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

第６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（第电机及拖动（第电机及拖动（第4 4版）版）版）版）电子教案电子教案电子教案电子教案第６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。

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６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结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的额定值；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，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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.1.1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 synchronous 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６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６６.1.1.1.1 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 synchronous Operating principle and classify of synchronous generatorgenerator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６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 。

1、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气电动势的波形取决于转子磁场在气隙空间的分布波形，设计时尽可能将极隙空间的分布波形，设计时尽可能将极弧设计制造成适当的形状，使产生的磁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场沿气隙空间按正弦规律分布 第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动3 3、大小：、大小：频率：频率：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=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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动U2U1W2V1W1V2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６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，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６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： ① ① 全氢冷；全氢冷； ② ② 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； ③③ 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； ④④ 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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.1.2.1.2 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①①铁心铁心②②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0.350.35～～0.5mm0.5mm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③③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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动①①转子铁心转子铁心②②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③③护环护环作用：保护励磁绕组受离心力时不甩出作用：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： ⅰⅰ. .气隙均匀气隙均匀 ⅱ.P=1ⅱ.P=1（（P=2P=2）） ⅲ ⅲ. .用整块钢锻成用整块钢锻成 ⅳ ⅳ. .轴向长，径向短轴向长，径向短④④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⑤⑤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⑥⑥风扇：风扇：⑦⑦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６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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动返回第６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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动返回第６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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动定子定子( (电枢电枢) )①①铁心：铁心：与汽轮发电机相同与汽轮发电机相同②②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③③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50Hz50Hz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： ⅰⅰ. .气隙不均匀；气隙不均匀； ⅱ.ⅱ.极数多极数多P>3P>3；； ⅲ ⅲ. .直径大，短而粗，直径大，短而粗，D Da a/L=5/L=5～～7 7 第６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６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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动发电环节发电环节——各种发电机各种发电机 引进引进600MW600MW汽轮发电机汽轮发电机第６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６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６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６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６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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.1.3 .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：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电动机额定容电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，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.一、一、 同步电机的额定值同步电机的额定值第６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６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６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６章 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６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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.2 .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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.2 .2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行电磁关系：电磁关系： 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称为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：６６.2.1 .2.1 空载运行时的物理情况空载运行时的物理情况第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动空载特性：空载特性：空载电动势空载电动势 大小：大小：６６.2.2 .2.2 空载特性空载特性第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.2.3 .2.3 时空矢量图时空矢量图第６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６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 三、三、 超前超前 °°时的电枢反应时的电枢反应一、一、 和和 同相时的电枢反应同相时的电枢反应 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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动６６.3 .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，磁场的大小恒动机带动，位置取决于转子的位置，磁场的大小恒定不变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 generator第６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. .第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 4.4.