电机及拖动第四版第6章同步电机及同步电动机的电力拖动课件.ppt

1、第章 同步电机及同步电动机的电力拖动高 等 教 育 出 版 社高等教育电子音像出版社电机及拖动（第电机及拖动（第4版）版）电子教案电子教案第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.1 6.1 同步电机的基本工作原理与结构同步电机的基本工作原理与结构6.2 6.2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行6.36.3同步发电机的电枢反应与机电能量转换同步发电机的电枢反应与机电能量转换6.4 6.4 同步发电机的负载运行同步发电机的负载运行6.56.5同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行6.66.6同步电动机和同步调相机同步电动机和同步调相机思考题与习题思考题与习题 同步电机是交流旋转电机的一种

2、同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速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。要分析同步电动机和调相机的运行状态。6.76.7同步电动机的同步电动机的电力拖动电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动基本要求：基本要求：1.1.掌握同步电机的基本工作原理，了解凸极机和隐极机的基本掌握同步电机的基本工作原理，了解凸极机和隐极机的基本结构特点并熟悉同步电机

3、的额定值；结构特点并熟悉同步电机的额定值；2.2.掌握对称负载运行时的电枢反应和机掌握对称负载运行时的电枢反应和机电能量转换关系；电能量转换关系；3.3.了解同步电机中各种电抗的物理意义及大小关系；了解同步电机中各种电抗的物理意义及大小关系；4.4.了解同步电机的电动势方程式、相量图和等效电路；了解同步电机的电动势方程式、相量图和等效电路；5.5.掌握三相同步发电机的功率、转矩和运行特性；掌握三相同步发电机的功率、转矩和运行特性；6.6.掌握三相同步发电机的并联运行的条件与方法，有功功角特掌握三相同步发电机的并联运行的条件与方法，有功功角特性及有功功率的调节，无功功率的调节及性及有功功率的调节

4、，无功功率的调节及V V形曲线；形曲线；7.7.掌握三相同步电动机的功角特性、矩角特性与掌握三相同步电动机的功角特性、矩角特性与V V形曲线；形曲线；8.8.对同步调相机作一般了解；对同步调相机作一般了解；9.9.了解同步电动机的起动、调速。了解同步电动机的起动、调速。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.1.1同步电机的基本工作原理与结构同步电机的基本工作原理与结构 Basic operating principle and structure Basic operating principle and structure of synchronous generatorof synchro

5、nous generator教学内容：教学内容：6.1.1 6.1.1 同步电机的基本工作原理和分类同步电机的基本工作原理和分类6.1.2 6.1.2 同步电机的基本结构同步电机的基本结构6.1.3 6.1.3 同步电机的额定值及励磁方式同步电机的额定值及励磁方式教学目的与要求：教学目的与要求：1 1 掌握同步发电机的基本工作原理和分类掌握同步发电机的基本工作原理和分类2 2 了解同步电机的主要结构了解同步电机的主要结构3 3 掌握同步电机的额定值掌握同步电机的额定值,了解励磁方式了解励磁方式第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电路：电路：励磁电路：产生磁场，组成励磁电路：产生磁场，组成这一电

6、路的线圈称为励磁绕组，通入这一电路的线圈称为励磁绕组，通入直流，一般安装在转子上。直流，一般安装在转子上。电枢电路：感应电动势，通电枢电路：感应电动势，通过电流，进行机电能量转换，组成电过电流，进行机电能量转换，组成电枢电路的线圈叫电枢绕组。一般为三枢电路的线圈叫电枢绕组。一般为三相，安装在定子上。相，安装在定子上。.1.1.1.1 同步电机的基本工作原理与分类同步电机的基本工作原理与分类 Operating principle and classify of Operating principle and classify of synchronous generatorsynchronou

