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  同步电机工作原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。第6章 同步电机 同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速 机时得名。同步电机主要用作发电机,也可用作电动机和调相 机。本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性,简 要分析同步电动

  第6章 同步电机 同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速 机时得名。同步电机主要用作发电机,也可用作电动机和调相 机。本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性,简 要分析同步电动机和调相机的运行状态。 6.1 同步电机的基本工作原理与结构 6.2 6.3 同步发电机的空载运行 同步发电机的电枢反应 同步发电机的负载运行 同步发电机的并联运行 同步电动机和同步调相机 思考题与习题 6.4 6.5 6.6 第6章 同步电机 6.1同步电机的基本工作原理与结构 6.1.1 同步电机的基本结构 以汽轮发电机为例: 定子铁心:硅钢片叠成。 定子(电枢) 电枢绕组:三相对称绕组——铜线制成 机座:钢板焊接面成,有足够的强度和钢度。 转子铁心:采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组:铜线制成 护环:保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环:支持护环,阻止励磁绕组轴向移动 滑环:引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组 转子 第6章 同步电机 转子 C A 定子绕组 B 机械端口 电端口 定子铁心 返回 第6章 同步电机 返回 第6章 同步电机 (1)定子铁心 1、剥线机汽轮发电机结构 返回 第6章 同步电机 返回 第6章 1、汽 轮发电 机结构 同步电机 返回 第6章 同步电机 (2)卧式水轮发电机 2、水轮发电机结构 (1)立式水轮发电机 第6章 同步电机 2、水轮发电机结构转子结构 10000kW水轮机转子 第6章 同步电机 1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机 第6章 同步电机 国产300MW汽轮发电机 第6章 同步电机 国产200MW汽轮发电机定子 第6章 同步电机 国产200MW汽轮发电机定子铁心 第6章 同步电机 现场运行的水轮发电机 第6章 同步电机 6.1同步电机的基本工作原理与结构 6.1.2 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 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 n 旋转时,其 磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E0 . pn f ? 60 大小: E ? 4.44 fN k ? 0 1 w1 0 频率: 波形:由e ? B( x )lv 可知,波 B 形取决于( x ) 的空间分布。 相序:由转子的转向决定。 第6章 同步电机 U1 发电机的物理过 程可用图示表示 ? W2 ? n ? N ? V2 ? V1 ? S ? U2 ? W1 旋转示意图1 旋转示意图2 第6章 同步电机 二、同步电机的分类 按运行方式,同步电机分发电机、电动机和调相机。 按结构型式,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。 按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴 油发电机等。 汽轮发电机一般作成隐极式,现代汽轮发电机均为2极,转速 为3000转/分钟,水轮发电机采用凸极式,极数多,转速低。 同步电动机、剥线机柴油发电机和调相机一般作成凸极式。 第6章 同步电机 6.1.3 同步电机的额定值 额定容量 N 额定功率 N S P 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KVA或KW。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KW。调相 机用KVA或Kvar表示。 额定电压U N (kV ) 额定电流I N (A) 在额定运行状 额定运行时加在 态下三相定子 三相定子绕组上 绕组的线电流. 的线电压。 对同步发电机额定值之间关系为: 额定功率因数cos? N 额定频率f N 额定效率? N 额定转速nN 额定励磁电流I fN 额定励磁电压U fN PN ? SN cos ?N ? 