同步电机ppt课件

令 Xt XaX
E 0
电动势平衡方程
E a E
E 0UIR ajIX t
X t --同步电抗
Ea 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。
4.8 同步电机
二、等效电路和相量图 等效电路
相量图
根据相量图可求出
E 0U c o s R a I2 U sin X tI2
4.8 同步电机
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
4.8 同步电机
4.8 同步电机
汽轮发电机结构 （1）定子铁心
4.8 同步电机
4.8 同步电机
汽轮发 电机结 构
4.8 同步电机
水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
4.8 同步电机
水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
(4)根 据 E0 U IRa jIdXd jIqXq, 从M点 依 次j作 IqX出 q及jIdXd,得 到 末 端G,连 接 OG 线 段 即 E0得 .
4.8 同步电机
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：
Φ f
If
Ff
Φ 0
I
Fa
Φ a
Φ
不计磁路饱和时有下列关系
arctanXtIUsin RaIUcos
4.8 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
分别作出汽轮同步发电机带阻性、
题
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？
4.8 同步电机
3 同步发电机特性
一、空载特性
定义：n n 1 ,I 0 ,U 0 E 0f(If)
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。
并联运行的优点 无穷大电网的含义 并列方法
1、提高供电的可靠性； 2、提高供电的经济性； 3、提高电能的质量。
由于 I Id Iq 且令 X d X ad X
X q X aq X
则电动势平衡方程
E 0 U IR ajIdX djIqX q
X d --直轴同步电抗 X q --交轴同步电抗
E ad jI d X ad
分别表征在对称负载下，单位直轴或
E aq jI q X aq E jIX
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 E 0.
频率： f p n 60
大小： E 04.44fN 1kw10
波形：由e B( x可)l知v ，波形取决 于 的B空( x间) 分布。
相序：由转子的转向决定。
4.8 同步电机
发电机的物理过 程可用图示表示
U1
•
W2 •
N
n
•
S
V1
U2
•V2
W1
4.8 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。
基波 波形
大小
位置
转速
转向
励磁磁动 正弦 恒定，由励 由转子位置 由原动机的转速 由原动机
势
波 磁电流决定 决定
决定
决定
电枢反应 正弦 恒定，由电 由电流瞬时 由磁极对数和电 由电流相
磁动势 波 枢电流决定 值决定
流频率决定
序决定
4.8 同步电机
1 0 0 时的电枢反应
空载电动势 电枢电流
E同I0和相
W轴
4.8 同步电机
4 一般情况下的电枢反应
空 枢载电电流动势I角 E,超0 前电
00 900
q轴 U轴
V2 W1
F f 与Fa之间夹
角为 900 d轴
900
Fa
N
S
电枢反应性质：
Ff
U1
既有交轴,还有直轴
去磁电枢反应
V轴
U2
W2 V1
W轴
4.8 同步电机
此种情况下
I Id Iq I d I sin Iq I cos
cos N
I fN U fN
4.8 同步电机
4.8.2 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
，定子绕组开路的运行称为空载运行。
f
电磁关系：
Φ f
If
Ff
Φ0
E0
空载电动势 E大0 小：
E 04.44fN 1kw10
空载特性：
nn N,I0,E 0f(If)
增强 不变 上升
削弱 下降 下降
增强 下降 上升
负载 性质
R
L
C
R、L
R、C
4.8 同步电机
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00时,交 轴 电 枢 反 应与 磁空 动载 势电 是动
Ff
电枢反应性质：
直轴去磁电枢反应 V轴
N U1
W2
S U2 F a
V1
W轴
4.8 同步电机
3 900 时的电枢反应
空载电动势 枢电流 I
E 0滞后电
90 0
q轴 U轴
F f 与Fa之间夹
角为 900
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Fa N
电枢反应性质：
Ff
U1
直轴助磁电枢反应
V轴
W2
S U2
V1
F a F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
电枢反 应性质
交轴
900 d轴
直轴
F ad 去磁900来自d轴 900 F ad
直轴 助磁
00 900 d、q
轴
Fad Faq
交轴直 轴去磁
90000 d、q
轴
Fad Faq
交轴直 轴助磁
对电机的影响
F n( f ) U
波形 下降
畸变
削弱 不变 下降
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。
4.8 同步电机
4.8.5 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。
势E0同 相I的 q产 生,I的 q可 以 认I为 的是 有 功.分 量
