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1、第八章同步电机第1页，共72页，编辑于2022年，星期三8.1同步电机的基本工作原理与结构8.1.1 同步电机的基本结构以汽轮发电机为例以汽轮发电机为例:定子铁心定子铁心：硅钢片叠成。：硅钢片叠成。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。电枢绕组电枢绕组：三相对称绕组：三相对称绕组铜线制成铜线制成定子定子(电枢电枢)转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出励磁绕组：铜线制成励磁绕组：铜线制成滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组滑环：引励
2、磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动转子转子第2页，共72页，编辑于2022年，星期三机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC返回第3页，共72页，编辑于2022年，星期三返回第4页，共72页，编辑于2022年，星期三1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 （1 1）定子铁心）定子铁心返回第5页，共72页，编辑于2022年，星期三返回第6页，共72页，编辑于2022年，星期三1 1、汽、汽轮发电轮发电机结构机结构返回第7页，共72页，编辑于2022年，星期三2 2、水轮发电机结构、水轮发电机
3、结构(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机第8页，共72页，编辑于2022年，星期三2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构转子结构转子结构10000kW10000kW水轮机转子水轮机转子第9页，共72页，编辑于2022年，星期三1.1.发电环节发电环节各种电机各种电机 引进引进600MW汽轮发电机汽轮发电机第10页，共72页，编辑于2022年，星期三国产国产300MW汽轮发电机汽轮发电机第11页，共72页，编辑于2022年，星期三国产国产200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子第12页，共72页，编辑于2022年，星期三国产国产200MW汽轮发电机定子铁
4、心汽轮发电机定子铁心第13页，共72页，编辑于2022年，星期三现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机第14页，共72页，编辑于2022年，星期三8.1同步电机的基本工作原理与结构8.1.2 同步电机的基本工作原理与分类一、同步发电机的基本工作原理大小大小：频率频率：励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速场，原动机拖动转子以转速 旋转时，其旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电动势磁场切割定子绕组而感应交流电动势 .相序相序：由转子的转向决定。：由转子的转向决定。波形波形：由：由 可知，波形可知，波形取决于取决于 的空间分布。的空间分布。第1
5、5页，共72页，编辑于2022年，星期三U2U1W2V1W1V2发电机的物理过程发电机的物理过程可用图示表示可用图示表示旋转示意图1旋转示意图2第16页，共72页，编辑于2022年，星期三二、同步电机的分类按按运行运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。按按结构结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机
6、和柴油发电机等。电机等。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2 2极，转速为极，转速为30003000转转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。第17页，共72页，编辑于2022年，星期三8.1.3 同步电机的额定值对同步发电机额定值之间关系为：对同步发电机额定值之间关系为：额定运行时加在额定运行时加在三相定子绕组上三相定子绕组上的线电压。的线电压。指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输
