第5章同步电机的基本理论

*5.9

微型同步电动机5.12

三相同步发电机的运行特性第5章同步电机的基本理论5.3

三相同步电机的基本结构5.5

三相同步电动机的运行分析5.6

三相同步电动机的功率和转矩5.7

三相同步电动机的的运行特性5.8

三相同步电动机功率因数的调节5.10

三相同步发电机的运行分析5.11

三相同步发电机的功率和转矩5.13

同步发电机与电网的并联运行5.2

三相同步电机的工作原理电机与拖动*5.14

同步发电机的三相突然短路返回主页5.1

同步电机的用途和种类5.4

三相同步电机的型号和额定值高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.1同步电机的用途和种类一、同步电机的用途同步电机最主要的用途是用作发电机。三相同步发电机是当前所有发电厂中所采用的发电机。二、同步电机的种类按能量转换的不同——同步电动机和同步发电机。按相数的不同——单相同步电机和三相同步电机。按安装方式的不同——卧式同步电机和立式同步电机。按转子结构的不同——凸极式同步电机和隐极式同步电机。按原动机的不同——汽轮发电机和水轮发电机等。高等教育出版社高等教育电子音像出版社V1V2W2W1U1U2NS5.2

三相同步电机的工作原理定子+Uf－If转子励磁绕组一、三相同步电动机

定子旋转磁场。转子直流磁极。转子转速同步第5章同步电机的基本理论60f1pn=n0=高等教育出版社高等教育电子音像出版社V1V2W2W1U1U2NS

同步电动机中的磁通势定子——电枢。电枢旋转磁通势Fam转子旋转磁通势F0m气隙旋转磁通势Fm

NSSNn0n0θ

电枢反应——Fam对Fm

的影响。NSSN电动机状态n0n0理想空载状态F0mFamFmθ功角5.2

三相同步电机的工作原理高等教育出版社高等教育电子音像出版社

同步电动机中的感应电动势V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθF0m电枢三相绕组中感应E0Fm电枢三相绕组中感应E1E0在时间上滞后于E1θ角F0m在空间上滞后于Fmθ角－E0在时间上滞后于－

E1θ角5.2

三相同步电机的工作原理高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、三相同步发电机励磁机→F0m旋转的F0m和Φ0E0原动机电枢三相绕组中感应SNn0NSn0θ发电机运行NSSNn0n0

理想空载状态V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθ5.2

三相同步电机的工作原理高等教育出版社高等教育电子音像出版社三相同步发电机空载运行时电枢（定子）：I1(Fam

)=0转子每极磁通：Φ0

空载电动势：E0

=4.44kw1

N1f1Φ0

或电枢相电压：U0P

=E0电枢线电压（Y形联结）：E0

=－j4.44kw1

N1f1Φ0E0

的频率：f1

=pn60如果：f1

=50Hz，则：pn=30005.2

三相同步电机的工作原理U0L

=√3E0高等教育出版社高等教育电子音像出版社

三相同步发电机负载运行时电枢旋转磁通势Fam转子旋转磁通势F0m气隙旋转磁通势Fm

同步电动机中的感应电动势V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθF0m电枢三相绕组中感应E0Fm电枢三相绕组中感应E1E0在时间上超前于E1θ角F0m在空间上超前于Fmθ角5.2

三相同步电机的工作原理高等教育出版社高等教育电子音像出版社三、三相同步电机的可逆运行NSSNn0n0θ电动机状态NSSNn0n0理想空载状态SNn0NSn0θ发电机运行5.2

三相同步电机的工作原理高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.3

三相同步电机的基本结构一、主要部件1.定子（电枢）2.转子由硅钢片叠成。对称三相绕组。(1)定子铁心：(2)定子绕组：(3)机座和端盖等。(1)转子铁心：由整块铸（锻）钢制成。(2)励磁绕组：工作时施加直流励磁。(3)阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组第5章同步电机的基本理论高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、励磁方式1.直流励磁机励磁励磁绕组由小型直流发电机供电。2.静止整流器励磁交流励磁机→整流→直流电3.旋转整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组。电刷集电环励磁绕组。5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社NS+－3~×3~·····×××××+－NS凸极式转子隐极式转子高等教育出版社高等教育电子音像出版社励磁机发电机水轮机5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社小浪底电站水轮机组安装5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社三峡电站首台机组安装5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社水力发电5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社火力发电厂励磁机发电机汽轮机5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社燃烧室燃料锅炉的炉膛循环水汽轮机发电机3600r/min升压变压器超热高压蒸汽电能输出电能的产生5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社

