电机学第6章-同步电机课件.pptx

1、电机学第6章同步电机6.1同步电机的基本结构和运行状态6.2空载和负载时同步发电机内的磁场6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图6.5同步发电机的功率和转矩6.6同步电抗的测定6.7同步发电机的运行特性6.8同步发电机与电网的并联运行6.9同步电动机和同步补偿机6.10不对称运行和瞬态运行时同步电机的阻抗6.1同步电机的基本结构和运行状态1.同步电机的结构形式2.同步电机的运行状态3.额定值1.同步电机的结构形式图6-1旋转磁极式同步电机的两种结构型式a)隐极式b)凸极式1.同步电机的结构形式图6-2汽轮发电机的转子铁心剖面图1.同步电机的结构形

2、式图6-3汽轮发电机转子的嵌线1.同步电机的结构形式图6-4凸极同步电动机的转子1.同步电机的结构形式图6-5立式水轮发电机示意图2.同步电机的运行状态图6-6同步电机的三种运行状态a)发电机(0)b)补偿机(=0)c)电动机(0)3.额定值(1)额定容量SN(或额定功率PN)指在额定状态下运行时，电机的输出功率。(2)额定电压UN指额定状态下运行时电枢的线电压。(3)额定电流IN指额定状态下运行时电枢的线电流。(4)额定功率因数cosN指额定状态下运行时电机的功率因数。(5)额定频率fN指额定运行时电枢的频率。(6)额定转速nN即同步转速ns。6.2空载和负载时同步发电机内的磁场1.空载运行

3、2.负载时同步发电机的电枢反应1.空载运行图6-7同步发电机的空载磁路(2p=4)1.空载运行1.空载运行图6-8同步发电机的空载特性2.负载时同步发电机的电枢反应图6-9滞后于以角时的电枢反应a)主极磁场和定子各相绕组的相对位置b)定子的激磁电动势和定子电流的相量图(仅画出A相)c)滞后于以角时，定、转子的磁动势矢量图d)时空统一矢量图2.负载时同步发电机的电枢反应6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路图6-10隐极同步发电机的相量图和等效电路a)相量图b)等效电路6.4凸极同步发电机的

4、电压方程和相量图1.双反应理论2.凸极同步发电机的电压方程和相量图3.内功率因数角0的确定4.直轴和交轴同步电抗的意义1.双反应理论图6-11凸极同步发电机的气隙比磁导2.凸极同步发电机的电压方程和相量图2.凸极同步发电机的电压方程和相量图2.凸极同步发电机的电压方程和相量图图6-12凸极同步发电机的相量图3.内功率因数角0的确定3.内功率因数角0的确定图6-13角的确定3.内功率因数角0的确定3.内功率因数角0的确定图6-14用表示时，凸极同步发电机的等效电路4.直轴和交轴同步电抗的意义图6-15凸极同步电机中电枢反应磁通和漏磁通所经磁路及其磁导a)直轴电枢磁导b)交轴电枢磁导4.直轴和交轴

5、同步电抗的意义6.5同步发电机的功率和转矩1.功率方程和电磁功率2.转矩方程1.功率方程和电磁功率2.转矩方程2.转矩方程图6-16从相量图导出6.6同步电抗的测定1.用空载特性和短路特性来确定Xd2.用转差法测定Xd和Xq1.用空载特性和短路特性来确定Xd图6-17同步电机的空载特性1.用空载特性和短路特性来确定Xd图6-18三相短路试验和短路特性a)短路试验接线图b)短路特性1.用空载特性和短路特性来确定Xd图6-19由气隙线和短路特性来确定1.用空载特性和短路特性来确定Xd2.用转差法测定Xd和Xq图6-20定子旋转磁动势以转差速度依次与转子d轴和q轴重合a)定子电压b)定子电流2.用转

6、差法测定Xd和Xq2.用转差法测定Xd和Xq表6-1现代同步电机的同步电抗值6.7同步发电机的运行特性图6-21同步发电机的外特性6.7同步发电机的运行特性6.7同步发电机的运行特性图6-22同步发电机的调整特性6.7同步发电机的运行特性图6-23700MW全空冷水轮发电机的效率特性6.7同步发电机的运行特性6.8同步发电机与电网的并联运行1.同步发电机投入并联的条件和方法2.与电网并联时同步发电机的功角特性3.有功功率的调节和静态稳定4.无功功率的调节1.同步发电机投入并联的条件和方法(1)发电机的相序应与电网一致。(2)发电机的频率应与电网相同。(3)发电机的激磁电动势与电网电压大小相等、