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； （（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，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６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. .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）为参考轴为参考轴空间向量：空间向量： 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第６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６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特点：特点：1 1）交磁作用，）交磁作用，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第６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轴二、二、 时的电枢反应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 第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动第６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６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轴三、三、 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 第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动第６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第６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：既有交轴既有交轴, ,还有直轴还有直轴去磁电枢反应去磁电枢反应第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动第６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------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６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： 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，导致端电压）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电压降低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, , 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；2 2）导致端电压上升导致端电压上升第６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第６章 同步电机及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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 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６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６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６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和掌握用电动势方程、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６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６.4 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：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６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第６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６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第６章 同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 讨论讨论: （（1）阻感性负载）阻感性负载（（ ））ⅰⅰ）除发有功外，还发感性无功；）除发有功外，还发感性无功；ⅱⅱ）） ，， 既交磁，又去磁，既交磁，又去磁， 第６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（（ ））ⅰⅰ）全发有功；）全发有功；ⅱⅱ）） ，， 既交磁，又去磁，既交磁，又去磁， ⅰⅰ）既发有功，又发容性无功；）既发有功，又发容性无功；ⅱⅱ）） ，， 既交磁，又增磁，既交磁，又增磁， （（3）阻容性负载）阻容性负载（（ ））第６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６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 characteristics operating characteristics of synchronous generatorof synchronous generator））一一、空载特性、空载特性定义定义： 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６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：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６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：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６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：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６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电机电动势方程和相量图2 2 隐极同步发电机电动势方程、相量图和等效电路隐极同步发电机电动势方程、相量图和等效电路教学难点：教学难点： 凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图作作 业：业：补充题补充题2 2：同步电机的电抗大小取决于什么？试比较直：同步电机的电抗大小取决于什么？试比较直 轴同步电抗与交轴同步电抗的大小？轴同步电抗与交轴同步电抗的大小？小结小结3 3 同步发电机运行特性同步发电机运行特性第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.5 6.5 同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行2.2.熟练掌握同步发电机有功功率调节的方法熟练掌握同步发电机有功功率调节的方法教学内容：教学内容：6.5.1 6.5.1 并联运行的条件与方法并联运行的条件与方法6.5.2 6.5.2 同步发电机的有功功角特性及有功功率的调同步发电机的有功功角特性及有功功率的调节节教学目的与要求：教学目的与要求： 1.1.熟练掌握同步发电机的并联运行条件熟练掌握同步发电机的并联运行条件6.5.3 6.5.3 同步发电机的无功功率调节及同步发电机的无功功率调节及V V形曲线形曲线3.3.熟练掌握同步发电机无功功率调节的方法熟练掌握同步发电机无功功率调节的方法第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动并联运行的含义并联运行的含义６.5 同步电机的并联运行（（parallel parallel connection operation of synchronous generatorconnection operation of synchronous generator））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4 4、合理使用电能、合理使用电能 1 1）水、火电的合理配合使用；）水、火电的合理配合使用； 2 2）各用电地区的相互调剂；）各用电地区的相互调剂； 3 3）合理使用发电机的台数，提高运行效率合理使用发电机的台数，提高运行效率无穷大电网的含义无穷大电网的含义 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，共同向负荷供电并联运行的优点并联运行的优点并列方法并列方法1.1.准同期法准同期法2.2.自同期法自同期法第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.5.16.5.1 并联运行的条件与方法并联运行的条件与方法一一、准同期并列的条件、准同期并列的条件1.1.待并发电机的电压大小与电网电压大小相等，即待并发电机的电压大小与电网电压大小相等，即U Ug g=U=Us s；；2.2.待并发电机的电压相位与电网电压相位相同；待并发电机的电压相位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，即待并发电机电压频率与电网电压频率相同，即f fg g=f=fs s ；； 4.4.待并发电机与电网的电压波形要相同，即均为正弦波；待并发电机与电网的电压波形要相同，即均为正弦波； 5.5.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 上述条件中第上述条件中第4 4项在制造电机时已得到保证第项在制造电机时已得到保证第5 5项一般在安项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前两个条件即此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它前两个条件即可 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重的危害重点重点内容内容第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动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在电位差的作用下发电机产生冲击电流，即冲击电流，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，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第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动2. 2. 相位不同相位不同 电位差可达发电机电位差可达发电机电压的两倍，若此时并电压的两倍，若此时并列，会产生很大的冲击列，会产生很大的冲击电流，发电机会因遭受电流，发电机会因遭受巨大的冲击力而损坏。

