应的电动势，称为剩磁电动势。存在剩磁，校正：向左平移oc。2023/2/2河海大学56第七节同步发电机的空载、短路

和负载特性典型的空载特征

开始一段实际上是一条直线，因为此时很小，电机磁路中的铁磁部分未饱和。If增大，逐渐饱和。饱和系数：E0*=1时：总磁势与气隙磁势之比

空载特性曲线的用途：a.求取同步电机的参数和特性外；b,.在发电厂中测空载特性以检查三相电枢绕组的对称性。2023/2/2河海大学57第七节同步发电机的空载、短路和负载特性二、短路特性1、定义2、用途

说明同步发电机的特性测定同步电机的参数3、短路特性

同步发电机在短路时的量相量图。U＝0很小很小（很小）电机磁路处于不饱和又，所以，短路特性为一直线（）。2023/2/2河海大学58第七节同步发电机的空载、短路和负载特性三、负载特性1。定义：

右图为不同的和不同的时的负载特性，其中(1)空载特性，(2)零功率因数特性，通过零功率因数曲线和空载特性曲线可以求取饱和同步电抗及电枢电抗。2023/2/2河海大学59第八节同步发电机的参数及测定一、同步电抗的测定1、不饱和同步电抗的测定右图1-空载特性,2-短路特性，不计电枢电阻，U=0时，隐极机：凸极机：因Ik滞后E090度,Iq=0,Id=Ik所以：

用近似，则这样测得的同步电抗为不饱和同步电抗。对隐极机而言，所测定的同步电抗为；对凸极机而言，所测定的同步电抗为。2023/2/2河海大学60第八节同步发电机的参数及测定2、求饱和同步电抗纯电感负载时，空载电动势、端电压和同步电抗之间的代数关系为

右图所示为空载特性和的零功率因数曲线。其中，，所以饱和同步电抗的标么值为不饱和同步电抗比饱和同步电抗大得多。2023/2/2河海大学61第八节同步发电机的参数及测定二、短路比短路比：在空载时使空载电动势有额定值时的励磁电流与在短路时使短路电流有额定值时的励磁电流之比。

短路比与同步电抗有关，设为不饱和同步电抗，则从图中可得，，则同步电抗的标么值为2023/2/2河海大学62第八节同步发电机的参数及测定短路比大小与电机性能的关系（了解）一般，汽轮发电机较小:0.5~0.7水轮发电机较大:1.0~1.42023/2/2河海大学63第九节同步发电机的稳态运行特性一、外特性

外特性是指当，时，发电机的端电压与电枢电流之间的关系曲线。右图为不同功率因数的负载时同步发电机的外特性。由图可见，感性负载和纯电阻负载时，外特性下降；容性负载时，外特性上升。外特性即可以用直接负载法测取，亦可用作图法求出。2023/2/2河海大学64第九节同步发电机的稳态运行特性二、电压变化率当发电机的端电压为额定值，并输出额定负载(，)时，称为同步发电机的额定工作状态。如右图所示，端电压升高的数值用额定端电压的百分数来表示就称为同步发电机的电压变化率，或称为电压调整率，用表示，即2023/2/2河海大学65第九节同步发电机的稳态运行特性三、调整特性同步发电机正常运行情况下，当端电压和负载的功率因数一定时，表示负载电流和励磁电流之间关系的曲线称为调整特性，即

右图表示了端电压为额定，不同负载功率因数时的调节特性，调节特性的变化趋势与外特性恰好相反。2023/2/2河海大学66第九节同步发电机的稳态运行特性四、效率特性同步发电机的效率特性是指，，时，发电机的效率与输出功率的关系即发电机的效率可以通过直接负载法和损耗法分析求出。用损耗法计算公式如下2023/2/2河海大学675.5同步发电机在大电网上运行(书5.4)第11节隐极同步发电机的功角特性第12节凸极式同步发电机的功角特性第13节同步发电机的有功功率的调节第14节无功功率的调节和V形曲线第15节同步电动机与同步补偿机