7、出的额定视指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是在功率或有功功率，单位是KVAKVA或或KWKW。电动机额定容量是指额定条件下转轴上。电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是输出的机械功率，单位是KWKW。调相机用。调相机用KVAKVA或或KvarKvar表示。表示。在额定运行状在额定运行状态下三相定子态下三相定子绕组的线电流绕组的线电流.第18页，共72页，编辑于2022年，星期三8.2 同步发电机的空载运行电磁关系：电磁关系：空载特性：空载特性：同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流同步发电机被原动机拖动到同步转
8、速，励磁绕组中通入直流电流电流 ，定子绕组开路的运行称为，定子绕组开路的运行称为空载运行空载运行。空载电动势空载电动势 大小：大小：第19页，共72页，编辑于2022年，星期三8.3 同步电机的电枢反应电枢反应电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应这种影响称为电枢反应.电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波 和励磁磁动势基波和励磁磁动势基波 之间的相对位置，即与空载电动势之间的相对位置，即与空载电动势 和电枢电流和电枢电流
9、之间的夹角之间的夹角 有关有关.励磁磁势和电枢磁势的区别励磁磁势和电枢磁势的区别基波波基波波形形大小大小位置位置转速转速转向转向励磁磁动励磁磁动势势正弦波正弦波恒定，由励恒定，由励磁电流决定磁电流决定由转子位置由转子位置决定决定由原动机的转速由原动机的转速决定决定由原动机由原动机决定决定电枢反应电枢反应磁动势磁动势正弦波正弦波恒定，由电恒定，由电枢电流决定枢电流决定由电流瞬时由电流瞬时值决定值决定由磁极对数和电由磁极对数和电流频率决定流频率决定由电流相由电流相序决定序决定第20页，共72页，编辑于2022年，星期三.3.1 时的电枢反应d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1
10、V2NSW轴轴V轴电枢反应性质：电枢反应性质：交轴电枢反应空载电动势空载电动势 和和电枢电流电枢电流 同同相位相位.第21页，共72页，编辑于2022年，星期三d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴8.3.2 时的电枢反应空载电动势空载电动势 超超前电枢电流前电枢电流 电枢反应性质：电枢反应性质：直轴去磁电枢反应第22页，共72页，编辑于2022年，星期三d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴8.3.38.3.3 时的电枢反应时的电枢反应空载电动势空载电动势 滞后滞后电枢电流电枢电流 电枢反应性质：电枢反应性质：直轴助
11、磁电枢反应第23页，共72页，编辑于2022年，星期三d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴8.3.4 一般情况下的电枢反应空载电动势空载电动势 超前超前电枢电流电枢电流 角角,电枢反应性质：电枢反应性质：既有交轴,还有直轴去磁电枢反应第24页，共72页，编辑于2022年，星期三此种情况下此种情况下-直轴分量直轴分量-交轴分量交轴分量-直轴分量直轴分量电流产生的合成磁动势电流产生的合成磁动势-交轴分量交轴分量电流产生的合成磁动势电流产生的合成磁动势第25页，共72页，编辑于2022年，星期三8.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）上升上升下降下降 上升上升
12、下降下降下降下降下降下降不变不变不变不变下降下降R、C增强增强交轴直交轴直轴助磁轴助磁d、q轴R、L削弱削弱交轴直交轴直轴去磁轴去磁d、q轴C增强增强直轴直轴助磁助磁d轴L削弱削弱直轴直轴去磁去磁d轴R波形波形畸变畸变交轴交轴q轴 负载性负载性质质对电机的影响电枢反应性质记作记作夹角夹角 位置位置第26页，共72页，编辑于2022年，星期三8.3.5 电枢反应与机-电能量转换 电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不仅是电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机-电能量转换电能量转换的
13、枢纽。的枢纽。输出的有功功率越大，有功分量电流就越输出的有功功率越大，有功分量电流就越大，交轴电枢反应越强，大，交轴电枢反应越强，越大，这就越大，这就要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机的转速不变。机的转速不变。第27页，共72页，编辑于2022年，星期三 说明发电机带感性说明发电机带感性(或容性或容性)无功负载无功负载时时,不需要原动机增加能量不需要原动机增加能量.但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙磁场但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降（或上升）。有去磁（或助磁）作用，致使电压下降（或上升）。为维持电压恒定所需的