巨大的冲击力而损坏冲击电流的影响：冲击电流的影响：1)1)电枢绕组端电枢绕组端部受部受力力变形变形; 2); 2)转轴上受冲击转轴上受冲击转转矩矩的作用的作用, ,使机轴扭曲变形使机轴扭曲变形; ;３３) )电电枢绕组枢绕组发热发热. .此时此时,ab,ab两端有电位差两端有电位差第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动3. 3. 频率不同频率不同转轴上时而产生制动转矩、时而产转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动生驱动转矩，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第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 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，靠自整步自整步作作用，可以把发电机拉入同步用，可以把发电机拉入同步第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动4. 4. 相序不同相序不同 发电机实际并联时，除了相序必须一致外，其它条件允发电机实际并联时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差，如许有一定的偏差，如△U△U不超过不超过10%10%，相位差不超过，相位差不超过10%10%，频率，频率偏差不超过偏差不超过0.2%-0.5%0.2%-0.5%（（0.1-0.25Hz)0.1-0.25Hz)。

二二、投入并联运行的方法、投入并联运行的方法发电机投入并列所进行的调节和操作过程，称为整步过程发电机投入并列所进行的调节和操作过程，称为整步过程 整步方法有两种：整步方法有两种： （（1 1）准整步法；）准整步法； （（2 2）自整步法）自整步法1.1.准整步法：准整步法： 就是把发电机调整到基本符合理想并联条件后投入电网就是把发电机调整到基本符合理想并联条件后投入电网第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 判断是否满足投入并联的条件，可采用两种方法：即判断是否满足投入并联的条件，可采用两种方法：即““同步表法同步表法””和和““灯光法灯光法”” （（1 1）同步表法）同步表法 1 1）调节励磁电流使）调节励磁电流使 相等；相等； 2 2）调节原动机转速，使发电机频率略高于电网频率，此）调节原动机转速，使发电机频率略高于电网频率，此时同步表指针向快的方向（顺时针）缓慢旋转，当指针快到时同步表指针向快的方向（顺时针）缓慢旋转，当指针快到红线时合闸，合闸瞬间指针正好指向红线。

红线时合闸，合闸瞬间指针正好指向红线注意：指针如不是匀速转动，发生注意：指针如不是匀速转动，发生 振动时，不能合闸振动时，不能合闸2 2）灯光法）灯光法 两种接法：直接接法和交叉接法两种接法：直接接法和交叉接法 1)1)直接接法（灯光熄灭法）直接接法（灯光熄灭法） 相灯最亮相灯最亮第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动灯光熄灭法灯光熄灭法第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动2 2）交叉接法（灯光旋转法））交叉接法（灯光旋转法）第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动2 2. . 自整步（同期）法自整步（同期）法 准整步法投入并列时，没有明显的电流冲击，但操作复杂，准整步法投入并列时，没有明显的电流冲击，但操作复杂，操作时间长，尤其在电网发生故障而要求迅速将备用发电机投操作时间长，尤其在电网发生故障而要求迅速将备用发电机投入电网时，由于电网电压、频率均在变化，故采用准整步法并入电网时，由于电网电压、频率均在变化，故采用准整步法并网比较困难需采用自整步法并网网比较困难需采用自整步法并网第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 1 1）并列操作步骤）并列操作步骤 ①① 起动未加励磁的发电机，将转速升到接近同步转起动未加励磁的发电机，将转速升到接近同步转速；速； ②② 验证发电机相序；验证发电机相序； ③③ 励磁绕组需经限流电阻闭合，阻值为（励磁绕组需经限流电阻闭合，阻值为（5-10））倍励磁电阻；倍励磁电阻； ④④ 合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁将发电机牵入同步。

机励磁将发电机牵入同步第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.5.26.5.2 有功功角特性及有功功率调节有功功角特性及有功功率调节一一、功率和转矩平衡、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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动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相平衡矩与制动性质的电磁转矩和空载转矩之和相平衡第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动二二、有功功率功角特性、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 不变）不变）时，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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动水轮发电机有功功水轮发电机有功功率功角特性曲线率功角特性曲线 水轮发电机的有功水轮发电机的有功功率功角特性分两部分功率功角特性分两部分: :附加电磁功率的特点附加电磁功率的特点: :第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动汽轮发电机的功角特汽轮发电机的功角特性曲线性曲线汽轮发电机的有功功汽轮发电机的有功功率功角特性的特点率功角特性的特点: :第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动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; ;或称是励磁磁动势或称是励磁磁动势 和合成磁动势和合成磁动势 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 的电枢等效假想的电枢等效假想磁通　之间的夹角磁通　之间的夹角功角功角 的双重物理意义的双重物理意义第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动用图示功角的双重物理意义用图示功角的双重物理意义第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动三三、同步发电机有功功率的调节、同步发电机有功功率的调节第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制动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转矩而作功, ,实现机电能量转换实现机电能量转换, ,将由原动机输入的机械能将由原动机输入的机械能转变为电能输出。

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关系和机械运动紧密联系起来第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 发电机空载运行时，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 可见，并联于无穷大电网的同步发可见，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矩越大，有功功率输出就越大第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动四四、静态稳定的概念、静态稳定的概念静态稳定静态稳定：指并联在电网上稳定运行的同步发电机，当受电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。

