第55讲 第二十八章：同步电机（）（2010年新版）.doc

1、联系 QQ116555753728.6.2 同步发电机的功率和转矩平衡方程同步发电机的功率流程如图所示。 为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗 ，另一部分供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗 , 为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率 。如果是负载运行，定子绕组中还存在定子铜耗 ， 就是发电机的输出功率。同步发电机的功率平衡方程式为定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，则有 转矩平衡方程式： )(11 adFemceadFemece TTpP28.6.3 同步发电机的功角特性

2、为内功率因数角， 定义为功角。 它表示发电机的励磁电势 和端电压 之间相角差。 功角 对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有 重要意义。图中画出了同步电机的时空相量图。图中 忽略了定子绕组的漏磁电势，认为 + ， 对应 于转子磁势， 对应于电枢磁势 ，所以可近似认为端电压 由合成磁势 = + 所感应。 和 之间的空间相角差即为 和 之间的时间相角差 。可见功角 在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运行时， 为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势 总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势 的角速度决定。稳定运行时， 和

3、 之间无相对运动， 具有固定的值。28.6.3.1 隐极同步发电机的功角特性功角特性指的是电磁功率 随功角 变化的关系曲线 =f() 的。隐极电机 最大功率与额定功率的比值定义为同步发电机的过 载能力。对隐极电机来说 28.6.3.2 凸极同步发电机的功角特性凸极电机 令 可以求出对应于最大电磁功率 的功角 ,一般来说凸极电机的 在 4590 之间。28.6.4 有功功率调节与静态稳定（以隐极电机为例，忽略饱和影响和电枢电阻，电网电压频率恒定）28.6.4.1 有功功率调节当发电机并入电网但不输出有功功率时，功角 ， ， ，即原动机输入的功0emPp21率与各种损耗守恒 。此时电机中的电流是无

4、功电流。adFemcTT1tXIjUE.0.以 为参考相量，无功电流 滞后 90 度。 与 同相位， 滞后 90 度. .I0.E.U0.EfF如果增加原动机输入功率，则 ，电机加速，转子直轴磁势超前于气隙磁蜜， 。adFemcTT1 0,emP此时，且 超前 一个相角 ，当 ，使 ，发电机转子不再加速，tXIjUE.0.0.E.Ua)(1adFemceTT说明原动机输入的功率与电磁功率和损耗功率平衡，电机将机械功率转变成电功率输出。换句话说，要想增加发电机的输出功率，就必须增加原动机的输入功率，使电机的功率角增大。但是当 时，max,eP若继续增加输入功率，电机将失去自身平衡状态，导致电机失

5、步。就是说原动机的输入功率不能无限制的增加，电机自身存在着静态稳定的问题。28.6.4.2 静态稳定概念：电网或原动机偶然发生微小扰动时，当扰动消失后，发电机能恢复原来的稳定同步运行状态，则称为静态稳定。判断方法：假设原动机输入有效功率为 PT=P1-p，发电机产生的制动性质的电磁功率为 Pem，此刻出现一个扰动，使输入功率增加 P T，从功角曲线上可以判断电磁功率也增加 P em，使得，电机将减速回到 A 点。pemTemTemBP1反之，电机运行出现扰动时，导致输入的有效功率大于输出的电磁功率，电机不能恢复稳定运行。后，电磁功率为负值，产生拖动性质的转矩，是同步电动机运行状态。018隐极同

6、步电机，功率角在 090 为稳定运行区，90180 为不稳定运行区。同步电机稳定判据： ；即功角增量大于零时，电磁功率增量也要大于零。0dPem如果 ，称为该点为0dPem静态稳定极限点； 发电机不能稳定运行0dem整步功率系数： 2cos1coscos 200 dqtemsyntemsyn XmUXEdPrXUEdP整步转矩系数： 2cos1coscos 200 dqtemsyntemsyn XXEdTrXEdT静态过载系数： 要求 kM1.7NemMPksi1ax28.6.5 无功功率调节和 V 形曲线同步发电机与电网并联后，不但要向电网供给有功功率，而且还有与电网进行的无功功率的交换。同

7、步发电机要增加输出的有功功率，必须增加原动机的输入功率；本节将讨论的是，同步发电机要调节输出的无功功率，不需要调节原动机的输入功率，只要调节发电机励磁。仍然以隐极电机为例分析：U=电网电压，忽略电枢电阻，不计饱和影响，P 2=constant, Pem=constant，只调节励磁电流，分析定子电流的变化。常数sinsi00EXUmte常数 co2IIP忽略电枢电阻有 Pem=P2，即 常数， 即可以根据此式分析 If or E0对 I 的影响。sin0tXEI根据隐极电机电势方程式，画出相量图。通过调节励磁电流调节无功功率得方法分以下几种情况讨论：（1） U 与 I 同相位 cos=1,（2

8、） 增加励磁电流（3） 减小励磁电流（4） 再减小励磁电流28.7 同步电动机的运行特性28.7.1 同步电动机的电势方程式和相量图按照发电机惯例，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：同步电动机分析时采用电动机惯例。则电流 I 超前端电压 U（从电网吸收超前的容性电流） ，励磁电动势 E0滞后与电压 U， 和 角为正值，产生的电磁功率也为正值。电动势平衡方程式分别为：taXIjR.0.qdjjI.根据电动势方程可以画出相量图28.7.2 同步电动机的功角特性和有功功率调节功角特性和功率平衡方程电动机运行时，E 0滞后端电压 U 的功角

9、 为正值，同样有：2sin12sin0 dqdemXmXUP0atIj2sin12sin0dqdemXUmXEPTacuiemadmecFcueRIpEPUpp21211os28.7.3 同步电动机的无功功率的调节和 V 形曲线1.正常励磁2.过励磁3.欠励磁与同步发电机相似,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.28.7.4 同步电动机的起动方法28.8 同步电机的励磁系统励磁电流：同步电机运行时，必须在 励磁绕组中通入的直流电流UI0EtXIj011tj11tIj20222303E3ItXIj3010,cos,P,Q)Q(,cs,CL发)(0,cos,0LCP或 吸发 超 前 励磁方式：指同步电机获得直流励磁电流的方式励磁系统：供给励磁电流的整个系统励磁系统是同步电机的一个重要组成部分。它直接影响同步电机的运行可靠性和经济性，并对同步电机的运行特性如电压主调整率、短路特性、过载能力等有重大影响。