【正文】 實(shí)現(xiàn)能量的傳遞 （ a)：電樞反應(yīng)交軸作用，電磁力與旋轉(zhuǎn)方向相反，為了維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率 （ b）（ c）：電樞反應(yīng)直軸作用， b為去磁， c為助磁，為保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須隨著無(wú)功負(fù)載的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的激磁電流。 ?當(dāng)同步發(fā)電機(jī)帶有負(fù)載時(shí)，就產(chǎn)生了 電樞反應(yīng)。/ IIIII Nfkf ??例 61 一臺(tái)凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸和交軸同步電抗的標(biāo)幺值為 ， ，電樞電阻略去不計(jì)，試計(jì)算該機(jī)在額定電壓、額定電流、 (滯后 ) 時(shí)激磁電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)幺值 (不計(jì)飽和 ) ?解 以端電壓作為參考相量 虛擬電動(dòng)勢(shì)為 os ??*0E* ?dX * ?qX?即 δ角為 19． 44176。 ?從空載特性上查得：相電壓 kV時(shí)， If0＝ 155A；從短路特性上查得： I＝ IN＝ 1718A時(shí)， Ifk＝ 280A；從氣隙線上得查得：If＝ 280A時(shí)， kV ?解 從氣隙線上查出， If＝ 280A時(shí)，激磁電動(dòng)勢(shì) ；在同一勵(lì)磁電流下，由短路特性查出，短路電流 I＝1718A；所以同步電抗為 3/?U3/?U1 2 9 3 03/2 2 4 0 00 ?? VE?用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí) ， ， ?故 ?從空載和短路特性可知 ， ?于是 Xd(飽和 )為 *0 39。 即用 Xd’(Xd’’)代替 Xd，負(fù)序電抗和零序電抗不變。 分析方法：對(duì)稱分量法仍然適用，不過(guò)考慮的時(shí)間段是短路剛發(fā)生時(shí)的幾個(gè)周 波。（畫(huà)圖說(shuō)明） [補(bǔ) 】 一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)原來(lái)運(yùn)行于空載狀態(tài)，當(dāng)主極直軸運(yùn)行到與 A相繞組軸線重 合時(shí)發(fā)生突然短路事故。39。dXddd XXX ?? 39。39。39。0? 或?qū)憺? 39。 [補(bǔ) ]一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)做不對(duì)稱運(yùn)行 ,運(yùn)用對(duì)稱分量法分解三相電流 ,得 A相各序電流 如下圖 .請(qǐng)你在原圖上畫(huà)出 B,C相各相序電流 ,并指出電機(jī)處于何種不對(duì)稱運(yùn)行 情況 . 作業(yè) :630 同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路 先談穩(wěn)態(tài)短路電流的大小和相位 . 分析三相突然短路基于以下原則 : (1)電樞周期電流的相位落后勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)相位 90度 。而正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以三倍于同步轉(zhuǎn)速的速度相對(duì)于電樞繞組運(yùn)動(dòng) ,因此電樞繞 組中還有三次諧波電流 . 總結(jié) :運(yùn)用對(duì)稱分量法可得 ,同步發(fā)電機(jī)單相對(duì)中點(diǎn)短路基波電流明顯大于三相對(duì)中 點(diǎn)短路基波電流 。 qdQDa XXXRRRR ????? ?? 零序阻抗 :主極正向同步旋轉(zhuǎn) ,勵(lì)磁繞 組短接 ,流過(guò)三相零序電流 ,此時(shí)同步 電機(jī)表現(xiàn)的阻抗稱為零序阻抗 . 由于三相零序電流在氣隙中的合成磁 勢(shì)為零 ,因此只剩下漏磁通 ,零序阻抗 基本上是漏阻抗 . ?jXRZ a ??0電壓方程式 : 總結(jié) :正序阻抗約等于同步電抗 ,負(fù)序阻抗要小于正序阻抗 ,零序阻抗最小 .熟悉各 序的電壓方程。39。 同步補(bǔ)償機(jī)相量圖（電流方向按發(fā)電機(jī)慣例） 同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行 由于種種原因 ,如三相負(fù)載不對(duì)稱 ,單相對(duì)中點(diǎn)短路等 ,同步發(fā)電機(jī)有可能在不對(duì)稱狀態(tài) 下運(yùn)行 .