3U N I N cos ?N 第6章 同步电机 6.2 同步发电机的空载运行 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 电流 I f ,定子绕组开路的运行称为空载运行。 电磁关系: If Ff ? Φ f? ? Φ0 ? E0 空载电动势 E0大小: E0 ? 4.44 fN1kw1?0 空载特性: n ? nN ,I ? 0,E0 ? f ( I f ) 第6章 同步电机 6.3 同步电机的电枢反应 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 磁通的大小及位置均发生变化, 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 Fa 和励磁磁动势基波 F f ? ? 之间的相对位置,即与空载电动势E0 和电枢电流 I 之间的夹角 ? 有关. 励磁磁势和电枢磁势的区别 基波 波形 大小 位置 转速 转向 励磁磁动 势 电枢反应 磁动势 正弦 波 正弦 波 恒定,由励 由转子位置 由原动机的转速 磁电流决定 决定 决定 恒定,由电 由电流瞬时 由磁极对数和电 枢电流决定 值决定 流频率决定 由原动机 决定 由电流相 序决定 第6章 6.3.1 ? 空载电动势 E0 和电枢电流 I? 同相位. F f 与 Fa 之间夹 角为? ? 90 0 同步电机 ? ? 00 时的电枢反应 q轴 U轴 F? V2 ? ? 900 d轴 Fa W1 N S U2 V1 W轴 记Fa为Faq 电枢反应性质: Ff V轴 U1 交轴电枢反应 W2 第6章 同步电机 ? E0 超 I? 900 q轴 U轴 ? ? 900时的电枢反应 6.3.2 空载电动势 前电枢电流 F f 与 Fa 之间夹 角为? ? 90 0 V2 W1 记Fa为Fad 电枢反应性质: d轴 N S Ff U1 V轴 U2 V1 Fa W轴 直轴去磁电枢反应 W2 第6章 6.3.3 同步电机 q轴 U轴 ? ? ?900时的电枢反应 ? 空载电动势 E0 滞后 电枢电流 I? 900 F f 与 Fa 之间夹 角为? ? 90 0 V2 W1 记Fa为Fad 电枢反应性质: d轴 Fa Ff U1 V轴 N S U2 V1 W轴 直轴助磁电枢反应 W2 第6章 6.3.4 同步电机 q轴 U轴 一般情况下的电枢反应 ? 空载电动势 E0 超前 电枢电流 I? ? 角, 00 ? ? ? 900 V2 F f 与 Fa 之间夹 角为? ? 90 0 W1 d轴 ? ? 900 N Fa S U2 电枢反应性质: Ff V轴 U1 V1 既有交轴,还有直轴 去磁电枢反应 W2 W轴 第6章 此种情况下 同步电机 ? ? ? I ? Id ? Iq ? ? I d ? I sin? ---直轴分量 Id与E0成900 ? ? I q ? I cos? ---交轴分量 I q与E0同相位 Fa ? Fad ? Faq Fad ? Fa sin? ---直轴分量电流产生的合成磁动势 Faq ? Fa cos? ---交轴分量电流产生的合成磁动势 第6章 6.3.4 同步电机 ? ?? 负载 性质 一般情况下的电枢反应(总结) 电枢反 应性质 对电机的影响 Fa ? ? 00 ? ? 900 位置 F f Fa 夹角 Fa 记作 F? 波形 畸变 n( f ) U q轴 d轴 F aq 交轴 直轴 去磁 下降 R L F ad ? ? 900 削弱 不变 下降 ? ? ?90 0 d轴 F ad 00 ? ? ? 900 d、q 轴 F ad ? F aq 直轴 增强 助磁 交轴直 削弱 轴去磁 轴助磁 不变 上升 C 下降 下降 R、L ? 900 ? ? ? 00 d、q 轴 F ad ? F aq 交轴直 增强 下降 上升 R、C 第6章 6.3.5 同步电机 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 量转换的枢纽。 当? ? 0 0 时 , 交 轴 电 枢 反 应 磁 动 势 与 空 载 电 动 是 ? ? ? 势E 同 相 的? 产 生 的, I 可 以 认 为 是的 有 功 分 量 I I . 0 q q 交轴的电枢反应磁场与 励磁电流共同作用 在 , 转轴上产生制动性质的 电磁转矩 em . T 输出的有功功率越大,有功分量电流就越 T 大,交轴电枢反应越强, em 越大,这就 要求原动机输入更大的驱动转矩,维持电 机的转速不变。 第6章 d 同步电机 ? ? 当? ? 90 0 ( 或 ? 90 0) 时 , 直轴电枢反应磁动势是与E 0 成90 0 的I d 产生 ? ? 的 , 可以认为I 是I的无功分量. 直轴电枢反应磁场与励磁 电流共同作用,在励磁绕组上产 生电磁力,但不能形成电磁转矩. 说明发电机带感性(或容性)无 功负载时,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励磁电流 也需要相应增加(或减小)。 第6章 同步电机 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 的变化影响发电机的电压。 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。 