热电厂1煤传送带2加煤机3粉碎机4锅炉5煤渣6空气预热器7静电除尘8烟囱9汽轮机10冷凝器11变压器12冷却塔13发电机14输电线5.3

三相同步电机的基本结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社大连理工大学电气工程系三相同步电机5.3

三相同步电机的基本结构

更多的图片高等教育出版社高等教育电子音像出版社三相同步电机5.3

三相同步电机的基本结构

更多的图片高等教育出版社高等教育电子音像出版社同步发电机5.3

三相同步电机的基本结构

更多的图片高等教育出版社高等教育电子音像出版社大连理工大学电气工程系小型同步电机5.3

三相同步电机的基本结构

更多的图片5.4

三相同步电机的型号和额定值5.4

三相同步电机的型号和额定值1.型号T2500－4/2150三相同步电动机功率(kW)磁极数定子铁心外径（mm）高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.4

三相同步电机的型号和额定值2.额定功率PN

：输出功率的额定值3.额定电压UN：线电压的额定值。4.额定电流IN：线电流的额定值。5.额定频率fN

：50Hz。6.额定转速nN：额定运行时的转速。PN

=√3UNINNN三相同步发电机：PN

=√3UNINN三相同步电动机：高等教育出版社高等教育电子音像出版社一、三相隐极同步电动机的运行分析第5章同步电机的基本理论1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0mFU1→I1→FamE1电枢感应→Φ合成磁通势U1=R1I1－E－E1E

=－j

X

I1※漏磁感应电动势：※R1、X——定子每相绕组的电阻、漏电抗。5.5

三相同步电动机的运行分析R1I1E漏磁通E1E高等教育出版社高等教育电子音像出版社(励磁电动势不变)(电枢反应电动势随负载变化)如果不计磁路饱和，则Uf→If→F0m→Φ0U1→I1→Fam→E0→Φa→Ea

→ER1I1E1=E0

+EaU1=－E1+(R1＋

j

X

)I1所以Ea

=－j

Xa

I1※Xa

——电枢反应电抗。5.5

三相同步电动机的运行分析U1=－E0－Ea－E＋R1I1高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1=－E0＋(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1※

Xs=X＋Xa——同步电抗。一般：R1＜＜

Xs，忽略R1，则U1=－E0＋j

XsI12.等效电路R1jXs+U1－I1－

+E05.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社3.相量图U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I1U1(a)电感性I1R1I1jXsI1－E0Ψ——功率因数角。Ψ——内功率因数角。已知：－E0滞后于－E1θ角，U1=－E1＋(R1＋j

X)

I1θ因此－E0滞后于

U1θ。≈－E1（忽略R1和X）(b)电阻性U1I1－E0jXsI1R1I1θ=Ψ(c)电容性U1I1R1I1jXsI1－E0θΨ

=±5.5

三相同步电动机的运行分析Ψ高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1=－E0＋jXsI1(a)电感性U1I1jXsI1－E0如果忽略R1，则有同样有关系

Ψ=±(b)电阻性U1I1－E0jXsI1θ=Ψ(c)电容性U1I1jXsI1－E05.5

三相同步电动机的运行分析θΨΨ高等教育出版社高等教育电子音像出版社

【例5.5.1】某三相隐极同步电动机，PN=50kW，UN=380V，Y形联结，IN=90A，N=0.8（电感性），R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求在上述条件下运行时的E0、、和。解：电枢相电压和相电流为U1=UN3I1=IN=90A

=arccos0.8=36.87o取参考相量：

U1=220

0oV则I1=90

－36.87oA=V=220V38035.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社由此求得

E0=

159.72V

θ=

28.34oΨ=

－θ

=8.53o－E0=U1－(R1＋jXs)I1

=［220

0o－(0.2＋j1.2

)×90－36.87o］V=159.72－28.34oV

5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社F0m二、三相凸极同步电动机的运行分析

特点：气隙不均匀。同样的Fam→产生不同的Φa→对应不同的Xa。V1V2W2W1U1U2NSFamFam

如果磁路不饱和：将I1分解为两个分量。直轴交轴－E0I1IqΨId直轴分量：Id

=I1sinΨ交轴分量：Iq

=I1cosΨI1=

Id＋Iq——双反应理论。5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社1.基本方程式＋U1－I1Uf→If→F0m→Φ0→E0U1→I1→Id→Iq→Fad→Faq→Φad→Φaq→Ead→EaqΦ

