电机与拖动课程第5章同步电机的基本理论

*5.7微型同步电动机5.10三相同步发电机的运行特性5.2三相同步电机的基本结构5.1三相同步电机的工作原理第5章同步电机的基本理论5.2三相同步电机的基本结构5.3三相同步电动机的运行分析5.4三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5.6三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5.9三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5.1三相同步电机的工作原理第5章（作者：贺晓蓉）V1V2W2W1U1U2NS5.1三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60f1pn=n0=第5章（作者：贺晓蓉）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功角第5章（作者：贺晓蓉）

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角第5章（作者：贺晓蓉）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V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmθ闭合回路三相交流电

第5章（作者：贺晓蓉）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发电机运行第5章（作者：贺晓蓉）同步电机与异步电机主要结构部件对比：从结构上看，二者定子绕组和定子铁心完全一样，而且转子铁心也都由导磁材料构成，二者的区别就在于转子结构。5.2三相同步电机的基本结构第5章（作者：贺晓蓉）在同步电机中，转子是主磁极，当外加的直流励磁电流流入转子绕组时，转子铁芯便表现出固定的极性，随转子一起旋转，相当于一块旋转的磁铁。在异步电机中转子绕组是一个自行闭合的绕组，当气隙磁场切割转子绕组时，便会在转子绕组中感应电势产生电流，转子铁芯便表现为表面旋转变化的磁极。第5章（作者：贺晓蓉）第5章（作者：贺晓蓉）一、主要部件1.定子（电枢）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。定子铁芯端盖第5章（作者：贺晓蓉）汽轮发电机的定子第5章（作者：贺晓蓉）(1)转子铁心：由整块铸（锻）钢制成。(2)励磁绕组：工作时施加直流电励磁。(3)阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组在同步发电机中，阻尼绕组抑制转子机械振荡；在同步电动机中，阻尼绕组做起动绕组用。2.转子第5章（作者：贺晓蓉）NS+－3~×3~·····×××××+－NS按转子结构的不同：隐极式、凸极式。(a)凸极式(b)隐极式磁极数多、直径大、气隙不均匀。多用于水轮发电机和一般中小型同步电机。磁极数少，直径小，气隙均匀。主要用于大型汽轮发电机。第5章（作者：贺晓蓉）转子铁芯(a)凸极式(b)隐极式第5章（作者：贺晓蓉）区别：对于高速旋转的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。汽轮发电机：由气轮机作为原动机，卧式安装、转速高、极对数少，采用隐极式。火电站和核电站采用。水轮发电机：由水轮机作为原动机，立式安装、转速低、极对数多，采用凸极式。水电站采用。第5章（作者：贺晓蓉）水轮发电机：立式安装励磁机发电机水轮机第5章（作者：贺晓蓉）小浪底电站水轮机组安装第5章（作者：贺晓蓉）三峡电站首台机组安装第5章（作者：贺晓蓉）大连理工大学电气工程系水力发电第5章（作者：贺晓蓉）汽轮发电机：卧式安装励磁机发电机汽轮机第5章（作者：贺晓蓉）火力发电厂第5章（作者：贺晓蓉）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第5章（作者：贺晓蓉）

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输电线第5章（作者：贺晓蓉）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。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。电刷集电环励磁绕组。第5章（作者：贺晓蓉）在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。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。在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往往用氢气冷却，但是氢气与空气混合后，有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。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氢气及水等。三、冷却系统第5章（作者：贺晓蓉）补充：超导体发电机近年来世界各国开始研制超导体气轮发电机，它是巨型气轮发电机的一种很有前途的冷却方式。由于超导状态下电机绕组的电阻完全消失，从而彻底解决了电机的温升问题，也大大提高了电机的效率。所谓超导发电机是指常规发电机的励磁绕组导线采用超导体或励磁绕组与电枢绕组均采用超导体的发电机后者又叫做全超导发电机。现各国研制的超导发电机大多数是前者。世界首座高热超导体氢发电厂2006年11月在德国巴伐利亚一座水电厂安装。这座发电厂由Zenergy电力公司开发，装机为1.25兆瓦。据公司宣称，氢发电机以Zenergy公司有名的高温超导体材料制造，它能使机器效率提高到98％以上。第5章（作者：贺晓蓉）超群的超导磁体

由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。

超导磁体在电力方面的应用：可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。超导发电机

在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。第5章（作者：贺晓蓉）磁流体发电机磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为5万～6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。

超导输电线路

超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。有专家预测，按现在的电价和用电量计算，如果我国输电线路全部采用超导电缆，则每年可节约400亿元。