综上所述,交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转 换的关键。 第6章 同步电机 6.4 同步电机的负载运行 6.4.1 凸极同步发电机的电动势方程和相量图 一、凸极同步发电机的电动势方程 ? ? ? 由于 I ? I d ? I q ? 电磁关系: Φ f? X d ? X ad ? X ? 且令 ? ? If Φ0 X q ? X aq ? X ? E0 F f I? ? Id ? I Fad ? Φ? 不计磁路饱和时有下列关系 ? ? Ead ? ? jI d X ad ? ? Eaq ? ? jI q X aq ? ? E? ? ? jIX ? q Faq ? Φad ? Φ aq ? E ad ? E 则电动势平衡方程 ? ? ? ? ? E0 ? U ? IRa ? jId Xd ? jIq Xq X d --直轴同步电抗 X q --交轴同步电抗 aq ? E? 分别表征在对称负载下,单位直轴或 交轴三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。 第6章 作图步骤 同步电机 二、凸极同步发电机的相量图 ? ( 1 )根据已知条件绘出和I ; U ? ? ? ? ? ? ? ( 2 )根据EQ ? U ? IRa ? jIX q 作出EQ 及EQ ? 与I的夹角? ; ? ? ( 3 )根据 角将?分解成 d 和Iq ; ? I I ? ? ? ? ? ( 4 )根 据E0 ? U ? IRa ? jI d X d ? jI q X q , ? 从M点 依 次 作 出I q X q 及jI d X d , 得 到 末 j? 端G , 连 接OG线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: ? Φ f? ? Φ0 ? Φa ? Φ ? 令 X t ? X a ? X? ? E0 If Ff 电动势平衡方程 ? Ea ? E ? I? Fa ? ? ? ? E0 ? U ? IRa ? jIX t X t --同步电抗 不计磁路饱和时有下列关系 ? ? E a ? ? jIX a ? ? E? ? ? jIX ? 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 感应的电动势。 第6章 等效电路 同步电机 相量图 二、等效电路和相量图 根据相量图可求出 E0 ? ?U cos ? ? Ra I ? ? ?U sin? ? X t I ? 2 2 X t I ? U sin ? ? ? arctan Ra I ? U cos ? 第6章 同步电机 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,对应的相量图称为简化相量图 思 考 题 分别作出汽轮同步发电机带阻性、 纯感性、纯容性、电感性、电容性负 载时的简化相量图?并说明各种情况 下电枢反应的性质? 第6章 一、空载特性 同步电机 6.4.3 同步发电机特性 定义: ? n1 , I ? 0,U0 ? E0 ? f ( I f ) n 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。 第6章 二、短路特性 同步电机 定义: n ? n1 ,U ? 0, I S ? f ( I f ) 短路时的等效电路 短路特性曲线 短路特性与 空载特性配合可 以求出电机的同 步电抗。 第6章 三、外特性 同步电机 n 定义: ? n1 , I f ? C ,cos ? ? C ,U ? f ( I ) 外特性曲线 当发电机带阻性和感性负载时, 外特性是下降的,原因是电枢反应的 去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降. 带容性负载时且(发电机负载的 容抗大于同步电抗)时,外特性是上 升的,原因是电枢反应的助磁作用和 容性电流在漏抗上的压降。 第6章 四、调节特性 同步电机 n 定义: ? n1 ,U ? C ,cos ? ? C , I f ? f ( I ) 调整特性曲线 在感性和阻性负载时,随着负载电流 的增加,必须增加励磁电流,电动执行机构补偿电枢反 应的去磁作用和漏阻抗压降,保持端电压 恒定;对容性负载,随着负载电流的增加, 必须减小励磁电流。 在功率因数一定情况下,根据调整特 性曲线,可确定在负载变化范围内,维持 电压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,使系统中 无功功率的分配更合理一些。 第6章 同步电机 6.5 同步电机的并联运行 并联运行的含义 将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上,或 通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上,共同向负荷 供电。 无穷大电网的含义 S?? 1、提高供电的可靠性; Uc ? C 2、提高供电的经济性; 3、提高电能的质量。 fc ? C Zc ? 0 并联运行的优点 并列方法 1.准同期法 2.