7、相位相同，即。图6-24同步指示灯的直接接法a)接线图b)相量图1.同步发电机投入并联的条件和方法图6-25自整步法的原理接线图a)投入电网前b)投入电网后立即加上励磁1.同步发电机投入并联的条件和方法2.与电网并联时同步发电机的功角特性2.与电网并联时同步发电机的功角特性2.与电网并联时同步发电机的功角特性2.与电网并联时同步发电机的功角特性图6-26由凸极发电机的相量图解出、与功率角的关系2.与电网并联时同步发电机的功角特性图6-27凸极同步发电机的功角特性2.与电网并联时同步发电机的功角特性3.有功功率的调节和静态稳定图6-28与无穷大电网并联运行时，发电机有功功率的调节a)发电机与电网

8、并联b)刚投入并联且=0时c)调节原动机的输入功率使0d)功率角为时的电磁功率3.有功功率的调节和静态稳定图6-29与无穷大电网并联运行时，同步发电机有功功率的调节3.有功功率的调节和静态稳定4.无功功率的调节4.无功功率的调节图6-30与电网并联运行时，同步发电机无功功率的调节6.9同步电动机和同步补偿机1.同步电动机的电压方程和相量图2.同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程3.同步电动机的运行特性4.同步电动机的起动5.同步补偿机1.同步电动机的电压方程和相量图1.同步电动机的电压方程和相量图图6-31隐极同步电动机的相量图和等效电路(电动机惯例)a)相量图b)等效电路1.同步电动机的

9、电压方程和相量图图6-32凸极同步电动机的相量图(电动机惯例)1.同步电动机的电压方程和相量图1.同步电动机的电压方程和相量图2.同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程2.同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程2.同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程3.同步电动机的运行特性(1)该机在额定电流、cosM=1的情况下运行时，激磁电动势的标幺值和该激磁电动势下的功角特性。(2)若负载转矩不变，励磁增加20%，问电枢电流和功率因数将变成多少？画出此时的相量图。(3)若负载转矩不变，励磁比情况(1)时减少20%，问电枢电流和功率因数将变成多少？画出此时的相量图。(1)先确定内功率因数角0M。(

10、2)若励磁增加20%，不计磁饱和时，E*0(3)若励磁减少20%，不计磁饱和时，E=0.8E0=0.81.252=,此时功角特性为3.同步电动机的运行特性图6-33同步电动机的工作特性3.同步电动机的运行特性图6-34不同励磁电流时同步电动机的功率因数特性3.同步电动机的运行特性3.同步电动机的运行特性图6-35恒功率、变励磁时隐极同步电动机的相量图3.同步电动机的运行特性图6-36同步电动机的V形曲线=f()(图中)3.同步电动机的运行特性3.同步电动机的运行特性3.同步电动机的运行特性3.同步电动机的运行特性图6-37励磁增加20%时的相量图3.同步电动机的运行特性图6-38励磁减小20%

11、时的相量图3.同步电动机的运行特性4.同步电动机的起动图6-39同步电动机异步起动时的线路图4.同步电动机的起动图6-40异步起动时同步电动机的转矩曲线5.同步补偿机图6-41同步补偿机的V形曲线5.同步补偿机5.同步补偿机图6-42在受电端装设同步补偿机来改善电网的功率因数a)在受电端装设同步补偿机b)相量图6.10不对称运行和瞬态运行时同步电机的阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗图6-43同步发电机的正序等效电路a)正序电路图b)正序等效电路1

12、.不对称运行时同步发电机的各序阻抗图6-44直轴和交轴负序阻抗的等效电路a)直轴阻抗Zb)交轴阻抗Z1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗图6-45同步发电机的负序等效电路a)负序电路图b)负序等效电路1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗1.不对称运行时同步发电机的各序阻抗图6-46同步发电机的零序等效电路a)线路示意图b)零序等效电路2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗(1)该机在额定电压、额定电流、cos=1的工况下运行时，激磁电动势E*的值；(2)若输出功率保持不变，把励磁电流从情况(

13、1)增加20%，求此时定子电流的标幺值和功率因数；(3)若输出功率保持不变，把励磁电流从情况(1)减少20%，求定子电流的标幺值和功率因数。2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗图6-47三相稳态短路时电枢反应和定子漏磁通所经磁路及其磁导2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗图6-48三相突然短路时，瞬态电枢反应磁通和定子漏磁通所经磁路及其磁导2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗图6-49的等效电路2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗图6-50直轴超瞬态电枢反应磁通和定子漏磁通的磁路2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗图6-51的等效电路2.瞬态运行时同步电机所表现的电抗