7、s generator一一、同步发电机的基本工作原理、同步发电机的基本工作原理 基于电磁感应定律来工作的。基于电磁感应定律来工作的。电机中有四路：电路、磁路、水路和风路电机中有四路：电路、磁路、水路和风路第章 同步电机及同步电动机的电力拖动磁路：定子铁心、转子铁心、空气隙磁路：定子铁心、转子铁心、空气隙 。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 。n0E1、感应电动势的波形、感应电动势的波形 电动势的波形取决于转子磁场在电动势的波形取决

8、于转子磁场在气隙空间的分布波形，设计时尽可能将气隙空间的分布波形，设计时尽可能将极弧设计制造成适当的形状，使产生的极弧设计制造成适当的形状，使产生的磁场沿气隙空间按正弦规律分布。磁场沿气隙空间按正弦规律分布。Be(x)eBlv 第章 同步电机及同步电动机的电力拖动3 3、大小：、大小：01104 44wE.fN k 频率：频率：60pnf 4 4、相序：、相序：由转子的转向决定。由转子的转向决定。2 2、感应电动势的频率、感应电动势的频率 同步电机转子转速与磁极对数同步电机转子转速与磁极对数P P有固定关系有固定关系 P=1P=1，n=3000 r/minn=3000 r/min P=2 P=

9、2，n=1500 r/minn=1500 r/min P=30 P=30，n=100 r/minn=100 r/min同步电机同步电机同步的由来同步的由来第章 同步电机及同步电动机的电力拖动U2U1W2V1W1V2NSn发电机的物理过发电机的物理过程可用图示表示程可用图示表示旋转示意图1旋转示意图2第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二二、同步电机的分类、同步电机的分类1.1.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。2.2.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

10、，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、水轮发电机和柴同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。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，转速极，转速为为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。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动3.3.按冷却介质和冷却方式分类按冷却介质

11、和冷却方式分类（1 1）空气冷却（空冷）：）空气冷却（空冷）：采用内扇式轴向和径向混合通风系统采用内扇式轴向和径向混合通风系统（2 2）氢气冷却（氢冷）：）氢气冷却（氢冷）：由外冷式发展到内冷式，采用空心导线由外冷式发展到内冷式，采用空心导线 （3 3）水冷却（水冷）：）水冷却（水冷）：水内冷，定子绕组水内冷应用较多水内冷，定子绕组水内冷应用较多冷却组合方式：冷却组合方式：全氢冷；全氢冷；水水-氢氢-氢：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷，定转子铁心氢外冷；氢：定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷，定转子铁心氢外冷；水水-水水-氢：定、转子氢：定、转子绕组水内冷、定子铁心氢冷；绕组水内冷、定子铁心氢冷；

12、水水-水水-空：定、转子空：定、转子绕组水内冷、定子铁心空冷。绕组水内冷、定子铁心空冷。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.1.2.1.2 同步电机的基本结构同步电机的基本结构 Basic structure of synchronous generatorBasic structure of synchronous generator一、汽轮发电机一、汽轮发电机铁心铁心绕组绕组定子定子(电枢电枢)作用：作为磁路，嵌放电枢绕组作用：作为磁路，嵌放电枢绕组构成：由构成：由0.350.350.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成，直厚的硅钢片叠成，直径大于径大于1m1m的用扇形片叠成。的用扇形片叠成。

13、机座：要求有足够的强度和钢度。机座：要求有足够的强度和钢度。机座和端盖：构成电机的壳体机座和端盖：构成电机的壳体作用：感应电动势，传递功率作用：感应电动势，传递功率构成：由扁铜线绕制构成：由扁铜线绕制机座机座作用：支撑铁心和线圈作用：支撑铁心和线圈构成：由钢板焊接而成构成：由钢板焊接而成第章 同步电机及同步电动机的电力拖动转子铁心转子铁心励磁绕组励磁绕组转子转子作用：作为磁路，嵌放励磁绕组作用：作为磁路，嵌放励磁绕组构成：整体式或组合式转子铁心构成：整体式或组合式转子铁心作用：通入直流，产生磁场作用：通入直流，产生磁场构成：铜线绕制构成：铜线绕制护环护环作用：保护励磁绕组受离心力时不甩出作用：

