N S Fδ δ N S Ff T1 n Tem n1 功角δ意义的图示B 功角 δ 是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角。 判据： 隐极发电机的判据：比整步功率(kW/rad) 　　静态稳定的概念：    指电网或原动机方面出现某些微小扰动时，同步发电机能在这种干扰消失后，继续保持原来的平衡运行状态。 过载能力 隐极发电机的过载能力 二.无功功率 　　定义：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（xd、xq、xt）为常数、空载电势E0不变（即If不变）时，Q=f(δ)为无功功率功角特性。 凸极发电机无功功率的功角特性：    隐极发电机无功功率的功角特性： 隐极发电机无功功率功角特性的几个特殊点： 第六章 同步电机 6.1  同步电机概述 6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理 6.3  空载和负载时同步发电机的磁场 6.4  隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 6.5  凸极同步发电机的电压方程和相量图 6.6  同步发电机的功率平衡和转矩平衡 6.7  同步电机参数的测定 6.8  同步发电机的运行特性 6.1  同步电机概述 同步电机的运行特点     同步电机转子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格的 同步，即                 ,同步电机由此得名。  1. 同步发电机：机械能         交流电能  2. 同步电动机：交流电能         机械能  3. 同步调相机：接在电网上作空载运行的同步电动机，其主     要作用是补偿电网的无功功率，以提高功率因数。     二. 同步电机的分类 1. 直流发电机励磁系统 三. 励磁方式 G G 副励磁机 主励磁机 同步发电机 2. 静止式交流整流励磁系统，如下图所示。 交流副励磁机 交流主励磁机 不可控整流起器 电压调整器 主发电机 电压互感器 电流互感器 可控整流起器 自励恒压器 四. 同步电机的用途  1. 同步发电机     世界上的电力几乎都由同步发电机发出。  2. 同步电动机     同步电动机即可作为电动机，又可通过调节励磁电流来改变 功率因数。  3. 同步调相机     是同步电动机的一种特殊的运行方式，即接于电网作空载运 行，专门用于电网的无功补偿，以提高功率因数。 6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理 主要结构 同步电机 旋转电枢式  旋转磁极式  隐极式（Salient-pole）  凸极式（Cylindrical-Rotor）       旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种。  1. 凸极式同步电机的结构 （1）定子部分      铁心       由电工钢片冲叠而成，其上安放三相对称绕组，构 成磁路。           绕组       三相对称绕组，通入三相对称电流，以产生旋转磁 场。 （2）转子部分      铁心       由电工钢片冲成凸极叠压而成，其上安放励磁绕 组，构成磁路。           绕组       励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极 磁场。 2. 隐极式同步电机的结构 （1）定子部分:同凸极式 （2）转子部分      铁心        由电工钢片冲叠而成圆柱体铁心，外围有磁槽，槽 内安放励磁绕组，构成磁路。      绕组        励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极 磁场。 二. 基本工作原理  1. 发电机工作原理     转子的主极磁场在原动机的 拖动下旋转，切割定子的三相绕 组，依次感应电势如下：  2. 电动机工作原理     当同步电机的三相对称绕组通入对称三相电流时，在定子 中产生旋转磁场。该磁场与主极磁场互相作用，产生电磁力 矩，使转子跟着旋转磁场旋转。其原理图如下： No N S So n1  n n1  n 三. 额定值 额定容量SN(或额定功率PN )——指额定运行时电机的输辅出功率   额定电压UN —— 指额定运行时定子的线电压   额定电流IN —— 指额定运行时定子的线电流   额定功率因数cosΦ —— 指额定运行时电机的功率因数  额定频率fN ——指额定运行时电枢的频率。我国标准工频规定为50Hz 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，对同步电机而言，即为同步转速  6.3  空载和负载时同步发电机的磁场 一. 空载运行时同步发电机的磁场     空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁 场。 图（a）表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见，主 极磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φδ两部分，前者通过气隙并与 定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。主磁 通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转 子轭等五部分。      空载特性如图（b）所示，它是同步电动机的一条很重要的特 性曲线。 （a） （b） 二. 负载运行时同步发电机的磁场     当同步发电机向外供电时，其定子三相绕组中流过三相的对 称电流同样产生旋转磁场，该磁场对主极磁场的影响称为电枢反 应。     电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势 和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激磁 电动势E0和负载电流I之间的相角差Ψ0 (Ψ0称为内功率因数角)。 下面分成两种情况来分析。 1.    与  同相 (1)定子绕组内的电动势,电流和磁动势的空间矢量图 (2)时间矢量图 (3)时-空统一矢量图 (4)气隙合成磁场与主磁场的相对位置 2.   与  不同相 （1）  滞后于   时的空间矢量图 （2）  滞后于   时的时-空统一矢量图 （2）  超前   时的时-空统一矢量图 6.4  隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 一.隐极同步发电机的电压方程 其中                           称为同步电抗         同步电抗的物理意义：表征对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势。 简化方程式 并且有 二.隐极发电机的相量图 已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数ra 、xt φ ψ δ 当功率因数cosφ滞后时的相量图 三.隐极发电机的等效电路： ra xt 只要去掉 ra 即可得到简化等效电路 6.5  凸极同步发电机的电压方程和相量图 一.凸极发电机的电势方程式 其中： 称为直轴同步电抗 称为交轴同步电抗 并且有 二.凸极发电机的相量图 已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数ra 、xd、xq 。 已知内功率因数角ψ 按照电势方程式的关系作出相量图 未知内功率因数角ψ 1.利用方程式求出ψ： 2.利用公式求出ψ： 6.6  同步发电机的功率平衡和转矩平衡 输入 功率P1 机械损 耗pmec 附加损耗pad 铁损pFe 电磁功 率Pem 定子铜损pcu1 输出功 率P2 一.有功功率 1.有功功率功角特性 定义：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（xd、xq、xt）为常数、空载电势E0不变（即 If 不 变）时，Pem=f (δ)为有功功率功角特性。 凸极电机的有功功率功角特性：     隐极电机的有功功率功角特性： 功率极限值(隐极) 0 δ 900 Pem Pemmax 1800 发电机有功功率功角特性曲线： δ Pem 1800 0 900 Pemm
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