续保持原来稳定运行状态的能力在在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δδ增大到增大到a′a′点，点， P Pemem和和T Temem增大，迫使电机减速，功角增大，迫使电机减速，功角δδ变小，电机变小，电机回到回到a a点干扰使功角干扰使功角δδ减小时，有同样结论所以减小时，有同样结论所以a a点称为稳定运行点点称为稳定运行点而而b b点为不稳定运行点，分析略点为不稳定运行点，分析略第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动静态稳定的判据：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，电机稳定增越大，电机稳定增长性越好长性越好第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动五五、过载能力、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。

定的能力，不是发电机可以过载的倍数 过载能力设计得大一点，是从提高稳定观点考虑的，不是从过载能力设计得大一点，是从提高稳定观点考虑的，不是从发热观点考虑的发热观点考虑的第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.5.36.5.3 无功功角特性及无功功角特性及V V形曲线形曲线一一、无功功率功角特性、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（数（x xd d、、x xq q、、x xt t）为常数、空载电动势）为常数、空载电动势E E0 0不变（即不变（即 I If f 不变）时，不变）时，Q=f(δQ=f(δ) )为无功功率功角特性为无功功率功角特性凸极（水轮）发电机无功功率的功角特性凸极（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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 从能量守恒观点看，并从能量守恒观点看，并网运行的同步发电机调节无网运行的同步发电机调节无功功率，不需调节原动机来功功率，不需调节原动机来的输入功率，只需改变励磁的输入功率，只需改变励磁电流。

电流调节 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但是调节有功时影响无功功率输出率输出. .第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动三三、相量分析、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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动四四、、V V形曲线形曲线 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 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。

涉到功率因数的超前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，有功功率形曲线，有功功率越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇““V V””形曲线3838同步同步发电机的发电机的V V型曲线型曲线.swf.swf第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动V V形曲线的特点形曲线的特点2.2.不稳定区域边缘：不稳定区域边缘：δ=90δ=900 0，连线向右倾斜，连线向右倾斜; ;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ΔI ΔI 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６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 同步发电机的并联运行条件同步发电机的并联运行条件2 2 同步电动机的有功调节方法同步电动机的有功调节方法教学难点：教学难点：1 1 同步电动机的有功调节方法同步电动机的有功调节方法作业：作业：P215P215：：6.9 6.186.9 6.18小结小结3 3 同步发电机的无功调节方法同步发电机的无功调节方法2 2 同步电动机的同步电动机的V V形曲线形曲线第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.6 6.6 同步电动机和同步调相机同步电动机和同步调相机2.2.掌握同步电动机的基本方程和相量图掌握同步电动机的基本方程和相量图教学内容：教学内容：6.6.1 6.6.1 同步电动机同步电动机6.6.2 6.6.2 同步调相机同步调相机教学目的与要求：教学目的与要求： 1.1.掌握同步电动机的工作原理掌握同步电动机的工作原理3.3.掌握同步调相机的工作原理和特点掌握同步调相机的工作原理和特点第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.6.16.6.1 同步电动机同步电动机６.6 同步电动机和同步调相机一、同步电机的可逆原理一、同步电机的可逆原理 同步电机运行于发电机状态同步电机运行于发电机状态时，如图所示。

时，如图所示42同步发电机过同步发电机过渡到同步发电机状态渡到同步发电机状态.swf 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，δδ>0>0，电机，电机把机械能转变成电能把机械能转变成电能 同步电机的运行是可逆同步电机的运行是可逆的，既可以用作发电机，还的，既可以用作发电机，还可以用作电动机可以用作电动机第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 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，δ角减小，相应角减小，相应的电磁功率也减少的电磁功率也减少 当发电机的输入功率当发电机的输入功率只能满足空载损耗时，发只能满足空载损耗时，发电机处于空载运行状态电机处于空载运行状态第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 继续减少发电机的输入功率，继续减少发电机的输入功率，则则δδ和和 P Pemem变为负值变为负值卸去原动机，卸去原动机，电机从电网吸收功率满足空载损耗，电机从电网吸收功率满足空载损耗，成为空转的电动机成为空转的电动机 电机轴上加上机械负载，电机轴上加上机械负载，负负值的值的δ增大增大，由电网向电机输入，由电网向电机输入的电功率和相应的电磁功率增大，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轴线，转子受到驱动性质的电磁转矩作用。