第10节同步发电机的并联运行2023/2/2河海大学68第10节同步发电机的并联运行对供电的要求主要是：保证足够的用电量，高的供电质量（电压和频率为额定值），以及经济、可靠。▲电力系统中有许多发电厂并联供电，可以合理地利用动力资源，对国民经济有很大意义。同步发电机并联运行，是同步发电机最基本地运行方式，研究和掌握它地运行性能是有主要意义的。▲当单台发电机满足U=const，f=const时，称为无穷大电网或无穷大汇流排。▲同步发电机并联运行与变压器并联运行的区别变压器同步发电机初级、次级电压必须相等，绕组阻抗决定负载电流的分配，负载电流能与容量成正比额定电压、额定频率相等，并联后有共同的端电压，空载电势可不相同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配2023/2/2河海大学69第10节同步发电机的并联运行一、并联运行的方法为了投入并联所进行的调节和操作过程称为整步过程，有准确整步法和自整步法两种方法。1、准确整步法把发电机调整到完全合乎投入并联的条件，然后投入电网，叫做准确整步法。最简单的同步指示器由三个同步指示灯组成，有直接接法和交叉接法两种接法（见图）。2023/2/2河海大学70第10节同步发电机的并联运行直接接法的接线和相量图VVV电网f待投入的发电机，fQ1231232023/2/2河海大学71第10节同步发电机的并联运行交叉接法的接线和相量图VVV电网f待投入的发电机，fA123ABCABCn1232023/2/2河海大学72第10节同步发电机的并联运行2、自整步法自整步法的原理接线图如下所示。投入的步骤：校验发电机的相序，把发电机拖动到接近同步转速；励磁绕组经限流电阻短路；把发电机投入电网，再立即加上直流励磁；自动牵入同步。优点：投入迅速，不需增添复杂的装置；缺点：投入时定子电流冲击稍大。励磁电源2023/2/2河海大学73第11节隐极同步发电机的功角特性功率流程图（均为每相值）其中为机械功率，为机械损耗为铁芯损耗，为附加损耗为电磁功率△机械损耗和铁芯损耗合并考虑为空载损耗。△励磁回路所消耗的电功率一般由原动机或其它电源供给，故不包括在功率流程图中，由图可得关系式：△如这一同步机为电动机，则功率流程将倒转为输入功率，为输出功率。△取发电机输出功率为正值，电动机输入功率为负值。在发电机情况下，；在电动机的情况下，，故上式同样适用于电动机和发电机。

P1PMPpmpFepCu12023/2/2河海大学74第11节隐极同步发电机的功角特性一、功率表示式

隐极式同步发电机的等效电路及其向量图如右图所示，由相量图得：再从等效电路可以求得电枢电流为：

如把端电压放在参考轴上，则有2023/2/2河海大学75第11节隐极同步发电机的功角特性同步电抗可以表示为式中整理得，将其带入式，便得端点功率与电磁功率的表示式各为如略去，则上式简化为2023/2/2河海大学76第11节隐极同步发电机的功角特性三、转矩特性同步电机的转速为同步转速，且经常保持不变，故转矩和功率成正比。如略去电枢电阻则得电磁转矩公式为

从功角特性公式可见，同步功率（或同步转矩）随着功角而变化，且有一极限最大值，最大功率与额定功率之比称为过载能力用表示，设一隐极式同步机，在额定运行时的功角为则有2023/2/2河海大学77第11节隐极同步发电机的功角特性二、功角特性

功率或随着角而变化的关系称为功角特性。

不稳定稳定不稳定

隐极同步电机略去电阻时的功角特性2023/2/2河海大学78第12节凸极式同步发电机的功角特性一、功率表示式

求凸极式同步电机的功率表示式时，把电枢电阻略去不计，略去电阻后的相量图如右图所示。从图可得到下列关系因为电阻被略去，故有经过化简得 （功角特性表示式）2023/2/2河海大学79第12节凸极式同步发电机的功角特性二、功角特性