研究方法 :化不對(duì)稱為對(duì)稱 . [例 ]單相對(duì)中點(diǎn)短路 : 一 對(duì)稱分量法 定義 :設(shè)電機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)稱 ,磁路線性 ,若三相電壓或電流不對(duì)稱 ,可以把它們分解成三組對(duì) 稱的電壓或電流 ,分別稱之為正序分量 ,負(fù)序分量和零序分量 .分別求出三組分量 單獨(dú)作用時(shí)電機(jī)的響應(yīng) ,然后把結(jié)果疊加 . CBA UUU??? ,[例 ] 設(shè) 為不對(duì)稱三相電壓 ,則有 其中 23211 2 0 jea j ???? ?由于系數(shù)行列式不為零 ,因此方程組 有且僅有唯一一組解 . 對(duì)稱分量法的理論根據(jù)一是線性系統(tǒng) 的疊加原理 ,二是線性方程組理論 . 總結(jié) : 對(duì)稱分量法 . 二 同步發(fā)電機(jī)的各相序阻抗和電壓方程 正序阻抗 :主極正向旋轉(zhuǎn) ,勵(lì)磁繞組接 勵(lì)磁電源 ,電樞繞組流過(guò)正序三相電 流 ,此時(shí)同步電機(jī)所表現(xiàn)的阻抗稱為 正序阻抗 . 隱極 凸極 電壓方程式 qdaSaXXXjXRZjXRZ??????????,?????? ?? ZIUE0 負(fù)序阻抗 :主極正向旋轉(zhuǎn) ,勵(lì)磁繞組短路 ,電樞繞組流過(guò)負(fù)序三相電流 ,此時(shí)同步電機(jī) 所表現(xiàn)的阻抗稱為負(fù)序阻抗 . 從負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)觀察 ,電機(jī)的轉(zhuǎn)差 不為零 (s=2),負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割勵(lì)磁 繞組和阻尼繞組 ,這兩個(gè)繞組中會(huì)感 應(yīng)去磁性質(zhì)的電流 .因此負(fù)序阻抗要 比正序阻抗小 . 設(shè)電機(jī)主極上有阻尼繞組 ,則 電壓方程式 )(21),(41 39。 五 同步補(bǔ)償機(jī) 當(dāng)同步電機(jī)的電壓相量與電流相量垂直時(shí) ,為補(bǔ)償機(jī)狀態(tài) ,如圖 . 同步電機(jī)處于補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)時(shí) ,向外不輸出有功功率 ,但輸出無(wú)功功率 .因此 ,補(bǔ)償機(jī)一 般接在負(fù)載附近 ,專門(mén)向負(fù)載提供無(wú)功功率 ,以提高電網(wǎng)的功率因數(shù) ,如圖 . 沒(méi)有補(bǔ)償機(jī)時(shí) ,電網(wǎng)電流為 Ia。 一 同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程和相量圖 畫(huà)圖說(shuō)明同步發(fā)電機(jī)向電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)變 . 按照電動(dòng)機(jī)慣例重新規(guī)定同步電機(jī)各物理量的正方向如圖 .得 sa XIjRIUE???? ???0畫(huà)相量圖如圖 :先畫(huà) U,I. 如圖 ,按照電動(dòng)機(jī)慣例重新規(guī)定電機(jī)各物理量的正方向 ,得 qqdda XIjXIjRIUE????? ????0畫(huà)相量圖 ,先畫(huà) U,I,再畫(huà) Eq. 總結(jié) :按照電動(dòng)機(jī)慣例重新規(guī)定各物理量正方向 . 二 同步電動(dòng)機(jī)的功角特性 ,功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 隱極同步電動(dòng)機(jī) 凸極同步電動(dòng)機(jī) 形式與發(fā)電機(jī)一樣 ,注 意 δ小于 0. ?s in0se XUmEP ??? 2s i n)11(2s i n20dqde XXmUXUmEP ???cuap Fep ?pac u aQe RmIpImEPmUIP 21 ,c o s,c o s ??? ?? 其中 02 TTTe ??sFesseeppTPTPT????????022 ,三 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 CIPf f ?? ),(c o s 2?保持勵(lì)磁電流不變 ,當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載由小變大 ,功率因數(shù)由超前變?yōu)闇?. 