14、励磁电流也需要相应增加为维持电压恒定所需的励磁电流也需要相应增加（或减小）。（或减小）。直轴电枢反应磁场与励磁电流直轴电枢反应磁场与励磁电流共同作用共同作用,在励磁绕组上产生电磁在励磁绕组上产生电磁力力,但不能形成电磁转矩但不能形成电磁转矩.第28页，共72页，编辑于2022年，星期三 一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负载，有一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流的变化影响发功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流的变化影响发电机的电压。电机的电压。综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机
15、电能量转换的关电能量转换的关键。键。为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变化及时调为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。节发电机的输入功率和励磁电流。第29页，共72页，编辑于2022年，星期三8.4.1 凸极同步发电机的电动势方程和相量图8.4 同步电机的负载运行一、凸极同步发电机的电动势方程电磁关系：电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系不计磁路饱和时有下列关系由于由于且令且令则电动势平衡方程则电动势平衡方程-直轴同步电抗直轴同步电抗-交轴同步电抗交轴同步电抗分别表征在对称负载下，单位直轴或交轴三分别表征在对称负载下，单位直轴或交轴三相电流
16、产生的总电枢磁场在电枢每一相绕组相电流产生的总电枢磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。中感应的电动势。第30页，共72页，编辑于2022年，星期三二、凸极同步发电机的相量图作图步骤作图步骤第31页，共72页，编辑于2022年，星期三8.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路一、电动势方程电磁关系：电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系不计磁路饱和时有下列关系令令电动势平衡方程电动势平衡方程-同步电抗同步电抗 表征在对称负载下，单位三相电流产表征在对称负载下，单位三相电流产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。的电动势。第32页，共72页，编辑
17、于2022年，星期三二、等效电路和相量图等效电路等效电路相量图相量图根据相量图可求出根据相量图可求出第33页，共72页，编辑于2022年，星期三 当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为简化等效电路简化等效电路,对应的相量图称为对应的相量图称为简化相量图简化相量图思考题 分别作出汽轮同步发电机带分别作出汽轮同步发电机带阻性阻性、纯感纯感性性、纯容性纯容性、电感性电感性、电容性电容性负载时的简负载时的简化相量图？并说明各种情况下化相量图？并说明各种情况下电枢反应电枢反应的性质？的性质？第34页，共72页，编辑于2022年，星期三8.4.3 同步发电机特性一、空
18、载特性定义定义：空载特性是发电机的基本特性之一。空载特性是发电机的基本特性之一。它一方面表征了磁路的饱和情况，另一它一方面表征了磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特性、零功率因数负载方面把它和短路特性、零功率因数负载特性配合，可确定电机的基本参数、额特性配合，可确定电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。定励磁电流和电压变化率等。实际生产中，它还可以检查三相实际生产中，它还可以检查三相电枢绕组的对称性、匝间短路、判断电枢绕组的对称性、匝间短路、判断励磁绕组和定子铁心有无故障等。励磁绕组和定子铁心有无故障等。第35页，共72页，编辑于2022年，星期三二、短路特性定义定义：短路时的等效电路短