14、保护励磁绕组受离心力时不甩出构成：钢质圆筒构成：钢质圆筒转子形式：隐极式转子转子形式：隐极式转子特点：特点：.气隙均匀气隙均匀 .P=1.P=1（P=2P=2）.用整块钢锻成用整块钢锻成 .轴向长，径向短轴向长，径向短中心环：中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动支持护环，阻止励磁绕组轴向移动滑环：滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组风扇：风扇：阻尼绕组：阻尼绕组：削弱负序磁场，抑制振荡削弱负序磁场，抑制振荡第章 同步电机及同步电动机的电力拖动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A AB BC C返回返回第章 同步电机及同步

15、电动机的电力拖动返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动汽轮发电机结构汽轮发电机结构 定子铁心定子铁心返回返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动汽轮发汽轮发电机转电机转子结构子结构返回返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动定子定子(电枢电枢)铁心：铁心：与汽轮发电机相同与汽轮发电机相同绕组：绕组：常采用分数槽绕组，改善电动势波形常采用分数槽绕组，改善电动势波形二、水轮发电机二、水轮发电机型式：型式：悬吊式悬吊式推力轴承在转子上部；推力轴承在转子上部；伞式伞式推力轴承在转子下部推力轴承在转子下部转子：转子：水流速慢，要产生水流速慢，要产生50Hz50H

16、z频率的电动势，磁极对数较多（频率的电动势，磁极对数较多（P=20P=20或或P=24P=24等）等）转子形式：凸极式转子转子形式：凸极式转子特点：特点：.气隙不均匀；气隙不均匀；.极数多极数多P3P3；.直径大，短而粗，直径大，短而粗，D Da a/L=5/L=57 7 第章 同步电机及同步电动机的电力拖动水轮发电机结构水轮发电机结构(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章 同步电机及同步电动机的电力拖动水轮发电机水轮发电机转子结构转子结构10000kW10000kW水轮机转子水轮机转子第章 同步电机及同步电动机的电力拖动发电环节发电环节各种发电机

17、各种发电机 引进引进600MW600MW汽轮发电机汽轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动绥中发电厂绥中发电厂1000MW1000MW汽轮同步发电机汽轮同步发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动国产国产300MW300MW汽轮发电机汽轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动国产国产200MW200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子第章 同步电机及同步电动机的电力拖动国产国产200MW200MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心第章 同步电机及同步电动机的电力拖动现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.1.3.1.3 同步电机的额定值及励磁方式

18、同步电机的额定值及励磁方式同步发电机额定值之间关系为：同步发电机额定值之间关系为：3NNNNNNPScosU Icos )(kVUN额定电压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。NNPS、额定功率额定容量 指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指指电机额定运行时，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，单位是输出的额定视在功率或有功功率，单位是kVAkVA或或kWkW。电动机额定。电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是kWkW。调相。调相机用机用kVAkVA或或

19、kvarkvar表示。表示。)(AIN额定电流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.fNfNNNNUInf额定励磁电压额定励磁电流额定转速额定效率额定频率额定功率因数Ncos一、一、同步电机的额定值同步电机的额定值第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二、二、同步电机的励磁方式同步电机的励磁方式1.1.直流励磁机励磁直流励磁机励磁第章 同步电机及同步电动机的电力拖动2.2.静止半导体励磁静止半导体励磁自励式静止半导体励磁系统自励式静止半导体励磁系统第章 同步电机及同步电动机的电力拖动3.3.旋转半导体励磁旋转半导体励磁旋转半导体励磁系统旋转半导体励磁系统第章

20、同步电机及同步电动机的电力拖动4.4.三次谐波励磁三次谐波励磁三次谐波励磁原理三次谐波励磁原理第章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：1 1 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理2 2 同步电机的额定值的含义及其关系同步电机的额定值的含义及其关系教学难点：教学难点：同步电机的结构同步电机的结构作作 业：业：P215P215：6.36.3小结小结第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.2.2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行教学内容：教学内容：6.2.2 6.2.2 空载特性空载特性教学目的与要求：教学目的与要求：1.1.掌握空载运行时的物理情况掌握空载运行时的物理