对凸极机来说电磁功率包含两部分，第一项称为基本

电磁功率;第二项称为附加电磁功率（磁阻功率）

2023/2/2河海大学80第12节凸极式同步发电机的功角特性凸极机的最大电磁功率比具有相同、、值的隐极机略大。越大附加电磁功率在总电磁功率中的比例越小。功角为同步机的重要变量,值决定同步机电磁功率大小;且当转子磁场超前合成磁场时设，发电机运行；反之，时，同步机作为电动机运行2023/2/2河海大学81第13节同步发电机的有功功率的调节一、有功功率的调节要调节与电网并联的同步发电机的输出有功功率，只需要调节发电机的输入机械功率，这时发电机内部会自行改变位移角。

同步发电机在稳定不稳定同步电动机在稳定不稳定2023/2/2河海大学82第13节同步发电机的有功功率的调节二、静态稳定的概念静态稳定的概念同步发电机能在瞬时扰动消除后，继续保持原来的平衡运行状态，就称为这时的同步发电机是“静态稳定”的，否则就是静态不稳定。左图所示表示了静态稳定的概念。从图可以得出结论：处于功角特性曲线上升部分的工作点都是都是静态稳定的；下降部分的工作点都是静态不稳定。2023/2/2河海大学83第13节同步发电机的有功功率的调节静态稳定的条件用数学式表示为用微分表示为

比整步功率随变化关系为比整步功率，用符号表示。对于隐极式同步电机的比整步功率为如左图所示，当功角发生一个变化时，如果愈大，即数值愈大，发电机的运行就愈稳定。2023/2/2河海大学84一、无功功率的调节◆电网的负载包括有功功率和无功功率。同步发电机与电网并联后，要向电网供给有功功率和无功功率。以隐极式同步电机为对象，并忽略电枢电阻，

（感性为正）右图为不计电枢电阻时的隐极式电机相量图，由图可见

将其代入无功功率表达式得5.4.5无功功率的调节和V形曲线2023/2/2河海大学855.4.5无功功率的调节和V形曲线上式即为无功功率的功角特性。当激磁不变时，与的关系为余弦函数，如右图所示若同步发电机输出的有功功率不变，则当和均不变时可得2023/2/2河海大学865.4.5无功功率的调节和V形曲线下图是时调节激磁电流的相量图

※由图易出结论：当发电机与无穷大电网并联时，调节励磁电流大小，就可以改变发电机输出的无功功率，不仅能改变无功功率的大小，而且能改变无功功率的特性。过激电枢电流是滞后电流输出感性无功功率欠激电枢电流是超前电流输出容性无功功率2023/2/2河海大学875.4.5无功功率的调节和V形曲线二、V形曲线曲线形状象字母“V”故称为V形曲线。当P增加时，曲线向上移。当调节If，使I最小，该点即V形曲线上的最低点，功率因数为1。V形曲线族最低点连线表示；右端为过激区，左边为欠激区。◎注：如要只改变有功功率，在调节原动机功率输入的同时要适当改变同步发电机的激磁。2023/2/2河海大学885.5同步电动机与同步调相机2023/2/2河海大学895.5同步电动机同步电动机的优点功率因素高，可调（主要优点）低速同步电机体积甚至小于异步机过载能力强两种分析方法：仍按发电机观点，只要大于90度即可按电动机观点，另行分析，另列方程等发电机观点2023/2/2河海大学90第15节同步电动机(一）仍按发电机观点发出电功率＜0，即吸收电功率1.隐极电动机2023/2/2河海大学91第15节同步电动机2.凸极机

电动机发电机2023/2/2河海大学92第15节同步电动机（二）按电动机观点电势均为反电势（通过变压器、异步电机原方方程引出）隐极电动机（书235式5-5-1不妥）平衡方程相量图凸极电动机：2023/2/2河海大学935.5.3同步电动机的起动同步电机不能自起动，必须借助其他方法，现在主要是：异步起动法

阻尼绕组与异步电机转子绕组类似，又称起动绕组①把同步电动机的励磁绕组经过外电阻短接：R=10rf

②将同步电动机定子绕组接通电源,类似异步电机起动，接近同步速度③将励磁绕组与直流励磁电源接通（牵入同步）其他起运方式辅助起运娈频起运2023/2/2河海大学945.5.4同步调相机一、原理、用途功率因数角＝0，P=0；Q>0功率因数角＝180，P=0；Q<0二、特点容量为过励时的S轴小、Xd适当大