交 轴 的 电 枢 反励应磁磁电场流与共 ，在 同 作 用
转 轴 上 产 生 制电动磁性转 Te质 m.矩的
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，Tem 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。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
4.8 同步电机
3 同步电机的额定值
额定容 SN量 额定功 PN率
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。
---直轴分量 Id与E0成900 ---交轴分量 Iq与E0同相位
F a F ad F aq F a d F a s i n ---直轴分量电流产生的合成磁动势 F a q F a c o s ---交轴分量电流产生的合成磁动势
4.8 同步电机
4 一般情况下的电枢反应（总结）
00
4.8 同步电机
4.8.3 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 之枢间反的应相的 对性位质置，，取即决与于空电载枢电磁动动势势E 和0 基电波枢F a和电励流磁之I 磁间动的势夹基角波
F
有
f
关.
励磁磁势和电枢磁势的区别
4.8 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。 本节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。
4.8.1 同步电机的基本工作原理与结构 4.8.2 同步发电机的空载运行 4.8.3 同步发电机的电枢反应 4.8.4 同步发电机的负载运行 4.8.5 同步发电机的并联运行
4.8.6 同步电动机和同步调相机
4.8 同步电机
4.8.1同步电机的基本工作原理与结构
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
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
位.
F
q轴 U轴
Fa
V2 W1
F f 与Fa之间夹
角为 900
d轴
记Fa为Faq
Ff
电枢反应性质：
900
N U1
S U2
V轴
交轴电枢反应
W2 V1
W轴
4.8 同步电机
2 9 0 0时的电枢反应
空载电动势 电枢电流
IE9超00 0前
F f 与Fa之间夹
角为 900
q轴 U轴
V2 W1
记Fa为Fad d轴
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）。
4.8 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。
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。
4.8 同步电机
二、凸极同步发电机的相量图
作图步骤
(1)根 据 已 知 条 件 U和绘 I; 出
(2)根E Q 据 U I R ajI X q作E Q 出 及 E Q
与 I 的夹 ; 角 (3)根角 据 I 分 将解 I d和 I q;成
额定电U压 N(k V)
额定运行时加在 三相定子绕组上 的线电压。
额定电I流 N(A)
在额定运行状 态下三相定子 绕组的线电流.
额定功率因数
额 额 额 额
定频率 定效率 定转速 定励磁电
fN
N
n 流
N
对同步发电机额定值之间关系为：
额定励磁电压
P N S N c o sN 3 U N IN c o sN
4.8 同步电机
发电环节——各种电机
引进600MW汽轮发电机
4.8 同步电机
国产300MW汽轮发电机
4.8 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子
4.8 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心
4.8 同步电机
现场运行的水轮发电机
4.8 同步电机
4.8.1同步电机的基本工作原理与结构
2 同步电机的基本工作原理与分类
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。
4.8 同步电机
4.8.4 同步电机的负载运行
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
电磁关系：
Φ f
If
Ff
Φ 0
E 0
I
I d
F ad
I q
F aq
Φ ad
E ad
Φ aq
E aq
Φ
E
不计磁路饱和时有下列关系
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。
4.8 同步电机
四、调节特性
定义：n n 1 ,U C ,c o s 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，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。
4.8 同步电机
当 900 (或 900 ）时 ,直轴电枢反 与 E 0成 应 900 的 磁 Id产 动生
的 ,可以Id是 认 I的 为 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.
4.8 同步电机
二、短路特性
定义： nn 1,U 0,ISf(If)
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。
4.8 同步电机
三、外特性
定义：n n 1 ,I f C ,c o s 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.