19、路时的等效电路短路特性曲线短路特性曲线 短路特性与短路特性与空载特性配合可空载特性配合可以求出电机的同以求出电机的同步电抗。步电抗。第36页，共72页，编辑于2022年，星期三三、外特性定义定义：外特性曲线外特性曲线 当发电机带当发电机带阻性阻性和和感性负载感性负载时，外特时，外特性是下降的，原因是电枢反应的去磁作性是下降的，原因是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降用和电枢漏阻抗产生了电压降.带带容性容性负载时且（发电机负载的容负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原因是电枢反应的助磁作用和容性电流原因是电枢反应的助磁作用和容性
20、电流在漏抗上的压降。在漏抗上的压降。第37页，共72页，编辑于2022年，星期三四、调节特性定义定义：调整特性曲线调整特性曲线 在在感性感性和和阻性阻性负载时，随着负载电流的增负载时，随着负载电流的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压恒定；对磁作用和漏阻抗压降，保持端电压恒定；对容性容性负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电流。流。在功率因数一定情况下在功率因数一定情况下,根据调整特性根据调整特性曲线曲线,可确定在负载变化范围内可确定在负载变化范围内,维持电压维持电压不变所需的励磁
21、电流的变化范围。运行人不变所需的励磁电流的变化范围。运行人员可利用调整特性曲线员可利用调整特性曲线,使系统中无功功率使系统中无功功率的分配更合理一些。的分配更合理一些。第38页，共72页，编辑于2022年，星期三并联运行的含义8.5 同步电机的并联运行1 1、提高供电的可靠性；、提高供电的可靠性；2 2、提高供电的经济性；、提高供电的经济性；3 3、提高电能的质量。、提高电能的质量。无穷大电网的含义 将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。器、输电线接在电力系统的公共
22、母线上，共同向负荷供电。并联运行的优点并列方法1.1.准同期法准同期法2.2.自同期法自同期法第39页，共72页，编辑于2022年，星期三8.5.1 并联运行的条件一、准同期并列的条件1.1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.2.待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同；3.3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同；待并发电机电压频率与电网电压频率相同；4.4.待并发电机的相序与电网的相序相同。待并发电机的相序与电网的相序相同。上述条件（上述条件（4 4）一般在安装发电机时，根据发电机的转向确定了发）一般在安装
23、发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。其它三个条件即可。不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。危害。重点重点内容内容第40页，共72页，编辑于2022年，星期三1.1.电压大小不等电压大小不等此时此时,ab,ab两端有电位差两端有电位差 在电位差的作用下发电机产生冲击在电位差的作用下发电机产生冲击电流，即电流，即 冲击电流为无功冲击电流为无功分量，不会加重原动分量，不会加重原动机的负担，
24、但会在电机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用端部受冲击力的作用而变形。而变形。第41页，共72页，编辑于2022年，星期三2.2.相位不同相位不同 电位差可达发电机电压电位差可达发电机电压的两倍，若此时并列，会产的两倍，若此时并列，会产生很大的冲击电流，发电机生很大的冲击电流，发电机会因遭受巨大的冲击力而损会因遭受巨大的冲击力而损坏。坏。冲击电流的影响：冲击电流的影响：1)1)电枢绕组端部受电枢绕组端部受力力变形变形;2);2)转轴上受冲击转轴上受冲击转矩转矩的作用的作用,使机轴扭曲变形使机轴扭曲变形;)电枢绕组电枢绕组发
25、热发热.此时此时,ab,ab两端有电位差两端有电位差第42页，共72页，编辑于2022年，星期三3.3.频率不同频率不同转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动。动转矩，结果是电机振动。拍振电流使电枢绕组端拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕部受力变形，使电枢绕组发热。组发热。第43页，共72页，编辑于2022年，星期三 频率差过大电机不能并列；频率差较小时，靠频率差过大电机不能并列；频率差较小时，靠自整步作用，可以作用，可以把发电机拉入同步。把发电机拉入同步。第44页，共72页，编辑于2022年，星期三4.4.相序不同相序不同 发电机实际