2023/2/2河海大学955.7同步发电机突然短路

(6学分了解，4学分不要求)第17节同步发电机突然短路的物理过程第18节同步电机的瞬态电抗和超瞬态电抗第19节三相突然短路电流第20节同步电机振荡的物理概念2023/2/2河海大学96第17节同步发电机突然短路的

物理过程同步发电机突然短路时,各绕组中会出现很大的冲击电流,其峰值可达额定电流的十倍以上.突然短路的瞬态过程很短,却可能带来严重的后果。如左图所示，合上开关使绕组1突然短路，绕组中的电压方程为如把电阻忽略，则上式变成它的一般解为：，设，则d轴2023/2/2河海大学97第17节同步发电机突然短路的

物理过程所以没有电阻的闭合绕组的磁链不会变化，永远等于突然短路瞬间。

结论：在没有电阻的闭合回路中，磁链将保持不变，这一简单关系称为磁链不变原则。

下面用磁链不变原则分析无阻尼绕组同步发电机空载运行时，在发电机出线端点处发生三相突然短路后电机各绕组中的磁链变化情况。分析时假设：

△励磁电流不变；

△转子转速保持不变；

△不计饱和影响。

2023/2/2河海大学98第17节同步发电机突然短路的

物理过程同步发电机空载时，转子旋转磁场将在各定子绕组中形成磁链，，和，如左图（a）所示，因为此时定子绕组开路，所以定子绕组中没有电流，不产生定子磁场。

左图(b)为A相磁链的变化情况。2023/2/2河海大学99第18节同步电机的瞬态电抗

和超瞬态电抗一、直轴瞬态电抗

下图为没有阻尼绕组的同步电机突然短路时（a）稳定短路（b）突然短路初瞬，电枢磁通所经过的路径。（a）(b)2023/2/2河海大学100第18节同步电机的瞬态电抗

和超瞬态电抗稳定短路时，定子电流所遇到的磁阻较小，定子电流所遇到的电抗为数值较大的同步电抗。突然短路时，在短路初瞬，由于磁链不变原则，如图（b）所的，被挤到转子外侧的漏磁路中去。变大，则此时电枢电流的电抗变小，使突然短路初始瞬间有较大的短路电流。这个限制电枢电流的电抗称为直轴瞬态电抗，用表示，可见。由于转子绕组有电阻，使突然短路时较大的冲击电流逐渐减小，最后短路电流为所限制。此时，电机已从突然短路状态过渡到稳定短路状态。2023/2/2河海大学101第18节同步电机的瞬态电抗

和超瞬态电抗二、直轴超瞬态电抗当转子上装有阻尼绕组时，电枢磁通路径如右图所示。此时，磁路的磁阻更大了，与之相应的电抗将有更小的数值，称为直轴超瞬态电抗。短路初瞬，定子绕组中的短路电流将为所限制，在最初几个周波后，定子电流为所限制，最后到达稳态值时，定子电流为所限制。

2023/2/2河海大学102第18节同步电机的瞬态电抗

和超瞬态电抗三、和的表示式同步发电机装有阻尼绕组时全部电枢磁通所经磁路的总磁导为由于电抗和磁导成正比，则直轴超瞬态电抗等效电路图2023/2/2河海大学103第18节同步电机的瞬态电抗

和超瞬态电抗如转子上没有阻尼绕组或当阻尼绕组中的感应电流衰减完毕，磁路的总磁导为直轴瞬态电抗的表示式为直轴瞬态电抗等效电路图2023/2/2河海大学104第18节同步电机的瞬态电抗

和超瞬态电抗四、交轴瞬态电抗及其表示式

如同步发电机经过负载阻抗短路，则由短路电流所产生的电枢磁场不仅有直轴分量，也有交轴分量。在突然短路初始瞬间，沿着交轴的电抗为和。称为交轴瞬态电抗，称为交轴超瞬态电抗。