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1、*5.8 同步发电机的三相突然短路同步发电机的三相突然短路5.7 三相同步电动机与同步补偿机三相同步电动机与同步补偿机5.5 三相同步发电机的的运行特性三相同步发电机的的运行特性 5.4 三相同步发电机的功率和转矩三相同步发电机的功率和转矩5.3 三相同步发电机的稳态分析三相同步发电机的稳态分析5.2 三相同步电机的工作原理三相同步电机的工作原理5.1 同步电机的基本结构和额定值同步电机的基本结构和额定值第第 5 章章 同步电机同步电机5.6 同步发电机与电网的并联运行同步发电机与电网的并联运行5.1 三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构电机与拖动电机与拖动U1V2V1W1W2U21.
2、主要部件主要部件(1)定子（电枢）定子（电枢）(2)转子转子 由硅钢片叠成。由硅钢片叠成。对称三相绕组。对称三相绕组。定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组机座和端盖等机座和端盖等转子铁心转子铁心励磁绕组励磁绕组阻尼绕组和转轴等阻尼绕组和转轴等 由整块铸（锻）钢制成。由整块铸（锻）钢制成。工作时施加直流励磁。工作时施加直流励磁。阻尼绕组阻尼绕组电机与拖动电机与拖动2.励磁方式励磁方式(1)直流励磁机励磁直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电。励磁绕组由小型直流发电机供电。(2)静止整流器励磁静止整流器励磁 交流励磁机交流励磁机整流整流直流电直流电(3)旋转整流器励磁旋转整流器励磁 交流励磁机交
3、流励磁机整流整流直流电直流电励磁绕组。励磁绕组。电刷电刷集电环集电环励磁绕组。励磁绕组。电机与拖动电机与拖动(1)按能量转换的方式不同：按能量转换的方式不同：同步发动机、同步电动机。同步发动机、同步电动机。(2)按相数的不同按相数的不同:三相、单相。三相、单相。(3)按转子结构的不同：按转子结构的不同：3.主要种类主要种类NS隐极式、凸极式。隐极式、凸极式。+3 3+NS电机与拖动电机与拖动励磁机励磁机发电机发电机水轮机水轮机 卧式、立式。卧式、立式。(5)按原动机的不同：按原动机的不同：汽轮发电机、水轮发电机。汽轮发电机、水轮发电机。(4)按安装方式的不同：按安装方式的不同：电机与拖动电机与
4、拖动电机与拖动电机与拖动320MW水水轮发电机轮发电机吊装吊装小浪底电站水轮机组安装小浪底电站水轮机组安装电机与拖动电机与拖动三峡电站首台机组安装三峡电站首台机组安装电机与拖动电机与拖动水力发电水力发电电机与拖动电机与拖动10000kW水轮发电机转子水轮发电机转子凸极式同步电机凸极式同步电机NSNS+凸极式凸极式隐极式同步电机隐极式同步电机NS+隐极式隐极式火力发电厂火力发电厂励励磁磁机机发发电电机机汽汽轮轮机机电机与拖动电机与拖动燃燃烧烧室室燃料燃料锅炉的锅炉的炉膛炉膛循环水循环水汽轮机汽轮机发电机发电机3000 r/min升压变升压变压器压器超热高压蒸汽超热高压蒸汽电能输出电能输出汽轮发动
5、机汽轮发动机电机与拖动电机与拖动三相同步电机三相同步电机电机与拖动电机与拖动同步发电机同步发电机电机与拖动电机与拖动小型同步电机小型同步电机电机与拖动电机与拖动4.额定值额定值(1)额定电压额定电压 UN：线电压的额定值。：线电压的额定值。(2)额定电流额定电流 IN：线电流的额定值。：线电流的额定值。(3)额定功率额定功率 PN：输出功率的额定值。：输出功率的额定值。三相同步电动机：三相同步电动机：PN=3 UNINcos N N三相同步发电机：三相同步发电机：PN=3 UNINcos N (4)额定转速额定转速 nN：额定运行时的转速。：额定运行时的转速。(5)额定频率额定频率 fN：50