自同期法 第6章 同步电机 重点 内容 6.5.1 并联运行的条件 一、准同期并列的条件 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相同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。 上述条件(4)一般在安装发电机时,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 重的危害。 第6章 同步电机 在电位差的作用下发电机产生 冲击电流,即 ? ? U g ? Uc ? Ic ? ? ?? ?? jxd jxd ? ?U 1. 电压大小不等 此时,ab两端有电位差 ? ? ? ?U ? U g ? Uc 冲击电流为无功 分量,不会加重原动 机的负担,但会在电 枢绕组中产生很大的 冲击力,使电枢绕组 端部受冲击力的作用 而变形。 第6章 2. 相位不同 同步电机 ? 若U g稍超前 ? c ,如图 U 此时,ab两端有电位差 ? ? ? ?U ? U g ? Uc ? ? 若U g 和Uc反相,如图 电位差可达发电机 电压的两倍,若此时并 列,会产生很大的冲击 电流,发电机会因遭受 巨大的冲击力而损坏。 冲击电流的影响:1)电枢绕组端 部受力变形; 2)转轴上受冲击 转矩的作用,使机轴扭曲变形;3) 电枢绕组发热. 第6章 3. 频率不同 同步电机 ? ? U g 和Uc为大小相等而角速度不。 同 ? ?U为瞬时值的幅值有规律 、 时小 时大 变化的拍振电压 。全自动烫金机视频厂家 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。 拍振电流使电枢绕组端 部受力变形,使电枢绕 组发热。 第6章 同步电机 频率差过大电机不能并列;频率差较小时,靠自整步 作用,可以把发电机拉入同步。 ? 当f g ? f c 时 ,U g 超 ? 前U c, 冲 击 电 流 ? ? I 的有功分量 对 I c ca 当f g ? f c 时 , 冲 击 电 流?c的 有 I 功 分 量? 对 转 I ca 转轴产生制动转 矩, 使 转 子 减 速 , 直 到f g ? f c . 轴产生驱动转 矩, 使 转 子 加 速, 直 到f g ? f c . 第6章 4. 相序不同 同步电机 ? 相 序 不 同 的 发 电 机 绝 能 并 列因 为 此 时? g与U c 恒 差1200 , ?U恒 不 , U 等 于 3U g ,它 将 产 生 巨 大 的 冲 击 流 而 危 及 电 机 电 . 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△U不超过10%,相位差不超过10%,频率 偏差不超过0.2%~0.5%(0.1~0.25Hz)。 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。 第6章 同步电机 6.5 同步电机的并联运行 6.5.2 有功功角特性及有功功率调节 一、功率和转矩平衡 输入 功率P1 机械损 耗pmec 附加损 耗pad 电磁功 率Pem 铁损pFe 输出功 率P2 定子铜损 pcu1 Pem ? P1 ? ( Pmec ? PFe ? Pad ) ? P1 ? P0 Pem ? P2 ? Pcu1 ? P2 ? mUI cos ? 第6章 同步电机 2?n1 在Pem ? P ? P0两边同时除以同步机械 角速度 ?1 ? 1 60 Pem ?1 ? ?1 P1 ? ?1 P0 可得转矩平衡方程为 Tem ? T1 ? T0 或 T1 ? Tem ? T0 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。 第6章 定义: 同步电机 二、有功功率功角特性 并联于无穷大电网的同步发电机,当电网电压和频率一定、 If X d、X q、X t E0 参数( )为常数、空载电动势 不变(即 不变)时,Pem ? f ( ? ) 为有功功率功角特性。 凸极发电机的有功功率功角特性 E0U U2 ? 1 1 ? Pem ? P2 ? mUI cos ? ? m sin ? ? m ? ? sin 2? ?X X ? ? Xd 2 ? q d ? 隐极发电机的有功功率功角特性 Pem ? mUI cos ? ? m E0U sin ? Xt 第6章 同步电机 水轮发电机的有功 功率功角特性分两部分: ? Pem ? m E0U sin ? ? 基本 电磁功 率 Xd 水轮发电机有功功 率功角特性曲线 ?? ? m Pem ( ? ) sin 2? ? 附加电磁功率 2 Xq Xd 附加电磁功率的特点: ? ? 450 时附加电磁功率最大 ; 附加电磁功率与 0 无关; E 附加电磁功率是由于 d ? X q 产生的. X 第6章 同步电机 汽轮发电机的有功功 率功角特性的特点: 1 )电 磁 功 率 em与 功 角 的 正 弦 函 数 P ? sin ?成 正 比 ; 汽轮发电机的功角特 性曲线 时,功率达到极限值 Pemmax m E0U ? ; Xt 3 )? ? 1800 , Pem为负值,电机转为电 动机运行. 