26、并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差，如差，如UU不超过不超过10%10%，相位差不超过，相位差不超过10%10%，频率偏差不超过，频率偏差不超过0.2%0.5%0.2%0.5%（0.10.25Hz)0.10.25Hz)。二、自同期法 相序正确前提下，起动未加励磁的发电机，当其转速接近同步速相序正确前提下，起动未加励磁的发电机，当其转速接近同步速时，合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁将发电机牵时，合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁将发电机牵入同步。并网前，励磁绕组需经限流电阻闭合。入同步。并网前
27、，励磁绕组需经限流电阻闭合。第45页，共72页，编辑于2022年，星期三8.5.2 有功功角特性及有功功率调节8.5 同步电机的并联运行一、功率和转矩平衡输入输入功率功率P1机械损机械损耗耗pmec附加损附加损耗耗p padad铁损铁损pFe电磁功电磁功率率Pem定子铜损定子铜损pcu1输出功输出功率率P P2 2第46页，共72页，编辑于2022年，星期三可得转矩平衡方程为可得转矩平衡方程为或 上式说明，电机稳定运行时，驱动性质的原动机转矩与制动性上式说明，电机稳定运行时，驱动性质的原动机转矩与制动性质的电磁转矩和空载转矩之和平衡。质的电磁转矩和空载转矩之和平衡。第47页，共72页，编辑于2
28、022年，星期三二、有功功率功角特性定义定义：并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率一定、并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率一定、参数（参数（）为常数、空载电动势）为常数、空载电动势 不变（即不变（即 不不变）时，变）时，为有功功率功角特性。为有功功率功角特性。凸极发电机的有功功率功角特性凸极发电机的有功功率功角特性隐极发电机的有功功率功角特性隐极发电机的有功功率功角特性第48页，共72页，编辑于2022年，星期三水轮发电机有功功率水轮发电机有功功率功角特性曲线功角特性曲线 水轮发电机的有功功率水轮发电机的有功功率功角特性分两部分功角特性分两部分:附加电磁功率的特点附加电磁
29、功率的特点:第49页，共72页，编辑于2022年，星期三汽轮发电机的功角特性汽轮发电机的功角特性曲线曲线汽轮发电机的有功功率汽轮发电机的有功功率功角特性的特点功角特性的特点:第50页，共72页，编辑于2022年，星期三1 1、是电动势、是电动势 和电压和电压 间的时间相位角间的时间相位角;或称是励磁磁势或称是励磁磁势 和合成磁势和合成磁势 间的空间夹角。间的空间夹角。2 2、是感应电动势、是感应电动势 的主磁通和产生电压的主磁通和产生电压 的电枢等效假想磁的电枢等效假想磁通之间的夹角。通之间的夹角。功角功角 的双重物理意义的双重物理意义第51页，共72页，编辑于2022年，星期三用图示功角的双
30、重物理意义用图示功角的双重物理意义第52页，共72页，编辑于2022年，星期三 转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制动转矩而作功,实现机电能量转换,将由原动机输入的机械能转变为电能输出。可见，功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅可见，功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。第53页，共72页，编辑于2022年，星期三 发电机空载运
31、行时，原动机输入的功率用来平衡各种损耗，发电机空载运行时，原动机输入的功率用来平衡各种损耗，此时此时 ，定、转子磁极轴线重合，它们之间只有径向力而无，定、转子磁极轴线重合，它们之间只有径向力而无切向力，所以切向力，所以 ，在功角特性的，在功角特性的0 0点上。点上。可见，并联于无穷大电网的同步发电机要可见，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，有功功率输率极限角范围内，输入转矩越大，有功功率输出就越大。出就越大。第54页，共72页，编辑于2022年，星期三四、静态稳定的概念静态稳定：指并联在电
32、网上稳定运行的同步发电机，当受电网或原动指并联在电网上稳定运行的同步发电机，当受电网或原动机方面某些微小扰动时，能在这种干扰消失后，继续保持原来稳定运行状机方面某些微小扰动时，能在这种干扰消失后，继续保持原来稳定运行状态的能力。态的能力。在在a a点运行时电机具有静态稳定的能力。点运行时电机具有静态稳定的能力。若干扰使功角若干扰使功角增大到增大到aa点，点，P Pemem和和T Temem增大，增大，迫使电机减速，功角迫使电机减速，功角变小，电机回到变小，电机回到a a点。点。干扰使功角干扰使功角减小时，有同样结论。所以减小时，有同样结论。所以a a点点称为稳定运行点。称为稳定运行点。而而b
