专升本《电机学》同步电机部分

沈阳工程学院2013专升本

《电机学》课程辅导讲义

（同步电机部分）

王东瑞编考纲：四、同步发电机

1.掌握同步发电机的基本工作原理和额定值。主要知识点：（一）同步发电机的基本工作原理（二）按转子结构分为两类

隐极式凸极式

考纲：四、同步发电机

1.掌握同步发电机的基本工作原理和额定值。主要知识点：（三）同步发电机的结构（1）定子（电枢）（2）转子（四）同步发电机的额定值（1）PN

（2）UN（3）IN

（4）cosφN额定值关系：

例题1.我国大型汽轮发电机的极数为（2），转子转速为（3000）r/min。2.同步发电机的转速n与频率f会严格的满足（正比）关系3.一台QFS-300-2的汽轮发电机，额定运行时会发出多少（300000

）kw的功率。考纲：2.掌握同步发电机的电枢反应的性质及对电机的影响、同步发电机的电磁关系、运行特性及参数求取的方法。主要知识点：(一)电枢反应的性质和影响内功率因数角电枢反应性质电枢反应的效应Ψ=0°交轴使气隙磁场轴线偏移，幅值增大Ψ=90°直轴去磁使气隙磁场削弱，电枢端电压降低Ψ=-90°直轴助磁使气隙磁场增强，电枢端电压升高0°<Ψ<90°交轴及直轴去磁使气隙磁场轴线偏移，幅值减小，电枢端电压降低-90°<Ψ<0°交轴及直轴助磁使气隙磁场轴线偏移，幅值增强，电枢端电压升高(二)电枢反应的两点影响（1）交轴电枢反应使发电机转子产生制动转矩，将使发电机转速下降，频率降低，为了保持频率不变通常增大原动机的输入转矩。（2）直轴去（助）磁电枢反应会使发电机的端电压下降（上升），为了保证端电压不变，需要增大（减小）励磁电流。（三）同步电抗的意义：同步电抗是同步电机的一个重要参数，它综合反映了电枢主磁场和漏磁场的作用。大小影响同步发电机端电压波动程度、发电机运行的稳定性，短路电流的大小。隐极电机：凸极电机：直轴同步电抗交轴同步电抗(四)隐极同步发电机的平衡方程和相量图平衡方程：相量图：与夹角，(外)功率因数角

与夹角，内功率因数角与夹角，功率角（功角）(五)同步发电机特性（1）空载特性（2）短路特性同步电抗的求取：交轴同步电抗

(五)同步发电机特性（3）外特性（4）调整特性例题1.同步发电机电枢反应性质取决（Ψ

），当（Ψ=0°

）时电枢反应为交轴电枢反应，此时发电机的转速（下降），频率（下降），为了保持频率不变，应（增大输入转矩）。2.同步发电机的铁心饱和程度越大，同步电抗越（小）；电枢绕组匝数越多，同步电抗越（大）；励磁绕组匝数越多，则同步电抗（不变）。

3.同步发电机的同步电抗是反映（电枢反应）磁通和（电枢漏磁通）的等效电抗。

4.同步发电机的短路特性为一直线，这是因为在短路时电机的磁路（处于不饱和状态）。5.同步发电机带容性负载时，其调整特性是一条：（③）①上升的曲线；②水平直线；③下降的曲线。6.从电路和磁路两方面分析同步发电机带负载（φ>0°）后,端电压为什么会下降?答：磁路：带φ>0°的对称负载电枢反应的性质有直轴去磁作用故端电压下降。电路：带φ>0°的对称负载由于电机本身有阻抗压降的影响使端电压下降。

考纲：3.掌握并列的条件、功角特性及功率调节的方法和原理，掌握静态稳定的判定方法及V形曲线。主要知识点：（一）准同步并列必须满足的条件1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.待并发电机电压相位与电网电压相位相同；3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同；4.待并发电机的相序与电网的相序相同。（二）同步发电机的功角特性凸极电机：隐极电机（三）掌握功角的双重物理意义（四）有功调节的方法并联于无穷大电网的同步发电机要调节有功功率输出，只需调节原动转矩。在功率极限角范围内，输入转矩越大，有功功率输出就越大。1、是电动势和电压间的时间相位角;2、是感应电动势的主磁通和产生电压的定子等效合成磁通之间的夹角。（五）静态稳定（六）过载能力

静态稳定的判据：比整步功率(kW/rad)对汽轮发电机，比整步功率为最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。汽轮发电机的过载能力（七）无功功率的调节和V形曲线无功功率的调节方法：从能量守恒观点看，并网运行的同步发电机调节无功功率，不需调节原动机来的输入功率，只需改变励磁电流。注意：调节无功时不影响有功功率的输出,但是调节有功时影响无功功率输出.汽轮发电机无功功率的功角特性调节方式：1.正常励磁2.过励磁3.欠励磁保持有功不变