21、情况No-load operation of synchronous generatorNo-load operation of synchronous generator6.2.1 6.2.1 空载运行时的物理情况空载运行时的物理情况2.2.掌握空载特性的定义及求取方法掌握空载特性的定义及求取方法第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.2.2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行fIfF0 f 0E 电磁关系：电磁关系：01104 44wE.fN k 同步发电机被原动机拖动到同步转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，定子绕速，励磁绕组中通入直流电流，定子绕组开路的运行

22、称为组开路的运行称为空载运行空载运行。fI空载电动势空载电动势 大小：大小：0E.2.1.2.1 空载运行时的物理情况空载运行时的物理情况第章 同步电机及同步电动机的电力拖动01104 44wE.fN k 空载特性：空载特性：空载电动势空载电动势 大小：大小：0E00Nfnn,I,Ef(I).2.2.2.2 空载特性空载特性第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.2.3.2.3 时空矢量图时空矢量图第章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：1.1.同步发电机的空载运行时的物理情况同步发电机的空载运行时的物理情况教学难点：教学难点：同步发电机的空载特性求取方法同步发电机的空载特性求取

23、方法作业：作业：P215P215：6.46.4小结小结2.2.同步发电机的空载特性同步发电机的空载特性第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.3 6.3 同步发电机的电枢反应与机电能量转换同步发电机的电枢反应与机电能量转换2.2.掌握电枢反应与机电能量转换的关系掌握电枢反应与机电能量转换的关系教学内容：教学内容：教学目的与要求：教学目的与要求：二、二、滞后滞后 时的电枢反应时的电枢反应90E0I 三、三、超前超前 时的电枢反应时的电枢反应I90E0一、一、和和 同相时的电枢反应同相时的电枢反应I0E 四、一般情况下的电枢反应四、一般情况下的电枢反应 1.1.掌握掌握 不同情况下的电枢反应不同情

24、况下的电枢反应6.3.2 6.3.2 电枢反应与机电枢反应与机-电能量转换电能量转换6.3.1 6.3.1 电枢反应电枢反应第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.3.3 同步电机的电枢反应与机电能量转换同步电机的电枢反应与机电能量转换引言：引言：1.1.问题的提出问题的提出 RLCRLC负载实验，看发电机电压变化。负载实验，看发电机电压变化。2.2.负载时电机内的电磁物理情况负载时电机内的电磁物理情况 负载负载Ff1励磁绕组通直流电流产生，转速为励磁绕组通直流电流产生，转速为n1，由原，由原动机带动，位置取决于转子的位置，磁场的大小动机带动，位置取决于转子的位置，磁场的大小恒定不变。恒定不变。

25、Fa 由定子三相电流产生，基波电枢磁动势转速由定子三相电流产生，基波电枢磁动势转速为为n1，转向与转子转向一致，极数与转子极数相，转向与转子转向一致，极数与转子极数相同，幅值大小不变，位置：哪相电流达最大值，同，幅值大小不变，位置：哪相电流达最大值，电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。F Fa a与与F Ff1f1两磁动势在空间均以两磁动势在空间均以n n1 1速度同向旋转，故相对静止。速度同向旋转，故相对静止。Armature reaction of synchronous generatorArmature reaction of synchronous

26、 generator第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 3.3.什么叫电枢反应什么叫电枢反应 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 之间的夹角之间的夹角 有关有关.0E I fFaFafFIUEBFF)()(I1f第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 4.