→E

R1I1U1=－E0－Ead－Eaq－E＋R1I1Ead

=－jXad

Id※Xad

——

直轴电枢反应电抗。

Xaq

——

交轴电枢反应电抗。Eaq

=－jXaq

Iq5.5

三相同步电动机的运行分析E0EEadEaq高等教育出版社高等教育电子音像出版社E=－jXσI1I1=Id＋IqU1=－E0＋j

Xad

Id＋j

Xaq

Iq＋j

XσI1＋R1I1=－E0＋j

(Xad＋X)

Id＋j

(Xaq＋X)

Iq＋R1I1U1=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq＋R1I1※Xd

=

Xad＋X——直轴同步电抗。

Xq

=

Xaq＋X——交轴同步电抗。

如果忽略R1，则U1

=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq

5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社Ψ－E0I1IqId－E0I1IqΨId－j(Xd－Xq)IdEQ

设虚拟电动势EQ

=E0－j(Xd－Xq

)Id2.等效电路(a)I1滞后于－E0时jIdEQ(b)I1超前于－E0时jId结论：EQ

与E0同相位。U1

=－E0＋R1I1＋jXd

Id＋jXq

Iq－jXq

Id＋jXq

Id

U1=－EQ＋(R1＋jXq

)I15.5

三相同步电动机的运行分析－j(Xd－Xq)Id高等教育出版社高等教育电子音像出版社※

隐极电动机可视为凸极电动机的特例：

Xd=Xq=Xs

EQ=E0R1jXq+U1－I1－

+EQ5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社3.相量图

设已知U1、I1、、Xd、Xq

。

取U1=U10o(1)画I1。(2)画R1I1

和jXq

I1。(3)画(－EQ)

，确定(－E0)的方位。(4)由I1分解出Id

和Iq。(5)画jXd

Id

和jXq

Iq。(6)画(－E0)。5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社(a)电感性(b)电阻性5.5

三相同步电动机的运行分析IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0R1I1IdU1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1I1R1I1jXqI1－EQIqIdjXd

IdjXq

Iq－E0(c)电容性高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1I1jXqI1－EQIdIqjXd

IdjXq

Iq－E0

忽略R1时的相量图(简化相量图)

(a)电感性jXq

IqU1I1jXqI1－EQIqIdjXd

Id－E0(b)电阻性U1=－EQ

＋jXq

I1U1=－E0＋jXdId＋jXq

Iq

－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ(c)电容性5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社

由相量图求得

Ψ=±θ

由简化相量图还可以求得tanΨ=U1sin±XqI1U1cos※电感性时取“－”，电容性时取“＋”。5.5

三相同步电动机的运行分析Xd=E0－U1cosθIdXq=U1sinθIq－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1=UN3=V=3468.21V60001.732

【例5.5.2】

一台三相凸极同步电动机，UN=6000V，IN=57.8A，Y形联结。当电枢电压和电流为额定值、功率因数

=0.8（电容性）时，相电动势E0=6300V，Ψ=58o，R1忽略不计。求该电动机的Xd

和Xq。

解：电枢相电压和相电流为I1=IN=57.8A由此求得

Id=I1sinΨ=57.8×sin58oA=49.02AIq=I1cosΨ=57.8×cos58oA=30.63A

=Ψ－=58o－36.87o=21.13o5.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社Xd=E0－U1cosθId=Ω=62.52Ω6300－3468.21×cos21.13o49.02Xq=U1sinθIq=Ω=40.82Ω3468.21×sin21.13o30.635.5

三相同步电动机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.6

三相同步电动机的功率和转矩一、功率1.输入功率（不计励磁功率）

P1=3U1I1cos2.电枢铜损耗

PCu=3R1I123.电磁功率

Pe

=P1－PCu5.6

三相同步电动机的功率和转矩高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1I1R1I1jXsI1－E0ΨU1R1I1jXsI1－E0ΨI1

在隐极同步电动机中

Pe=3E0I1cosΨ

在凸极同步电动机中

Pe=3EQI1cosΨ5.6

三相同步电动机的功率和转矩4.空载损耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad铁损耗机械损耗附加损耗高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.输出功率