33、b点为不稳定运行点，分析略。点为不稳定运行点，分析略。第55页，共72页，编辑于2022年，星期三静态稳定的判据：比整步功率(kW/rad)对汽轮发电机，对汽轮发电机，比整步功率为比整步功率为在电机稳定区域内，在电机稳定区域内，越大，电机稳定增长越大，电机稳定增长性越好。性越好。第56页，共72页，编辑于2022年，星期三五、过载能力汽轮发电机的过载能力汽轮发电机的过载能力最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。过载能力越大，电机的稳定性越好。过载能力是表达静态稳定的过载能力越大，电机的稳定性越好。过载能力是表达静态稳定的能力，不是发电机可以过载的倍
34、数。能力，不是发电机可以过载的倍数。过载能力设计得在一点，是从提高称定观点考虑的，不是从发热观点过载能力设计得在一点，是从提高称定观点考虑的，不是从发热观点考虑的。考虑的。第57页，共72页，编辑于2022年，星期三8.5.3 无功功角特性及V形曲线一、无功功率功角特性 并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（x xd d、x xq q、x xt t）为常数、空载电势）为常数、空载电势E E0 0不变（即不变（即 I If f 不变）时，不变）时，Q=f()Q=f()为无功功率功为无功功率功角特性角特性。水轮发电机无功功率
35、的功角特性水轮发电机无功功率的功角特性汽轮发电机无功功率的功角特性汽轮发电机无功功率的功角特性第58页，共72页，编辑于2022年，星期三汽轮发电机无功功率的功角特性曲线汽轮发电机无功功率的功角特性曲线几个特殊点几个特殊点:第59页，共72页，编辑于2022年，星期三 从能量守恒观点看，并网从能量守恒观点看，并网运行的同步发电机调节无功运行的同步发电机调节无功功率，不需调节原动机来的功率，不需调节原动机来的输入功率，只需改变励磁电输入功率，只需改变励磁电流。流。调节 前，增大 后调节调节 不影响发电机的有功功率输出不影响发电机的有功功率输出,但影响电机的稳定性能。但影响电机的稳定性能。调节无功
36、时不影响有功功率的输出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但是调节有功时影响无功功率输出.第60页，共72页，编辑于2022年，星期三三、相量分析1.1.正常励磁正常励磁2.2.过励磁过励磁3.3.欠励磁欠励磁第61页，共72页，编辑于2022年，星期三四、V形曲线 并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流示电枢电流 和励磁电流和励磁电流 的关系曲线的关系曲线 称为称为“V”“V”形形曲线。曲线。发电机运行时，发电机运行时，定子电流定子电流和和励磁电流励磁电流是运行人员主要监视的两个物理是运行人
37、员主要监视的两个物理量，这两个量关系到定子绕组和励磁绕组的温度，又牵涉到功率因数的超前量，这两个量关系到定子绕组和励磁绕组的温度，又牵涉到功率因数的超前或滞后以及运行的稳定性问题。或滞后以及运行的稳定性问题。对于一个给定的有功功率输出就有一条对于一个给定的有功功率输出就有一条V V形曲线，有功功率越大，曲形曲线，有功功率越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇线向上移，因此可是以得到一簇“V”“V”形曲线。形曲线。第62页，共72页，编辑于2022年，星期三第63页，共72页，编辑于2022年，星期三V形曲线的特点2.2.不稳定区域边缘：不稳定区域边缘：=90=900 0，连线向右倾斜，连线向右倾
38、斜;1.1.每条曲线的最低点每条曲线的最低点,定子电流最小定子电流最小,且全为有功电流，且全为有功电流，这些点的连线向右倾斜；这些点的连线向右倾斜；3.3.每条曲线上的电流变化量每条曲线上的电流变化量I I 为无功分量为无功分量;4.4.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。大。表明要输出纯有功功率，必须相应增加一些励磁电流。表明要输出纯有功功率，必须相应增加一些励磁电流。表明输出有功功率越多，维持稳定所需的励磁电流也越大。第64页，共72页，编辑于2022年，星期三8.6.1 同步电动机8.6 同步电动机和同步调相
39、机一、同步电机的可逆原理 同步电机运行于发电机状同步电机运行于发电机状态时，如图所示。态时，如图所示。转子磁极轴线超前定子转子磁极轴线超前定子合成磁极轴线，合成磁极轴线，00，电机把，电机把机械能转变成电能。机械能转变成电能。同步电机的运行是可逆的，同步电机的运行是可逆的，既可以用作发电机，还可以用作电既可以用作发电机，还可以用作电动机。动机。第65页，共72页，编辑于2022年，星期三 逐步减少发电机的逐步减少发电机的输入功率，转子将瞬时输入功率，转子将瞬时减速，减速，角减小，相应的角减小，相应的电磁功率也减少。电磁功率也减少。当发电机的输入功率只能当发电机的输入功率只能满足空载损耗时，发电