27、4.几个基本名词概念几个基本名词概念 （1 1）内功率因数角；内功率因数角；（外）功率因数角；（外）功率因数角；IUIE0 （2 2）d d轴（纵轴、直轴）轴（纵轴、直轴）转子磁极中心线；转子磁极中心线；q q轴（横轴、交轴）轴（横轴、交轴）转子磁极极间中心线。转子磁极极间中心线。励磁磁动势和电枢磁动势的区别励磁磁动势和电枢磁动势的区别基波基波波形波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正弦波波恒定，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正弦波波恒定，由电恒定

28、，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章 同步电机及同步电动机的电力拖动一、一、时的电枢反应时的电枢反应00 正方向规定（发电机惯例）正方向规定（发电机惯例）（1）电动势、电流，末进首出；）电动势、电流，末进首出；（2）磁动势：正向电流建立正向磁动势。）磁动势：正向电流建立正向磁动势。空载电动势空载电动势 和电枢电流和电枢电流 同相位同相位.0EI用时空矢量图分析电枢反应：用时空矢量图分析电枢反应：时间相量：时间相量：等，以时轴（等，以时轴（+j+j）为参考轴。）为参考轴。IUE0、空间向量：空间

29、向量：等，以定子各相绕组轴线为参考等，以定子各相绕组轴线为参考轴，通常选取轴，通常选取U U相绕组轴线（相绕组轴线（+U+U）作为空间参考轴。）作为空间参考轴。1faf1BFFF、第章 同步电机及同步电动机的电力拖动选取选取U U相电动势达最大值瞬时分析：相电动势达最大值瞬时分析：第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fFaFF090电枢反应性质：电枢反应性质：电枢磁动势位于电枢磁动势位于交轴，故称交轴交轴，故称交轴电枢反应。电枢反应。0190角为之间夹与afFFaqaFF 为为记记特点：特点：1 1）交磁作用，）交磁作

30、用，使磁场轴线改变使磁场轴线改变位置；位置；2 2）电磁转矩为）电磁转矩为制动转矩；制动转矩；3 3）相量）相量 同相，表明发电同相，表明发电机向电网输送有机向电网输送有功，同步发电机功，同步发电机处于发电运行状处于发电运行状态。态。0EI与第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fF二、二、时的电枢反应时的电枢反应090 空载电动势空载电动势 超超前电枢电流前电枢电流 0EI090aF0190角为之间夹与afFFadaFF 为为记记第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电枢反应性质：电枢

31、反应性质：电枢磁动势位于直轴上，且与电枢磁动势位于直轴上，且与F Ff1f1反向，故反向，故称直轴去磁电枢反应。称直轴去磁电枢反应。特点：特点：1 1）对转子磁场起去磁作用，使发电机端电压降低。）对转子磁场起去磁作用，使发电机端电压降低。若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励磁电流，此时电机为过励磁运行状态。应增大励磁电流，此时电机为过励磁运行状态。2 2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。3 3）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。第章

32、同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fF三、三、时的电枢反应时的电枢反应090 空载电动势空载电动势 滞后滞后电枢电流电枢电流 0EI090aF0190角为之间夹与afFFadaFF 为记第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电枢反应性质：电枢反应性质：电枢磁动势位于直轴上，且与电枢磁动势位于直轴上，且与F Ff1f1同向，故同向，故称直轴助磁（增磁）电枢反应。称直轴助磁（增磁）电枢反应。特点：特点：1 1）对转子磁场起增磁作用，使发电机端电压上升。）对转子磁场起增磁作用，使发电机端电压上升

33、。若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应减少励磁电流，此时电机为欠励磁运行状态。应减少励磁电流，此时电机为欠励磁运行状态。2 2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。3 3）发电机发出有功功率为零，发电机发出有功功率为零，向电网输出容性无功功率。向电网输出容性无功功率。，超前1sin0cos90EI00第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fF四、四、一般情况下的电枢反应一般情况下的电枢反应1.1.空载电动势空载电动势 超前超前

34、电枢电流电枢电流 角角,009000EIaF090 电枢反应性质：电枢反应性质：既有交轴既有交轴,还有直轴还有直轴去磁电枢反应去磁电枢反应0190角为之间夹与afFF第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动此种情况下此种情况下dqdqIIIII sinII cos -直轴分量直轴分量-交轴分量交轴分量0090成与EId同相位与0EIqaadaqadaaqaFFFFF sinFF cos -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章 同步电机及同步电动机的电力拖动电枢反应性质：电枢反应性质