P2=Pe－P06.总损耗

Pal=

PCu＋PFe＋Pme＋Pad7.功率平衡方程式

P1

－P2=

Pal

8.效率

P1PCuPeP0P2

=×100%

P2P15.6

三相同步电动机的功率和转矩高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、转矩1.转矩平衡方程式

T2=T－T04.空载转矩2.输出转矩5.6

三相同步电动机的功率和转矩3.电磁转矩T2

=P2Ω==9.55P2n60P22nT

=PeΩ==9.55Pen60Pe2nT0

=P0Ω==9.55P0n60P02n高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.6

三相同步电动机的功率和转矩稳定运行时T2=TL

忽略T0，

则

T=T2=TL

高等教育出版社高等教育电子音像出版社

【例5.6.1】

已知某三相同步电动机，n=1500r/min，Xd

=6Ω，Xq

=4Ω，Y形联结。当定子加额定电压UN=380V，转子加负载转矩TL=30N·m时，电枢电流I1=10A，功率因数

=0.8（电容性），Ψ=40o，E0=228V。求P1、Pe、P2、PCu、P0和T2、T、T0。

解：P1=3U1I1cos=3×

I1cosUN3=3×

×10×0.8W=5295.2W3801.732Id=I1sinΨ=10sin40oA=6.43AEQ=E0－(Xd－Xq)Id

=［228－(6－4)×6.43］V=215.14V5.6

三相同步电动机的功率和转矩高等教育出版社高等教育电子音像出版社Pe=

3EQI1cosΨ=3×215.14×10×cos40oW=4944.2WPCu=P1－Pe=(5259.2－4944.2)W=315WP0=Pe－P2=(4944.2－4710)W=234.2WT2=TL=30N·mT0=T－T2=(31.49－30)N·m=1.49N·m

P2=

T2n260=

TLn260=×30×1500W=4710W2×3.1460T

=60Pe2n=N·m=31.49N·m604944.26.28

15005.6

三相同步电动机的功率和转矩高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.7

三相同步电动机的运行特性

运行特性当U1=UN，f1=fN，

If=常数时，I1、T、、

=f(P2)的关系。当U1与E0（即n

和If）为常数时：

Pe

=f(θ)

T

=f(θ)——功角特性——矩角特性一、隐极同步电动机的功角特性和矩角特性如果忽略R1，则有

第5章同步电机的基本理论

U1sinθ=Xs

I1cosΨ高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1I1jXs

I1－E0θΨΨPe

=3sinθ

U1E0XsT

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※当θ=90o时:

Pe

=PeM，T

=TM5.7

三相同步电动机的运行特性代入Pe和T的公式，可得高等教育出版社高等教育电子音像出版社

电动机为电容性时

U1sin=XqI1cosΨXd

Id

=E0－U1cosEQ

=E0－(Xd－

Xq)Id二、凸极同步电动机的功角特性和矩角特性U1I1jXqI1－EQjXd

IdjXq

Iq－E0θΨΨ5.7

三相同步电动机的运行特性

电动机为电感性时

U1sin=XqI1cosΨXd

Id

=U1cos－E0EQ

=E0＋(Xd－

Xq)Id高等教育出版社高等教育电子音像出版社Pe代入Pe

和T的公式可得

3U1E0Xd

=sin1Xq＋

(

－

)

sin23U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin1Xq+(

－

)

sin23U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T＋T

5.7

三相同步电动机的运行特性高等教育出版社高等教育电子音像出版社

讨论：(1)3U1E0Xd

Pe'=sinPe'∝E0，当转子有励磁即If≠0时存在。

(2)1XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，与If

是否存在无关。

结论：(1)

Pe"使PeM。(2)

PeM产生在θ＜90o

处。(3)

功角特性与矩角特性不再是正弦波。——基本分量。——附加分量。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"5.7

三相同步电动机的运行特性高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.8

三相同步电动机功率因数的调节

同步电动机的主要优点

调节If

→

调节cos→－90o＜＜90o(纯电容性)(纯电感性)

调节If

改变cos的原理以隐极同步电动机为例，并忽略R1和T0。调节If时，U1、f1、TL都不变，则T和Pe

不变，即T和P1不变。根据：Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos第5章同步电机的基本理论高等教育出版社高等教育电子音像出版社可得如下关系：E0sinθ=常数

I1cos=常数另一方面:

因此，改变If

而使E0

改变时，I1、θ和均要改变。当If→E0→θ。当If

→E0

→θ。U1=－E0＋j

XsI15.8

三相同步电动机功率因数的调节U1jXsI1－E0θ－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"I1高等教育出版社高等教育电子音像出版社(1)正常励磁当If=If0时，I1与U1同相，

=1,电机呈电阻性。(2)欠励磁

当If

＜If0时，I1(I1'

