电机学同步电机-全套课件

第五章同步电机1编辑版ppt第五章同步电机

5.2同步电机的运行原理

5.3同步发电机的运行特性

5.1同步电机的基本知识

5.4同步发电机的并联运行

5.5同步电动机和同步调相机2了解同步电机的用途和主要分类熟练掌握同步电机的基本工作原理熟悉同步电机的基本结构，熟练掌握隐极和凸极电机的结构特点熟练掌握同步电机的额定值熟练掌握同步发电机标幺值系统第一节同步电机的基本知识学习目标3

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。同步电机的转速为运用范围：

同步电机主要用来作为发电机运行；同步电机也可作为电动机应用，用于拖动生产机械，一般使用在不需要调速的低速大功率机械中；此外，同步电机还可以作为同步补偿机，他能够专门用来向电网输送感性和容性无功功率。4同步电机的用途和分类5同步电机的用途和分类62.同步电机的分类7同步发电机按原动机分类2.同步电机的分类82.同步电机的分类9同步电机基本结构10111213同步电机的基本结构形式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。141516171819202122同步电机的构造特点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。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。23同步电机的额定值24同步电机的额定值（铭牌值）由以下几种：额定容量或额定功率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）额定功率发电机输出的额定有功功率（电功率）（W）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）同步电机的额定值25同步电机的额定值额定功率因数是指同步电机在额定运行时的功率因数。额定效率是指额定运行时的效率。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）。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。发电机电动机26同步电机的额定值27同步电机的额定值28小结29小结30第二节同步电机的运行原理（基本电磁关系）31第二节同步电机的运行原理（基本电磁关系）32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。33同步发电机的空载运行34同步电机的空载运行空载运行时，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35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36同步发电机的空载运行37同步发电机的空载运行38（1）励磁磁动势39（1）励磁磁动势40（1）励磁磁动势41定义磁极磁动势的基波分量振幅与实际磁动势最大幅值之比为，称为电机的励磁磁动势波形系数，即隐极式同步电机的空载磁动势

隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶梯波形，如下图所示，幅值为（其中为励磁电流，为励磁绕组的每极匝数）

大齿42（1）励磁磁动势43凸极式同步电机的空载磁动势

凸极同步电机的绕组式集中绕组，它所产生的磁动势是矩形波，幅值为，基波分量的振幅为励磁磁动势的波形系数442.基波励磁磁动势45（2）基波励磁磁动势46（2）基波励磁磁动势47（2）基波励磁磁动势48同步发电机的空载运行493.基波气隙磁通密度503.基波气隙磁通密度51同步发电机的空载运行524.电枢绕组的磁链、感应电动势534.电枢绕组的磁链、感应电动势544.电枢绕组的磁链、感应电动势55同步发电机的空载运行56画在同一坐标平面上的时间相量图和空间矢量图称为时空矢量图。参考轴的选取是任意的。但一般把相绕组轴线作为空间矢量参考轴令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合相绕组轴线－相轴；转子绕组轴线－直轴；与直轴正交（90度电角度）－交轴时间相量与空间矢量直轴相轴，交轴时轴575.时空相矢量图585.时空相矢量图595.时空相矢量图605.时空相矢量图61同步发电机的空载运行626.空载特性63对称负载时的电枢反应64对称负载时的电枢反应空载：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的影响称电枢反应同步电机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。同步和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，电流滞后于；端电压和之间的相位角称为外功率因数角

。

65同步发电机负载时的电枢反应66同步发电机负载时的电枢反应67同步发电机负载时的电枢反应68电枢反应的性质69电枢反应的性质70电枢反应的性质71电枢反应的性质72Fa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

电枢反应的性质（内功率因数角）73

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，所以不发无功功率电枢反应的性质（内功率因数角）74电枢反应的性质75电枢反应的性质（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76电枢反应的性质77