35、：F Fadad作用于交轴，称为交轴电枢反应，起交磁作用；作用于交轴，称为交轴电枢反应，起交磁作用；F Faqaq作用于直轴，称为直轴电枢反应，起去磁作用。作用于直轴，称为直轴电枢反应，起去磁作用。特点：特点：既交磁，又去磁。既交磁，又去磁。1 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；）使气隙磁场轴线位置发生改变；2 2）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电压降低。压降低。2.2.空载电动势空载电动势 超前电枢电流超前电枢电流 角角,0EI00090特点：特点：既交磁又增磁，既交磁又增磁，1 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；）使气隙磁场轴线位置发生改变

36、；2 2）导致端电压上升。）导致端电压上升。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动四、四、一般情况下的电枢反应一般情况下的电枢反应（总结）（总结）上升上升下降下降 上升上升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 负载负载性质性质对电机的影响电枢反应性质记记作作夹角夹角 位置位置aFafFFaFaqFadFaqadFF adFaqadFF F000900900090000090090)f(nU第章 同步电机及

37、同步电动机的电力拖动6.3.26.3.2 电枢反应与机电枢反应与机-电能量转换电能量转换 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-电能电能量转换的枢纽。量转换的枢纽。.电磁转矩T转轴上产生制动性质的励磁电流共同作用，在交轴的电枢反应磁场与em.的有功分量I可以认为是I产生的,I同相的E势与空载电动交轴电枢反应磁动势是时,0当qq00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

38、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。emT第章 同步电机及同步电动机的电力拖动的无功分量.I是I可以认为的,产生I的成90E与直轴电枢反应磁动势是）时,90(或90当dd0000 说明发电机带感性说明发电机带感性(或容性或容性)无无功负载时功负载时,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（或上升）。为维持电压恒定所

39、需的励磁电流也需要相应增加（或减小）。也需要相应增加（或减小）。直轴电枢反应磁场与励磁直轴电枢反应磁场与励磁电流共同作用电流共同作用,在励磁绕组上产在励磁绕组上产生电磁力生电磁力,但不能形成电磁转矩但不能形成电磁转矩.第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负一般情况下，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。的变化影响发电机的电压。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电能量转电能量转换的关键。换的关

40、键。为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变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。化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：1 1 同步发电机的电枢反应情况同步发电机的电枢反应情况2 2 电枢反应与机电能量转换关系电枢反应与机电能量转换关系教学难点：教学难点：同步发电机的在同步发电机的在 角不同时候的电枢反应角不同时候的电枢反应作业：作业：补充题补充题1 1：何为同步发电机的电枢反应？：何为同步发电机的电枢反应？小结小结第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.4 6.4 同步发电机的负载运行

41、同步发电机的负载运行2.2.掌握同步发电机的运行特性掌握同步发电机的运行特性教学内容：教学内容：6.4.1 6.4.1 凸极同步发电机的电动势方程式和相量图凸极同步发电机的电动势方程式和相量图6.4.2 6.4.2 隐极同步发电机的电动势方程式、相量图和隐极同步发电机的电动势方程式、相量图和 等效电路等效电路教学目的与要求：教学目的与要求：1.1.掌握用电动势方程、相量图和等效电路分析凸极掌握用电动势方程、相量图和等效电路分析凸极和隐极同步发电机的方法和隐极同步发电机的方法6.4.3 6.4.3 同步发电机的特性同步发电机的特性第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.4.16.4.1 凸极同步