第5章（作者：贺晓蓉）图：75m、10.5kV/1.5kA交流高温超导电缆

云电集团、英纳超导公司于2004年完成33m长、35kV/2kA高温超导交流电缆的开发，安装在云南普吉变电站中运行。

第5章（作者：贺晓蓉）四、额定值1.额定电压UN：线电压的额定值。2.额定电流IN：线电流的额定值。3.额定功率PN：输出功率的额定值。三相同步电动机：PN

=√3UNINNN三相同步发电机：PN

=√3UNINN4.额定转速

nN：额定运行时的转速。5.额定频率fN：50Hz。第5章（作者：贺晓蓉）一、三相隐极同步电动机的运行分析1.基本方程式＋U1－Uf→If→F0mFmU1→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。5.3三相同步电动机的运行分析R1I1E漏磁通E1ER1I1第5章（作者：贺晓蓉）(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

)I1Ea

=－j

Xa

I1※Xa

——电枢反应电抗。U1=－E0－Ea－E＋R1I1叠加定理忽略磁路饱和第5章（作者：贺晓蓉）在同样大小电流情况下,如果越大，电枢反应电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此的大小可以说明电枢反应的强弱。※Xa

——电枢反应电抗。第5章（作者：贺晓蓉）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－

+E0第5章（作者：贺晓蓉）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角。≈－E1（忽略R1和X）(b)电阻性U1I1－E0jXsI1R1I1θ=Ψ(c)电容性U1I1R1I1jXsI1－E0θΨ

=±Ψ感性取负容性取正第5章（作者：贺晓蓉）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－E0θΨΨθ第5章（作者：贺晓蓉）大连理工大学电气工程系二、三相凸极同步电动机的运行分析

特点：气隙不均匀。同样的(I1)Fam

→产生不同的Φa

→对应不同的Xa

。

如果磁路不饱和：将I1分解为两个分量。－E0I1IqΨId直轴分量：Id

=I1sinΨ交轴分量：Iq

=I1cosΨI1=

Id＋Iq——双反应理论。5.3三相同步电动机的运行分析V1V2W2W1U1U2NSFam直轴d交轴qF0mE0

=－j4.44kw1

N1f1Φ0第5章（作者：贺晓蓉）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

IqE0EEadEaqR1第5章（作者：贺晓蓉）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

∵交轴方向的气隙大第5章（作者：贺晓蓉）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

)I1－j(Xd－Xq)IdE0E0第5章（作者：贺晓蓉）※

隐极电动机可视为凸极电动机的特例：

Xd=Xq=Xs

EQ=E0R1jXq+U1－I1－

+EQR1jXs+U1－I1－

+E0U1=－EQ＋(R1＋jXq

)I1第5章（作者：贺晓蓉）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)。IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1=－EQ＋(R1＋jXq

)I1U1=－E0＋jXd

Id＋jXq

Iq＋R1I1第5章（作者：贺晓蓉）(a)电感性(b)电阻性IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0R1I1IdU1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0U1I1R1I1jXqI1－EQIqIdjXd

IdjXq

Iq－E0(c)电容性第5章（作者：贺晓蓉）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)电容性第5章（作者：贺晓蓉）

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“＋”。Xd=E0－U1cosθIdXq=U1sinθIq－EQjXq

Iq－E0U1I1jXqI1IdIqjXd

IdΨθ(c)电容性第5章（作者：贺晓蓉）5.4三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－PCu第5章（作者：贺晓蓉）U1I1R1I1jXsI1－E0Ψ

在隐极同步电动机中

Pe=3E0I1cosΨ

在凸极同步电动机中

Pe=3EQI1cosΨ4.空载损耗

P0

=PFe＋Pme＋Pad铁损耗机械损耗附加损耗IdU1I1R1I1jXqI1－EQIqjXd

IdjXq

Iq－E0第5章（作者：贺晓蓉）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%

P2P1第5章（作者：贺晓蓉）二、转矩1.转矩平衡方程式T2=T－T04.空载转矩2.输出转矩3.电磁转矩T2

=P2Ω==9.55P2n60P22nT

=PeΩ==9.55Pen60Pe2nT0

=P0Ω==9.55P0n60P02n第5章（作者：贺晓蓉）稳定运行时T2=TL

忽略T0，则

T=T2=TL

第5章（作者：贺晓蓉）5.5三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

U1sinθ=Xs

I1cosΨU1I1－E0θΨΨjXsI1感性第5章（作者：贺晓蓉）Pe

=3sinθ

U1E0XsT

=3sinθ

U1E0XsΩOPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)※当θ=90o时:

Pe

=PeM，T

=TM代入Pe和T的公式，可得Pe=3E0I1cosΨ将

U1sinθ=Xs

I1cosΨ第5章（作者：贺晓蓉）电动机为电容性时U1sinθ

=Xq

I1cosΨXd

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－E0θΨΨ电动机为电感性时U1sinθ=XqI1cosΨXd

Id

=U1cos－E0EQ

=E0＋(Xd－Xq)IdU1I1jXqI1－EQIdIqjXd

IdjXq

Iq－E0θΨΨ第5章（作者：贺晓蓉）Pe代入Pe和T的公式可得

3U1E0Xd

=sin1Xq＋(

－

)

sin23U1221Xd3U1E0XdΩ

T

=sin1Xq+(

－

)

sin23U122Ω1XdPe=Pe'

＋

Pe"T

=T＋T

Pe=3E0I1cosΨ第5章（作者：贺晓蓉）

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"Pe第5章（作者：贺晓蓉）为了结构上的简单，在某些小容量同步电动机的转子上不安放直流励磁绕组，因此转子就不能产生磁场，感应电势此时电动机的电磁功率并不为零，仍有

有了电磁功率就有电磁转矩，因此转子没有励磁的凸极同步电动机也能旋转。（附加分量与励磁状态无关。）第5章（作者：贺晓蓉）大连理工大学电气工程系5.6三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

=3sinU1E0Xs

=P1=3U1I1cos第5章（作者：贺晓蓉）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

XsI1U1jXsI1－E0－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"θI1O第5章（作者：贺晓蓉）(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。U1jXsI1－E0θ－E0'aajXsI1I1'bb－E0"jXsI1I1"I1O(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，第5章（作者：贺晓蓉）通常同步电动机多在过励状态下运行，以便从电网吸收超前电流（即向电网输出滞后电流），改善电网的功率因数。即调节励磁电流，就可以改变电网的功率因数。.当励磁电流If由小到大变化时，定子电流I1

从大小大。滞后超前第5章（作者：贺晓蓉）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=1第5章（作者：贺晓蓉）调节同步电动机的励磁电流，可改变其定子电流的无功分量和功率因数，这是同步电动机一种天赋的可贵特性。我们知道，感应电动机必须从电网吸收激磁电流来建立磁场，所以现代电网的功率因数经常是滞后性的。而同步电动机在过励时，能够从电网吸入超前电流。因此，如将同步电动机在过励状态下和感应电动机接在同一电网上，便可以使供电系统的功率因数提高。据报道，我国每年因无功分量过大造成的线损高达15%左右，折成可变线损电量约为1200亿kwh，如果用无功补偿将电网功率因数从0.85提高到0.95，则每年可降低线损约240亿kwh。第5章（作者：贺晓蓉）国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准（），否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

第5章（作者：贺晓蓉）功率因素补偿问题问题与讨论同步调相机：同步电动机工作于过励状态，可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。同步电动机的突出优点就是可以通过调节励磁电流来调节功率因数，可以使功率因数高到1.0甚至超前，在一个工厂中只需要有少数几台大容量恒转速的设备（例如风机、水泵、压缩机等）采用同步电动机，就足以改善全厂的功率因数。异步电动机同步化：异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过励状态，即能向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。

第5章（作者：贺晓蓉）R1jXs+U1－I1－

+E0+U1－R1jXsI1＋－E0三相隐极同步发电机三相隐极同步电动机U1=E0－(R1＋j

Xs

)

I1U1=－E0＋(R1＋jXs

)

I15.8三相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第5章（作者：贺晓蓉）R1jXq+U1－I1－

+EQI1R1jXq+U1－＋－EQ三相凸极同步发电机三相凸极同步电动机U1=EQ－（R1＋j

Xq

)I1U1=－EQ＋(R1＋jXq

)I1二、三相凸极同步发电机的运行分析第5章（作者：贺晓蓉）P1P0PePCuP2P1PCuPeP0P2三相同步发电机P2=3U1I1cosT1=T+T0三相同步电动机P2=3U1I1cosT2=T－T05.9三相同步发电机的功率和转矩第5章（作者：贺晓蓉）电枢反应：电枢磁动势(定子)对主极磁场(转子)的影响。电枢反应使气隙磁场发生畸变，除直接关联到机电能量转换外，还有去磁或增磁作用，对同步电机的运行性能产生重要的影响。电枢反应的性质主要决定于励磁（空载）电动势和电枢负载电流之间的相位差（称为内功率因数角）