时间相量图时空矢量图时轴相轴，交轴时轴直轴电枢反应的性质（内功率因数角）78电枢反应的性质79电枢反应的性质80同步发电机负载时的电枢反应81同步发电机负载时的电枢反应82隐极同步发电机的时空相矢量图和相量图83隐极同步发电机的时空相矢量图和相量图84（1）饱和时的电磁关系85（1）饱和时的电磁关系861.考虑饱和时的情况87（2）饱和时的电压方程式、相量图88（2）饱和时的电压方程式、相量图891.考虑饱和时的情况90（3）饱和时的时空相矢量图91（3）饱和时的时空相矢量图92（3）考虑饱和时的时空相矢量图93隐极同步发电机的时空相矢量图和相量图94（1）不计饱和时的电磁关系95（1）不计饱和时的电磁关系96（1）不计饱和时的电磁关系972.不计饱和时的情况98（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路99（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路100（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路101（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路102（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路103（2）不计饱和时的电压方程式、相量图、等效电路104凸极同步发电机的双反应理论和相量图105凸极同步发电机的双反应理论和相量图1061.凸极同步发电机的双反应理论1071.凸极同步发电机的双反应理论1081.凸极同步发电机的双反应理论109凸极同步发电机的双反应理论和相量图1102.凸极同步发电机的电动势相量图111（2）电压方程式112（2）电压方程式1132.凸极同步发电机的电动势相量图114（3）电动势相量图115（3）电动势相量图1162.凸极同步发电机的电动势相量图117凸极同步发电机的双反应理论和相量图118凸极同步发电机的双反应理论和相量图119凸极同步发电机的双反应理论和相量图120凸极同步发电机的双反应理论和相量图121凸极同步发电机的双反应理论和相量图122同步发电机的电磁关系和分析方法123同步发电机的电磁关系和分析方法124同步发电机的电磁关系和分析方法125同步发电机的电磁关系和分析方法126第三节同步发电机的运行特性127同步发电机的运行特性128同步发电机的空载特性、短路特性和同步电抗的测定1291.空载特性1301.空载特性1311、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（）。2.短路特性1322.短路特性133（1）三相稳态短路时的电磁关系1342.短路特性1353.同步电抗的测定1363.同步电抗的测定1373.同步电抗的测定1381.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。4.负载特性139同步发电机的零功率因素负载特性1401.零功率因素负载特性1411.零功率因素负载特性1421.零功率因素负载特性143（4）零功率因数负载特性与空载特性的关系144（4）零功率因数负载特性与空载特性的关系1451.零功率因数负载特性146同步发电机的电压调整特性和调整特性1471.外特性（电压调整特性）1482.调整特性149同步发电机的运行特性150同步发电机的运行特性151第四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母线。同步发电机并联运行与变压器并联运行的区别同步发电机变压器初级、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152第四节同步发电机的并联运行153概述154概述155概述156概述157同步发电机并联合闸的条件和方法1582.并联合闸的方法1592.并联合闸的方法1602.并联合闸的方法161（1）暗灯法162（1）暗灯法163（1）暗灯法164（1）暗灯法165（1）暗灯法1662.并联合闸的方法167（2）灯光旋转法168同步发电机并联运行分析169同步发电机并联运行分析1701.调节励磁电流171同步发电机并联运行分析1722.调节原动机转矩1732.调节原动机转矩174（3）增大原动机的拖动转矩所引起的变化175（3）增大原动机的拖动转矩所引起的变化1762.调节原动机转矩177（4）稳态运行时的功率和转矩平衡方程式178（4）稳态运行时的功率和转矩平衡方程式179有功功率调节和静态稳定1801.同步发电机的功角特性181（2）功角特性182（2）功角特性183（2）功角特性184（2）功角特性185（2）功角特性186有功功率调节和静态稳定187（1）有功功率的调节1882.有功功率调节和静态稳定189（2）并联运行时的静态稳定190（2）并联运行时的静态稳定191（2）并联运行时的静态稳定192