V形曲线：（隐极机）2.不稳定区域边缘：δ=900，连线向右倾斜;1.每条曲线的最低点,,定子电流最小,且全为有功电流，这些点的连线向右倾斜；3.励磁电流从零开始增大时，定子电枢电流变化规律为先减小后增大。表明输出有功功率越多，维持稳定所需的励磁电流也越大。例题：1.同步发电机准整步法投入并联运行的理想条件是什么？其中哪个条件必须严格满足？【答】：并联运行的理想情况是：①发电机的端电压和电网电压大小相等、相位相同；②发电机的频率和电网频率相等；③发电机的电压相序和电网的电压相序相同。其中③必须严格满足，否则不允许并联运行。2.同步发电机功角的双重物理意义：一是（）和（）的时间相角差；二是（）和（）的空间夹角3.并联于无穷大电网的汽轮发电机增加有功功率输出，保持无功功率不变，应调节（输入转矩）和（励磁电流），前者应（增大），后者应（增大）（后两个空填增加或减少）。4．并联于无穷大电网的同步发电机，运行于过励磁状态时，保持原动机输出功率不变，增加励磁电流，则定子电流（增大）、功角δ（减小）、功率因数（减小）。

5.并联于无穷大电网的同步发电机有功输出越大，功角越大，电机的静稳定性越好。（错）6.同步发电机欠励时比过励时运行稳定，轻载时比重载时运行稳定。（错）

7.将同步发电机V形曲线族的最低点连接起来，得到的是一条的稍向右倾的曲线，请说明原因。以该曲线为基准，右侧和左侧分别是发电机的什么状态？【答】：将同步发电机V形曲线族的最低点连接起来，得到的是一条的稍向右倾的曲线。这是因为随着有功功率输出的增加，要保持，必须相应地增加励磁电流。以该曲线为基准，右侧为过励运行状态，左侧为欠励运行状态。8.并联于无穷大电网运行的汽轮同步发电机，运行于过励磁状态。欲保持有功功率输出不变，增加无功功率输出，应如何调节？并作出调节前、后的相量图。增加励磁电流.9.

一台与无穷大容量电网并联运行的汽轮发电机，其SN=31250kV·A，UN=10.5kV，Y接线，cosφN=0.8（φN>0o），Xt=7Ω（Ra=0），试问：（1）发电机在额定状态运行时的功角δN电磁功率Pem，比整步功率Psyn及静态过载能力kM各为多少？（2）若维持上述励磁电流不变，但输出有功功率减半时，

δ、Pem、Psyn及cosφ将为多大？（3）在原额定运行状态下，将励磁电流增大10%（不计饱和）时，δ、Pem、cosφ及I将为多大？

额定功率因数：额定相电压：

空载相电动势：功角：解：（1）额定电流

电磁功率：

比整步功率：

过载能力：（2）电磁功率：

功角：

比整步功率：

无功功率：

功率因数：

（3）电磁功率：

功角：无功功率：

功率因数：

定子电流：

考纲：4.了解磁链守恒定律，掌握三相突然短路时的各电抗的意义及大小关系及突然短路电流对电机的影响，了解不对称运行的分析方法及对电机的影响，了解失磁、振荡的物理过程、表计的变化及对电机的影响。主要知识点：（一）突然短路电抗大小关系：励磁绕组感应电流衰减结束阻尼绕组感应电流衰减结束突然短路瞬间突然短路过渡过程稳态瞬态超瞬态衰减时间常数短路电流衰减值短路电流短路状态（二）不对称运行不对称运行对发电机的影响1．引起转子表面发热

2．引起发电机振动减小负序磁场的方法：在同步发电机的转子上装设阻尼绕组，它能够起到削弱负序磁场的作用，从而提高发电机承受不对称负载的能力。不对称原因：单相负载较大时.发生不对称短路.

分析方法：对称分量法：三相不对称量正序负序零序分别求解，然后叠加。（三）失磁与振荡失磁运行的不良影响：励磁绕组、阻尼绕组及转子铁心中感应出交流电流，产生附加损耗，发热；失磁后发电机从系统吸取感性无功，使电力系统出现无功不足。抑制振荡方法：在转子表面上装设阻尼绕组，相当于笼型转子，会产生异步转矩。例题：1.同步发电机下列关系正确的是（2

）。（1）；（2）；（3）；（4）。2．当具有阻尼绕组的三相同步发电机突然短路电流最大时，此时同步发电机的同步电抗为（1

）（1）直轴次暂态同步电抗