转矩作用第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动二、同步电动机的基本方程二、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：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：电动势方程：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δδM M=-δ=-δ代替代替δδ即可第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动三、同步电动机的三、同步电动机的V V形曲线形曲线 与同步发电机相似与同步发电机相似, ,当同步电当同步电动机的输入有功功率恒定而调节励动机的输入有功功率恒定而调节励磁电流时磁电流时, ,也有三种励磁状态也有三种励磁状态, ,““正正常励磁常励磁””时时, ,电动机没有无功功率电动机没有无功功率输出；输出；““过励过励””时电动机从电网吸时电动机从电网吸收容性无功（或发出感性无功）收容性无功（或发出感性无功）; ;““欠励欠励””时电动机从电网吸收感时电动机从电网吸收感性无功（或发出容性无功）性无功（或发出容性无功）. .也可也可以调节无功功率以调节无功功率. . 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, ,这是同步电动机最可贵的特点这是同步电动机最可贵的特点. .第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动 由于同步电动机的平均起动转矩为零，所以不能自行起动，由于同步电动机的平均起动转矩为零，所以不能自行起动，必须借用其它方法。

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步起动法其中异步起动法应用最广泛6.6.26.6.2 同步调相机同步调相机 同步调相机是专门发送或接收无功功率的同步电机，实质同步调相机是专门发送或接收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相机，是提高电网功率因数的在电网的受电端接上同步调相机，是提高电网功率因数的重要方法之一重要方法之一四、同步电动机的起动四、同步电动机的起动第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动一、同步调相机的励磁一、同步调相机的励磁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６章 同步电机及同步电动机的电力拖动二、同步调相机的特点二、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。

动机转轴细，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求第６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 同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理2 2 同步电动机的基本方程和相量图同步电动机的基本方程和相量图教学难点：教学难点：同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理作业：作业：P215P215：：6.196.19小结小结3 3 同步调相机的工作原理及特点同步调相机的工作原理及特点第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6 .7 6 .7 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动教学内容：教学内容：6.7.1 6.7.1 同步电动机的起动同步电动机的起动6.7.2 6.7.2 同步电动机的调速同步电动机的调速教学目的与要求：教学目的与要求：1 1 了解同步电动机的起动方法和原理了解同步电动机的起动方法和原理2 2 了解同步电动机的调速系统了解同步电动机的调速系统第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6 .7 6 .7 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动起动方法：起动方法： （（1 1）辅助电动机起动）辅助电动机起动 （（2 2）异步起动）异步起动 （（3 3）变频起动）变频起动6.7.1 6.7.1 同步电动机的起动同步电动机的起动图图6.7.1 6.7.1 同步电动机起动时定同步电动机起动时定子磁场对转子磁场的作用子磁场对转子磁场的作用第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动同步电动机的异步起动方法同步电动机的异步起动方法第一步：将同步电动机的励磁绕组通过一个电阻短接第一步：将同步电动机的励磁绕组通过一个电阻短接第二步：将同步电动机的定子绕组接通三相交流电源第二步：将同步电动机的定子绕组接通三相交流电源第三步：当同步电动机的转速达到同步转速的第三步：当同步电动机的转速达到同步转速的95%95%左右时，左右时，将励磁绕组与直流电源接通，则转子磁极就有了确定的极将励磁绕组与直流电源接通，则转子磁极就有了确定的极性。

这时转子上增加了一个频率很低的交变转矩，转子磁性这时转子上增加了一个频率很低的交变转矩，转子磁场与定子磁场之间的吸引力产生的整步转矩，将转子逐步场与定子磁场之间的吸引力产生的整步转矩，将转子逐步牵入同步牵入同步第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.7.2 6.7.2 同步电动机的调速同步电动机的调速一、他控变压变频调速系统一、他控变压变频调速系统二、自控变压变频调速系统二、自控变压变频调速系统第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：同步电动机的起动方法同步电动机的起动方法教学难点：教学难点：同步电动机的调速系统同步电动机的调速系统作作 业：业：小结小结P216P216：：6.206.20第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动主编：……撰稿教师：……（以姓氏为序）制作：……责任编辑：……电子编辑：……。