第6章 同步电机 功角 δ 的双重物理意义 ? ? 1、是电动势 E0 和电压 U 间的时间相位角; ? ? ? 2、是感应电动势 E0的主磁通Φ0 和产生电压 U 的电枢等效假想 ? 磁通Φu 之间的夹角。 或称是励磁磁势 F f 和合成磁势 F u间的空间夹角。 ? ? ? ? Φu 是 一 个 虚 拟 磁 通 定 发 电 机 的 端 电 压 Φu 产 生 的 Φu 由Φ0 、Φa 和 ,假 U是 ? ,? ? Φ 合 成, 并 假 定 它 是 由 定 子 的 个 等 效 合 成 磁 极 称 定 子 合 成 磁 极 一 (简 ) ? ? ? 所 产 生,因 此Φ0 由Φu 之 间 的 夹 角 即 为 转 子 极F f 与 定 子 合 成 磁 极u 之 磁 F 间的空间夹角 。 第6章 同步电机 用图示功角的双重物理意义 第6章 同步电机 ? 在 发 电 机 运 行 时? 0 超 前U ( ? ? 00 ),转 子 磁 极 轴 线 超 前 定 合 成 ,E 子 磁 极 轴 线 一 个角。 稳 定 运 行 时 转 子 磁 极 拖 动 定 子 合 磁 极 同 步 旋 ? , 成 转, 定 子 合 成 磁 极 给 转 子 极 一 个 反 作 用 力 制 动 转 矩 磁 ( )。 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。 第6章 同步电机 发电机空载运行时,原动机输入的功率用来平衡各种损耗, ?,定、转子磁极轴线重合,它们之间只有径向力而无 ? 00 此时 Pem ,在功角特性的0点上。 ? 00 切向力,所以 增 大 原 动 转 矩开 大 汽 门 发 电 机 输 ( ), 入 功 率 1增 大, 1 ? Tem, ?逐 渐 变 大 输 出 P T 功 率Pem 和 电 磁 转 矩 em 逐 渐 增 大 直 到 T , T1 ? Tem为 止, 如 图a点。 Pem 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。在功率极限角范围内,输入转 矩越大,有功功率输出就越大。 P1 a 0 ?a ? 第6章 同步电机 四、静态稳定的概念 静态稳定: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态的能力。 在a点运行时电机具有静态稳定的能力。 Pem 若干扰使功角δ增大到a′点, Pem和Tem 增大,迫使电机减速,功角δ变小,电机 回到a点。 a? 干扰使功角δ减小时,有同样结论。所以 a点称为稳定运行点。 而b点为不稳定运行点,分析略。 P1 a b 0 ?a ?b ? 第6章 同步电机 静态稳定的判据:比整步功率(kW/rad) Psyn ? dPem ?0 d? 对汽轮发电机,比整步功率为 Psyn dPem E0U ? ?m cos ? d? xt Pem Psyn Psyn Pem P 在电机稳定区域内, syn 越大,电机稳定增 长性越好。 0 ? ? 900 ? 第6章 五、过载能力 同步电机 最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。 Pem max ?? PN 汽轮发电机的过载能力 ?? Pem max PN E0U m xt 1 ? ? E0U sin ? N m sin ? N xt 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数。 过载能力设计得在一点,是从提高称定观点考虑的,电动执行机构不是从 发热观点考虑的。 第6章 同步电机 6.5.3 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(xd、xq、xt)为常数、空载电势E0不变(即 If 不变)时, Q=f(δ)为无功功率功角特性。 水轮发电机无功功率的功角特性 E0U U2 ? 1 1 ? U2 ? 1 1 ? Q ? mUI sin ? ? m cos ? ? m ? ? ??m ? ? ? sin 2? ?x x ? xd 2 ? q 2 ? xq xd ? d ? ? ? 汽轮发电机无功功率的功角特性 E0U U2 Q ? mUI sin ? ? m cos ? ? m xt xt 第6章 同步电机 几个特殊点: 汽轮发电机无功功率的功角特性曲线 U ? ? cos E0 δ?0 U(E0 ? U) Q?m Xt ?1 ? ? 900 0 ? U δ ? cos E0 δ ? 900 Q?0 U2 Q ? ?m Xt 第6章 同步电机 Pem 2 Pem1 b 从能量守恒观点看,并 Pem Q 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。 P 调节 I f 前,剥线机 em ? Pema ,Q ? Qa P 增大 I f 后 em ? Pemb ? Pema ,Q ? Qb a P 1 ?b? a Q1 Q2 ? 调节 I f 不影响发电机的有功功率输出,但影响电机的稳定性能。 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. 第6章 三、相量分析 1.