6、Hz。电机与拖动电机与拖动V1V2W2W1U1U2NS5.2 三相同步电机的工作原理三相同步电机的工作原理定定 子子 +UfIf转子转子 励磁励磁 绕组绕组 一、一、同步电机基本原理同步电机基本原理旋转磁场。旋转磁场。直流磁极。直流磁极。转子转速：转子转速：n=n1=60 f1p同步同步电机与拖动电机与拖动励磁机励磁机F0旋转的旋转的 F0 和和0E0原动机原动机电枢三相电枢三相绕组中感应绕组中感应 定子：定子：转子：转子：1、同步发电机、同步发电机V1V2W2W1U1U2NS 2.同步电动机同步电动机定子：定子：转子：转子：旋转磁场。旋转磁场。直流磁极。直流磁极。转子转速：转子转速：n=n1
7、=60 f1p同步同步电机与拖动电机与拖动二、二、三相同步发电机空载运行三相同步发电机空载运行电枢电枢(定子定子)：I1(Fa)=0转子每极磁通：转子每极磁通：0 空载电动势：空载电动势：E0=4.44 f1 kw1 N10 或或E0=j4.44 kw1 N1 f10 电机与拖动电机与拖动同步电机的空载特性同步电机的空载特性00,E返回If，F0F0励磁磁动势励磁磁动势E0励磁电动势励磁电动势 0空载主磁通空载主磁通空载特性空载特性If0UN O气隙线气隙线三、同步电机的负载运行和电枢反应三、同步电机的负载运行和电枢反应电机与拖动电机与拖动三相同步发电机负载运行三相同步发电机负载运行三相电枢电
8、流三相电枢电流电枢旋转磁动势电枢旋转磁动势 Fa转子旋转磁动势转子旋转磁动势 F0气隙旋转磁动势气隙旋转磁动势 F 电枢反应电枢反应 Fa 对对气隙磁场气隙磁场的影响。的影响。电枢反应的性质决定于负载性质，即励磁电动势电枢反应的性质决定于负载性质，即励磁电动势与电枢电流的相位差与电枢电流的相位差 内功率因数角内功率因数角 励磁电动势励磁电动势E0与电枢电流与电枢电流I1的相位差的相位差i=Imcos t t旋转相量旋转相量I实际值实际值时间参考轴时间参考轴复习复习1相量相量旋转相量在时间参考轴上的分量与实际值一一对应！旋转相量在时间参考轴上的分量与实际值一一对应！复习复习2旋转磁动势旋转磁动势
9、 定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波旋定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波旋转磁动势。转磁动势。当某相电流达到最大时，三相合成基波旋转磁当某相电流达到最大时，三相合成基波旋转磁动势的幅值与该相绕组轴线重合。动势的幅值与该相绕组轴线重合。NSU1U2U相电流最大时相电流最大时U相相轴相相轴Fa复习复习3旋转磁动势产生的旋转磁场，及其通过旋转磁动势产生的旋转磁场，及其通过绕组的主磁通绕组的主磁通 气隙旋转磁场通过气隙旋转磁场通过U相绕组的主磁通：相绕组的主磁通：旋转磁动势产生的气隙旋转磁场：旋转磁动势产生的气隙旋转磁场：U相时间相时间参考轴参考轴当以当以U相相轴为其时间相相轴为其时间参考轴时
10、，参考轴时，主磁通与主磁通与旋转磁动势同相位；旋转磁动势同相位；相电流与合成磁动势相电流与合成磁动势同相位。同相位。2Um1m1m22cos()dcoscosBtxxBtt110m1(,)cos()cos()FB x ttxBtxU1U2N S注意：注意：x=0选在选在U相相轴处相相轴处磁密幅值与磁密幅值与U相轴夹角相轴夹角U相相相轴相轴复习复习4概念引伸概念引伸 以电角度考察时，旋转磁动势矢量的角速度以电角度考察时，旋转磁动势矢量的角速度旋转时间相量的角速度旋转时间相量的角速度 时间相量：时间相量：2 f空间矢量：空间矢量：=2 f 2 pn1 2 p60f 60 p 相矢量图：可把某瞬时的
11、时间相量（磁通、电相矢量图：可把某瞬时的时间相量（磁通、电动势、电流）和空间旋转矢量动势、电流）和空间旋转矢量(磁动势磁动势)画在一起。画在一起。因定、转子磁动势相对静止，因定、转子磁动势相对静止，V1V2W2W1U1U2NS1.相电动势相电动势E0与相电流与相电流I1同相时同相时(0)U相电动势相电动势E0最大，最大，0 ，相电流，相电流I1最大最大(图示图示)此时，旋转磁动势幅值（轴线）与此时，旋转磁动势幅值（轴线）与U相轴重合相轴重合定转子磁动势相对位置不变定转子磁动势相对位置不变0F0E0aaqFF1I轴轴d0F0E0aaqFF1I轴轴d相矢量图作图要点相矢量图作图要点2、F0与与Fa