42、发电机的电动势方程和相量图凸极同步发电机的电动势方程和相量图.4 同步电机的负载运行一一、凸极同步发电机的电动势方程、凸极同步发电机的电动势方程电磁关系：电磁关系：fIfF0f0EdIadFadadEqIaqFaqaqEEI不计磁路饱和时有下列关系不计磁路饱和时有下列关系addadaqqaqEjI XEjI XEjIX 由于由于qdIII且令且令dadqaqXXXXXX则电动势平衡方程则电动势平衡方程0addqqEUIRjI XjI XdqXX-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轴或交轴三

43、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。在电枢每一相绕组中感应的电动势。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二二、凸极同步发电机的相量图、凸极同步发电机的相量图作图步骤作图步骤;I和U出(1)根据已知条件绘的夹角;I与E及E作出XIjRIUE(2)根据QQqaQ;I和I分解成I(3)根据角将qd.E线段即得OG连接端G,得到末,XI及jXI从M点依次作出j,XIjXIjRIUE(4)根据0ddqqqqdda0第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.4.26.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路一一、电动势方程、电动势方程电

44、磁关系：电磁关系：fIfF0f0EaaEEIaF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taXXX 电动势平衡方程电动势平衡方程0atEUIRjIXtX-同步电抗同步电抗aaEjIXEjIX 表征在对称负载下，单位三相电流表征在对称负载下，单位三相电流产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。感应的电动势。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二二、等效电路和相量图、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 220atEUcosR IU sinX I taX IU sinarctanR IU cos 第章 同

45、步电机及同步电动机的电力拖动 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简化等效电路效电路,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 内功率因数角；内功率因数角；（外）功率因数角；（外）功率因数角；功率角。功率角。UEI UIE00 讨论讨论:（1）阻感性负载）阻感性负载（）0）除发有功外，还发感性无功；）除发有功外，还发感性无功；0sinQ0mUIcosPmUI），既交磁，又去磁，既交磁，又去磁，。09000EU 第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 （2）纯阻性负载）纯阻性负载（）0）全发有功；）全发有功；0Q0mUIP），既交磁，又去磁

46、，既交磁，又去磁，。09000EU）既发有功，又发容性无功；）既发有功，又发容性无功；0sinQ0mUIcosPmUI），既交磁，又增磁，既交磁，又增磁，。000900EU （3）阻容性负载）阻容性负载（）0第章 同步电机及同步电动机的电力拖动思考题思考题 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阻性性、纯感性纯感性、纯容性纯容性、电感性电感性、电电容性容性负载时的简化相量图，并说明负载时的简化相量图，并说明各种情况下各种情况下电枢反应电枢反应的性质？的性质？第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.4.36.4.3 同步发电机特性（同步发电机特性（operating characte

47、ristics operating characteristics of synchronous generatorof synchronous generator）一一、空载特性、空载特性定义定义：1000fnn,I,UEf(I)空载特性是发电机的基本特性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、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、额定励磁电流和电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。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

48、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。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二二、短路特性、短路特性定义定义：10Sfnn,U,If(I)短路时的等效电路短路时的等效电路短路特性曲线短路特性曲线 短路特性与空载短路特性与空载特性配合可以求出电特性配合可以求出电机的同步电抗。机的同步电抗。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动三三、外特性、外特性定义定义：1fnn,IC,cosC,Uf(I)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，时，外特性是下降的，原因是电枢反应的外特性是

49、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去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降.带带容性容性负载时且（发电机负载的负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上容抗大于同步电抗）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。容性电流在漏抗上的压降。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动四四、调节特性、调节特性定义定义：1fnn,UC,cosC,If(I)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，补偿电枢反的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去磁作

50、用和漏阻抗压降，保持端电压应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压恒定；对恒定；对容性容性负载，随着负载电流的增加，负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电流。必须减小励磁电流。在功率因数一定情况下在功率因数一定情况下,根据调整特根据调整特性曲线性曲线,可确定在负载变化范围内可确定在负载变化范围内,维持维持电压不变所需的励磁电流的变化范围。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运行人员可利用调整特性曲线,使系统中使系统中无功功率的分配更合理一些。无功功率的分配更合理一些。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：1 1 凸极同步发电机电动势方程和相量图凸极同步发