正常励磁 同步电机 ? E01 ? jI1 X t ? ? 0 ,cos ? ? 1, P ? 0,Q ? 0 2.过励磁 ? ? 0,cos? ( 滞后 ),P ? 0 发QL ( 或吸QC ) ? E0 ? jIX t jI?2 X t ? U I?3 ? E02 I?2 I? ?2 I?1 3.欠励磁 ? ? 0 , cos? ( 超前), P ? 0 发QC ( 或吸QL ) jI?3 X t ?3 ?1 ? E03 第6章 四、V形曲线 同步电机 发电机运行时,定子电流和励磁电流是运行人员主要监视 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或滞后以及运行的稳定性问题。电动执行机构 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 I 和励磁电流 I f 的关系曲线 I ? f(I f ) 称为“V”形 曲线。 对于一个给定的有功功率输出就有一条V形曲线,有功功率 越大,曲线向上移,因此可是以得到一簇“V”形曲线章 同步电机 I P ? P ? P ? Pem em em em ? ? 90 不稳定 0 cos? ? 1 Pem Pem Pem 区域 Pem ? 0 If 0 欠励 正常 励磁 过励 第6章 同步电机 V形曲线.每条曲线的最低点, cos? ? 1 ,定子电流最小,且全为有功电流, 这些点的连线向右倾斜; 表明要输出纯有功功率,必须相应增加一些励磁电流。 2.不稳定区域边缘:δ=900,连线向右倾斜; 表明输出有功功率越多,维持稳定所需的励磁电流也越大。 3.每条曲线上的电流变化量ΔI 为无功分量; 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 后增大。 第6章 同步电机 6.6 同步电动机和同步调相机 6.6.1 同步电动机 一、同步电机的可逆原理 同步电机的运行是可逆 的,既可以用作发电机,还 可以用作电动机。 同步电机运行于发电 机状态时,如图所示。 转子磁极轴线超前定子 合成磁极轴线,电机 把机械能转变成电能。 第6章 同步电机 逐步减少发电机的 输入功率,转子将瞬时 减速,δ角减小,相应 的电磁功率也减少。 当发电机的输入功率 只能满足空载损耗时,发 电机处于空载运行状态。 第6章 同步电机 继续减少发电机的输入功率, 则δ和 Pem变为负值。卸动原动机, 电机从电网吸收功率满足空载损耗, 成为空转的电动机。 电机轴上加上机械负载,负 值的δ增大,由电网向电机输入 的电功率和相应的电磁功率增大, 转子磁极轴线落后定子合成磁极 轴线,转子受到驱动性质的电磁 转矩作用。 第6章 同步电机 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: ? ? ? ? E0 ? U ? IRa ? jIX t 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: 隐极机: 凸极机: ? ? ? ? U ? E0 ? I M Ra ? jI M X t ? ? ? ? ? U ? E0 ? I M Ra ? jI Md Xd ? jI Mq Xq 同步电动机的功角特性与发电机的也相似,用δM=-δ代替 δ即可。 第6章 同步电机 三、同步电动机的V形曲线 与同步发电机相似,当同步电 动机的输入有功功率恒定而调节励 磁电流时,也有三种励磁状态,“正 常励磁”时,电动机没有无功功率 输出;“过励”时电动机从电网吸 收容性无功(或发出感性无 功);“欠励”时电动机从电网吸收 感性无功(或发出容性无功).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, 这是同步电动最可贵的特点. 第6章 同步电机 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。 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。 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 数的重要方法之一。 第6章 同步电机 一、同步调相机的励磁 1.正常励磁 ? ? E0 ? U ,? ? 0, I ? 0,Q ? 0 2.过励磁 E0 ? U ,? ? 900 ,发QL ( 或吸QC ) 3.欠励磁 E0 ? U ,? ? ?900 ,发QC ( 或吸QL ) 第6章 同步电机 二、同步调相机的特点 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。 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 动机转轴细,没有过载能力的要求。 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。 选择起动方法时,首先考虑限制起动电流,全自动烫金机视频厂家然后考虑满足起动 转矩的要求。

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