电机与拖动第5章同步电机的基本理论8

*5.7微型同步电动机5.10三相同步发电机的运行特性第5章同步电机的基本理论5.2三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电机与拖动*5.12同步发电机的三相突然短路返回主页5.8三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

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－jXsI15.8三相同步发电机的运行分析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

)

I15.8三相同步发电机的运行分析(c)电容性(a)电感性(b)电阻性U1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1R1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0ΨθU1I1jXs

I1E0Ψθ

忽略R1时：U1I1jXs

I1E0Ψθ5.8三相同步发电机的运行分析

【例5.8.1】

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=20.74o5.8三相同步发电机的运行分析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5.8三相同步发电机的运行分析EEaqE0EadEad

=－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－R1I15.8三相同步发电机的运行分析将得※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－R1I15.8三相凸极同步发电机的运行分析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－＋－EQ5.8三相凸极同步发电机的运行分析U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1R1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0(c)电容性(a)电感性(b)电阻性

忽略R1时U1I1jXqI1EQjXdIdE0jXqIqU1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE0U1I1jXqI1EQjXdIdjXqIqE05.8三相凸极同步发电机的运行分析

【例5.8.2】

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=12103.25V5.8三相凸极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=Pal8.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=Pen6025.9三相同步发电机的功率和转矩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。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。5.10三相同步发电机的运行特性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章同步电机的基本理论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=0~2U1U1AU1BU1AU1BUU1AU1BUU1AU1BU5.11同步发电机与电网的并联运行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5.11同步发电机与电网的并联运行三、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5.11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。2.

静态稳定0Pe/Tθ

90o

aa'5.11同步发电机与电网的并联运行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。5.11同步发电机与电网的并联运行稳定运行区振荡幅度过大，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5.11同步发电机与电网的并联运行四、无功功率的调节1.调节方法调节If2.调节原理

调节If时，因U1和P2不变，忽略R1和T0，则

Pe

=3sin

U1E0Xs=3U1I1cos=P2

5.11同步发电机与电网的并联运行即：E0sin=常数

I1cos=常数(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，5.11同步发电机与电网的并联运行U1E0I1jXsI1E0'aajXsI1'I1'E0"jXsI1"I1"bb2.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U1，5.11同步发电机与电网的并联运行

【例5.11.1】一台Y形联结的水能发电机，并联在UN

=10.5kV的电网上运行。发电机的Xd=1.3Ω，Xq=0.7Ω，R1忽略不计，=

18.09o时，I1=3990A，E0

=9970V。求该发电机输出的有功功率P2和无功功率Q2（电容性的还是电感性的）。解：U1=UN

3=V=6069.36V10.5×1031.73忽略R1，则3U1E0XdP2

=Pe=