)滞后于U1，电机呈电感性。If

→

，感性程度。(3)过励磁当If

＞If0时，电机呈电容性，

If

→||

，容性程度

。I1(I1")超前于U1，5.8

三相同步电动机功率因数的调节U1jXsI1－E0－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θI1高等教育出版社高等教育电子音像出版社同步电动机的V形曲线当U1=

UN、f1

=

fN、TL不变时：

I1=f(If

)OI1IfP2'P2"欠励过励

If0＜cos=15.8

三相同步电动机功率因数的调节高等教育出版社高等教育电子音像出版社*5.9

微型同步电动机

微型同步电动机的额定功率：零点几瓦至数百瓦。应用

电报传真机、磁带录音机、精确计时或记录装置。

分类

按定子绕组电源的相数分：单相、三相。按转子结构的不同分：永磁式、磁阻式、磁滞式。一、永磁式同步电动机

转子：永久磁钢，隐极式或凸极式。特点：结构简单、制造方便、和高、成本也高。第5章同步电机的基本理论高等教育出版社高等教育电子音像出版社*5.9

微型同步电动机鼠笼槽反应槽二、磁阻式同步电动机又称为反应式同步电动机。转子：由导磁材料制成，凸极式。特点：结构简单、价格便宜、运行可靠、和较低。

磁阻式同步电动机的转子结构型式(a)外反应式(b)内反应式(c)内外反应式高等教育出版社高等教育电子音像出版社*5.9

微型同步电动机三、磁滞式同步电动机简称电动机。转子：由硬磁材料制成，转子外表呈光滑圆柱形。1.涡流转矩

转子导电→感应涡流涡流转矩当n=n0

时，涡流转矩=0。2.磁滞转矩转子导磁→被磁化→磁极转子磁极轴线滞后于合成旋转磁场轴线3.特点可以运行于同步转速，也可以运行于异步转速。自身具有起动转矩。旋转磁场磁滞现象高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.10

三相同步发电机的运行分析1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0I1→Fam→Φa→EaΦ→ER1I1U1=E0＋Ea＋E－R1I1＋U1－I1第5章同步电机的基本理论一、三相隐极同步发电机的运行分析E0EaE

高等教育出版社高等教育电子音像出版社Ea

=－j

Xa

I1E

=－j

X

I1※Xa

——电枢反应电抗。

X——电枢漏电抗。U1=E0－(R1＋j

X＋j

Xa

)

I1U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I1※Xs=Xa＋X——同步电抗。忽略R1，则U1=E0－jXsI15.10

三相同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社2.等效电路3.相量图根据负载的功率因数和电路方程作相量图。并设：

U1=U10o。+U1－R1jXsI1＋－E０U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I15.10

三相同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社(c)电容性(a)电感性(b)电阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ

忽略R1时：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.10

三相同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社

【例5.10.1】

某三相同步发电机，PN=50kW，UN=400V，Y形联结，N=0.8（电感性）。R1=0.2Ω，Xs=1.2Ω。求空载电压等于额定电压，电枢电流等于额定电流，内功率因数角Ψ=53.1o时的相电压U1

、线电压U1L、功率因数角和功角。解：E0=UN3=

V=231.21V4001.732I1=IN=PN3UNN=A=90.32A50×1031.732×400×0.8取参考相量：则I1=90.32

0oAE0=231.2153.1oV5.8三相同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1=E0－(R1＋jXs)I1=［231.2153.1o－(0.2＋j1.2

)×90.32

0o］V

=14332.36o

V由此求得

U1=143VU1L=

3U1=1.732×143

V=247.39V=32.36o=Ψ－

=53.1o－32.36o=20.74o5.10

三相同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社1.基本方程式Uf→If→F0m→Φ0→E0

I1→Fad

→Faq

→Φad

→Φaq

→Id→Iq→Ead

→EaqΦ

→ER1I1

＋U1

－I1U1=E0+Ead+Eaq+Eσ－R1I1二、三相凸极同步发电机的运行分析5.10

三相同步发电机的运行分析EEaqE0Ead高等教育出版社高等教育电子音像出版社Ead

=－jXad

IdE

=－j

XI1Eaq

=－jXaqIq※Xad

——直轴电枢反应电抗。

Xaq

——交轴电枢反应电抗。

Xσ——电枢漏电抗。U1=E0－jXad

Id－jXaq

Iq－jXI1－R1I1=E0－j(Xad＋X)

Id－j(Xaq＋X)