。三相同步电机的电枢反应第5章（作者：贺晓蓉）这个结论十分重要，它对同步电机性能的影响将在后面提到。有直轴去磁电枢反应。时，°<<°900y(输出感性或纯电阻性电流)，有直轴增磁电枢反应。时，°<<°-090y(输出容性电流)，第5章（作者：贺晓蓉）5.10三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。OU1LI1Lcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINVR=×100%E0－UNPUNP电压调整率：保持nN、N、IfN时，第5章（作者：贺晓蓉）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。第5章（作者：贺晓蓉）5.11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（作者：贺晓蓉）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=0~2U1U1AU1BU1AU1BUU1AU1BUU1AU1BU第5章（作者：贺晓蓉）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（准同步法）2.自同步法第5章（作者：贺晓蓉）准同步法灯光明暗法操作步骤：(1)冲转——将发电机转子转速升高到额定转速；(2)投励——调节发电机励磁电流的大小，使系统侧和待并发电机电压表读数相等，频率表的读数相等；(3)用灯光法检查相序，相序相同；(4)将同步表s接入，继续调整发电机转子转速，使整步表指针顺时针缓慢转动；(5)观察整步表指针转动情况，当指针接近同步点时，迅速合闸，完成并列操作；(6)合闸成功后，将同步表退出。第5章（作者：贺晓蓉）第5章（作者：贺晓蓉）A.灯光明暗法检查相序(看动画)电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；通过调节发电机的转速改变频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明和电网的频率已十分接近，这时等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。灯光法检查相序第5章（作者：贺晓蓉）B灯光旋转法(看动画)参看图(b)，灯1跨接于A1B，灯2跨接于B1A，灯3跨接于C1C。旋转法并车方法为：电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，否则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；通过调节发电机的转速改变频率，直到灯光旋转十分缓慢时，说明和电网频率已十分接近，这时等待灯3完全熄灭而另外2组灯亮度相同的时刻，即可合闸并车。灯光法又称为理想整步法。由于它对并车条件逐一检查和调整，所以费时较多。第5章（作者：贺晓蓉）a)灯1灭，2、3亮；b)灯2灭，1、3亮；c)灯3灭，2、1亮第5章（作者：贺晓蓉）自同步法用自同步法进行并列操作，是在相序一致的情况下，将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机把发电机拖动到接近同步转速(相差2％～5％)，在没有接通励磁电流的情况下将发电机接入电网，再接通励磁并调节励磁强弱，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程即告结束。需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。自同步法的优点是：操作简单，方便快捷；缺点是：合闸时有冲击电流，一般在要求把发电机迅速投入电网时采用。第5章（作者：贺晓蓉）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调节进水量进汽量→T1(P1)→T1＞T

+T0→n→

→T(n)

→T1=T+T0为止，重新在n=n0下稳定运行。第5章（作者：贺晓蓉）大连理工大学电气工程系2.

静态稳定0Pe/Tθ

90o

aa'同步发电机能否稳定运行取决于它工作在什么区域，这种稳定称为静态稳定。第5章（作者：贺晓蓉）0Pe/Tθ

90o

a'0Pe/Tθ

90o

aTT1=T

+

T0a点：

T1

→

→T…

T1=T+T0为止，在b点重新稳定运行0<<M——稳定运行区。bT1'

=T'

+

T0a'

点：

T1

→→T

···T1更大于T+T0，n再也回不到n0→失步。M<<180°——不稳定运行区。稳定运行区第5章（作者：贺晓蓉）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。4.过载能力MP=P2MPN=1.7~3.03.动态稳定阻尼绕组抑制振荡原理：正常运行时，阻尼绕组与转子一起同步旋转，与旋转磁场没有相对运动，不会感应电势；当转子在稳定工作点振荡时，阻尼绕组便会产生感应电势和感应电流，该电流与磁场相互作用产生的电磁力与转子的振荡方向相反，因而可以抑制振荡。阻尼绕组第5章（作者：贺晓蓉）四、无功功率的调节1.调节方法调节IfPe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos=P2

即：E0sin=常数

I1cos=常数2.调节原理

调节If时，因U1和P2不变，忽略R1和T0，则

第5章（作者：贺晓蓉）(1)正常励磁当If=If0时，=0，=1，Q2=0，发电机不输出无功功率。I1与U1同相，U1E0I1jXsI1E0'aajXsI1'I1'E0"jXsI1"I1"bb第5章（作者：贺晓蓉）2.欠励磁当If＜If0时，发电机输出电容性无功功率；

If

→Q2

。3.过励磁当If＞If0时，发电机输出电感性无功功率；If

→Q2

。I1(I1')超前于U1，I1(I1")滞后于U1，第5章（作者：贺晓蓉）练习题5.1.15.1.25.2.15.2.25.3.15.3.25.3.35.3.45.4.15.5.15.5.25.6.15.6.2*以教师画勾的题为准。5.8.15.8.25.9.1