40、机处于满足空载损耗时，发电机处于空载运行状态。空载运行状态。第66页，共72页，编辑于2022年，星期三 继续减少发电机的输入功率，则继续减少发电机的输入功率，则和和 P Pemem变为负值变为负值。卸动原动机，电机从。卸动原动机，电机从电网吸收功率满足空载损耗，成为空转电网吸收功率满足空载损耗，成为空转的电动机。的电动机。电机轴上加上机械负载，电机轴上加上机械负载，负值的负值的增大增大，由电网向电机输入的电功率和相，由电网向电机输入的电功率和相应的电磁功率增大，转子磁极轴线落后应的电磁功率增大，转子磁极轴线落后定子合成磁极轴线，转子受到驱动性质定子合成磁极轴线，转子受到驱动性质的电磁转矩作用
41、。的电磁转矩作用。第67页，共72页，编辑于2022年，星期三二、同步电动机的基本方程 按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功功率按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功功率的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机为例：的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机为例：按照电动机惯例，把输出负电流看成是输入正电流即可，其电动按照电动机惯例，把输出负电流看成是输入正电流即可，其电动势方程：势方程：隐极机：隐极机：凸极机：凸极机：同步电动机的功角特性与发电机的也相似，用同步电动机的功角特性与发电机的也相似，用M M=-=-代替代替即可。即可。第68页，共7
42、2页，编辑于2022年，星期三三、同步电动机的V形曲线 与同步发电机相似与同步发电机相似,当同步电动机当同步电动机的输入有功功率恒定而调节励磁电流的输入有功功率恒定而调节励磁电流时时,也有三种励磁状态也有三种励磁状态,“,“正常励磁正常励磁”时时,电动机没有无功功率输出；电动机没有无功功率输出；“过励过励”时电动机从电网吸收容性无功（或时电动机从电网吸收容性无功（或发出感性无功）发出感性无功）;“;“欠励欠励”时电动机从时电动机从电网吸收感性无功（或发出容性无功）电网吸收感性无功（或发出容性无功）.也可以调节无功功率也可以调节无功功率.调节励磁电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数调节励磁
43、电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数,这是同步这是同步电动最可贵的特点电动最可贵的特点.第69页，共72页，编辑于2022年，星期三 由于同步电动机的平均起动转矩为零，所不能自行起动，必须借用其由于同步电动机的平均起动转矩为零，所不能自行起动，必须借用其它方法。它方法。常用的起动方法有：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起常用的起动方法有：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。其中异步起动法应用最广泛。动法。其中异步起动法应用最广泛。6.6.2 同步调相机 同步调相机是专门发送无功功率的同步电机，实质上是一台空载运行同步调相机是专门发送无功功率的同步电机，实质上是一台空载运行的同步电
44、动机。的同步电动机。在电网的受电端接上同步调速相机，是提高电网功率因数的重要方法在电网的受电端接上同步调速相机，是提高电网功率因数的重要方法之一之一。第70页，共72页，编辑于2022年，星期三一、同步调相机的励磁1.正常励磁2.过励磁3.欠励磁第71页，共72页，编辑于2022年，星期三二、同步调相机的特点1.1.调相机的额定容量指的是在过励状态下的额定视在功率。调相机的额定容量指的是在过励状态下的额定视在功率。2.2.由于转轴上不带机械负载，所以调相机的转轴比同容量的电动机由于转轴上不带机械负载，所以调相机的转轴比同容量的电动机转轴细，没有过载能力的要求。转轴细，没有过载能力的要求。3.3.为了提高调相机提供感性无功的能力，励磁线圈导线截面较大，但励磁损为了提高调相机提供感性无功的能力，励磁线圈导线截面较大，但励磁损耗仍然很大，对通风冷却要求较高。耗仍然很大，对通风冷却要求较高。同步调相机的起动一般采用异步起动法或辅助电动机法。选择同步调相机的起动一般采用异步起动法或辅助电动机法。选择起动方法时，首先考虑限制起动电流，然后考虑满足起动转矩的要起动方法时，首先考虑限制起动电流，然后考虑满足起动转矩的要求。求。第72页，共72页，编辑于2022年，星期三