Iq－R1I15.10

三相同步发电机的运行分析将得高等教育出版社高等教育电子音像出版社※Xd=Xad+

Xσ

——直轴同步电抗。

Xq

=Xaq

+

Xσ

——交轴同步电抗。忽略R1，则U1=E0－jXd

Id－j

Xq

IqU1=E0－jXd

Id－jXq

Iq－R1I15.10

三相凸极同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社2.等效电路

设：EQ

=E0－j(Xd－Xq

)IdU1=EQ－R1I1－j

Xq

I1忽略R1，则U1=EQ－j

Xq

I13.相量图

根据电路方程和负载性质作相量图。

设：U1=U10oI1R1jXq+U1－＋－EQ5.10

三相凸极同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)电容性(a)电感性(b)电阻性

忽略R1时U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.10

三相凸极同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社

【例5.10.2】

某三相同步发电机，已知U1L=11kV，Y形联结，I1=460A，

=0.8（电感性），Xd=16Ω，Xq=8Ω，R1忽略不计。求Ψ、、E0

。解：U1=U1L3==6358.38V11×1031.732VtanΨ=U1sin

＋XqI1U1cos6358.38×0.6＋8×4606358.38×0.8=V=1.47Ψ=arctan1.47=55.84o=Ψ－

=55.84o－36.87o=18.97o

E0=U1cos＋XdId=[(6358.38×cos18.97o＋16×460×sin55.84o)]V=12103.25V5.10

三相凸极同步发电机的运行分析高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.11

三相同步发电机的功率和转矩一、功率1.输入功率2.空载损耗3.电磁功率4.铜损耗5.输出功率6.总损耗P1=T1ΩP0

=PFe＋Pme＋PadPe

=P1－P0PCu=3R1I12P2=Pe－Pcu=3U1I1cosPal=PFe＋PCu＋Pad＋Pme第5章同步电机的基本理论7.功率平衡方程式P1－P2=Pal高等教育出版社高等教育电子音像出版社8.效率P1P0PePCuP2=×100%

P2P1二、转矩1.输入转矩2.空载转矩3.电磁转矩4.转矩平衡方程式T1=P1Ω0T0

=P0Ω0T

=PeΩ0T1=T+T0=P1n602=P0n602=Pen6025.11

三相同步发电机的功率和转矩高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.12

三相同步发电机的运行特性一、外特性当n=nN，If、

=常数时，U1L与I1L的关系，即

U1L=f(I1L)。调节If，使I1L=IN、

=N、U1L=UN时，

If=IfN。电压调整率：保持nN、N、IfN时，OU1LI1Lcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINVR=×100%

E0－UNPUNP第5章同步电机的基本理论高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、调节特性

保持n=nN、U1L=UN、=N

时，If与I1的关系，即If=f(I1)。OIfI1cos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1三、功角特性功角特性：保持n、If、U1不变时，Pe与

的关系，即Pe=f(

)。

矩角特性：保持n、If、U1不变时，T

与

的关系，即T

=f(

)。※

上述关系与同步电动机的关系相同。5.12

三相同步发电机的运行特性高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.13

同步发电机与电网的并联运行

并联运行的优点(1)提高电力系统的经济指标。(2)减少发电厂备用机组的容量。(3)提高电能供应的可靠性。(4)提高电能供应的质量。一、并联运行的条件相序一致、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和在发电机轴上产生大的冲击转矩。第5章同步电机的基本理论高等教育出版社高等教育电子音像出版社U

＋U1A

－S＋

U1B－1.电压相等如果则U1A≠U1B△U=U1A－U1B≠02.频率相等如果：A≠BU1AU1BAB——U=0~2U1U1AU1BU1AU1BUU1AU1BUU1AU1BU5.13

同步发电机与电网的并联运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社U1BUU1BVU1BW3.相序相同如果相序不同，则UU=

0UV=U1AV－U1BVUW=U1AW－U1BWU1AUU1AVU1AWUVUW二、并联运行的方法调节If→调节E0

；调节n→调节f

。1.理想同步法2.自同步法5.13

同步发电机与电网的并联运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社三、有功功率的调节

无穷大电网容量很大、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。1.有功功率的调节方法5.13

同步发电机与电网的并联运行调节进水量进汽量→T1(P1)→T1＞T

+T0→n→

→T→T1

=T

+T0为止，重新在n=n0下稳定运行。高等教育出版社高等教育电子音像出版社2.

静态稳定0Pe/Tθ

90o

aa'5.13

同步发电机与电网的并联运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社0Pe/Tθ

90o

a'0