12、 相对位置固定相对位置固定4、F0与与 0 同相位同相位3、Fa与与I1 同相位同相位1、E0落后落后 0 90 0 相矢量图相矢量图 0 时，电枢磁动势为纯交轴磁动势，产生时，电枢磁动势为纯交轴磁动势，产生交轴电枢反应。交轴电枢反应。V1V2W2W1U1U2NS2.相电动势相电动势E0超前相电流超前相电流I1 90(90)U相电动势相电动势E00，90 ，相电流相电流I1最大最大旋转磁动势幅值（轴线）与旋转磁动势幅值（轴线）与U相轴重合相轴重合0F0E0aadFF1I轴轴d 90 相矢量图相矢量图 90 时，电枢磁动势为纯直轴去磁磁动势，时，电枢磁动势为纯直轴去磁磁动势，产生去磁的直轴电枢反
13、应。产生去磁的直轴电枢反应。0F0E0aadFF1I轴轴d V1V2W2W1U1U2NS3.相电动势相电动势E0超前相电流超前相电流I1 任意角度任意角度(0 90)0F0E0aF1I轴轴d FaqFad当当 0 90 时，电枢反应磁动时，电枢反应磁动势既有直轴去磁分量，又有交轴势既有直轴去磁分量，又有交轴分量。分量。V1V2W2W1U1U2NS 气隙合成磁动势气隙合成磁动势F 与励磁磁动势与励磁磁动势F0 的关系的关系0F0E0aF1I轴轴d 对于同步发电机对于同步发电机，气隙合成磁动，气隙合成磁动势总是滞后于励磁磁动势一个角势总是滞后于励磁磁动势一个角度度功率角功率角。F F0FaF 四、
14、四、三相同步电机的可逆运行三相同步电机的可逆运行NSSNn1 n1 电动机状态电动机状态NSSNn1 n1 理想空载状态理想空载状态SNn1 NSn1 发电机运行发电机运行电机与拖动电机与拖动用一对等效磁极表示气隙合成磁场用一对等效磁极表示气隙合成磁场5.3 三相同步发电机的稳态分析三相同步发电机的稳态分析1.基本方程式基本方程式UfIfF00 E0I1Faa EaE R1I1E0 U1 I1EaEU1=E0+Ea+ER1I1 Ea a Fa I1，不计磁饱和不计磁饱和Ea 滞后于滞后于a 90o，不计电枢铁耗，不计电枢铁耗，a 与与 I1 同相位。同相位。电机与拖动电机与拖动一、隐极同步发电
15、机一、隐极同步发电机EEa=j Xa I1E=j XI1 Xa 电枢反应电抗。电枢反应电抗。X 电枢漏电抗。电枢漏电抗。U1=E0(R1+j X+j Xa)I1U1=E0(R1+j Xs)I1 Xs=Xa+X 同步电抗。同步电抗。忽略忽略 R1，则，则U1=E0j XsI1电机与拖动电机与拖动2.等效电路等效电路R1 jXsE0I1+U13.相量图相量图 根据负载的功率因数和电路方程作相量图。根据负载的功率因数和电路方程作相量图。并设：并设：U1=U1 0o。电机与拖动电机与拖动电感性负载相量图电感性负载相量图U1I1 R1I1jXs I1E0U1I1 jXs I1E0忽略忽略 R1 时：时：
16、电机与拖动电机与拖动励磁电动势励磁电动势E0 电枢合成电动势电枢合成电动势 EU1=E(R1j X)I1忽略：忽略：R1 和和 X 则则 U1=E故有：故有：=励磁磁动势励磁磁动势F0 在空间在空间滞后滞后气隙合成磁动势气隙合成磁动势 F 角角在时间上滞后在时间上滞后 角角功率角？功率角？【例例 51】某三相同步发电机，某三相同步发电机，PN=50 kW，UN=400 V，Y 形联结，形联结，cos N=0.8（电感性）。（电感性）。R1=0.2，Xs=1.2。求空载电压等于额定电压，电。求空载电压等于额定电压，电枢电流等于额定电流，内功率因数角枢电流等于额定电流，内功率因数角=53.1o 时的时的相电压相电压U1、线电压、线电压U1L、功率因数角、功率因数角 和功角和功角。解：解：E0=UN3=4001.732=231.21 V I1=IN=PN 3UN cos N=501031.7324000.8=90.32 A取参考相量：取参考相量：I1=90.32/0o A则则E0=231.21 53.1o V电机与拖动电机与拖动U1=E0(R1jXs)I1=231.21 53.1o(0.21