保持負(fù)載不變 ,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 ,同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也會(huì)變化 .如圖 . 功率因數(shù)可調(diào) ,這是同步電動(dòng)機(jī)相比于異步電動(dòng)機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn) . 電磁轉(zhuǎn)矩特性 ,電流特性 ,效率特性 ,如圖 . )(),(),( 222 PfPfIPfT e ??? ? 定義如右邊公式 : 正常勵(lì)磁時(shí) ,I 最小 。 設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出能力主 要受溫升限制。 欠勵(lì) :Q小于 0, 功率因數(shù)小于 1（超前），發(fā)電機(jī)輸出超前的無(wú)功功率 . 因此 ,并網(wǎng)運(yùn)行時(shí) ,發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)的性質(zhì)和大小是由勵(lì)磁電流決定的 . 總結(jié) :對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī) ,通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁來(lái)調(diào)節(jié)它的無(wú)功功率 . [補(bǔ) ]一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)并聯(lián)于電壓為 U的大電網(wǎng)，額定負(fù)載時(shí)功率角為 20度。 總結(jié) :要想改變并網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)的有功功率 ,必須改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的機(jī)械功率 . 四 、與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無(wú)功功率的調(diào)節(jié) 有功功率 無(wú)功功率 ?c osmUIP ??s inmUIQ ?假定有功功率不變 ,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 , 看無(wú)功功率如何變化 .如圖 . 正常勵(lì)磁 :Q=0, 功率因數(shù)等于 =1，發(fā)電機(jī)不輸出無(wú)功功率 。 【 補(bǔ) 】 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)在大電網(wǎng)上運(yùn)行，適當(dāng)減少直 流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，整個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速是否會(huì)有變化？為什么？此時(shí)發(fā)電機(jī)輸 出的有功功率有什么變化？ 【 補(bǔ) 】 同步電機(jī)的習(xí)題集中的第 30題。 當(dāng)四個(gè)條件中的某一個(gè)條件不符合時(shí)，并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的電流沖擊。 若相序一致 ,頻率也一致 ,但發(fā)電機(jī)空載電壓的大小或相位與電網(wǎng)的不同 ,則三盞燈保 持各自的亮度不變 。 (3)同步發(fā)電機(jī)空載電壓的 大小 ,相位與電網(wǎng)的相同 . 這三個(gè)條件其實(shí)是要求要 并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)上其 它正在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)嚴(yán)格 保持同步 . 這三個(gè)條件中 ,第一個(gè)條件必須滿足 ,第二個(gè)和第三個(gè)允許稍有出入 . 方法 : (1)準(zhǔn)確整步法 定義 :使三個(gè)條件全部滿足后再并網(wǎng)的方法 ,稱為準(zhǔn)確整步法 . 如何判斷三個(gè)條件全部滿足 ?采用同步指示器 ,最簡(jiǎn)便的一種判斷方法稱為燈光法 . 燈光法包括直接接法 (燈光熄滅法 )和交叉接法 (燈光旋轉(zhuǎn)法 ). 直接接法 (燈光熄滅法 ): 如圖 ,指示燈的接法和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的接法一致 . 若相序一致 ,其它不一致 ,則三盞燈同時(shí)變化亮度 。 返回 為減少負(fù)載變動(dòng)的影響 ,提高供電可靠性和質(zhì)量 ,電網(wǎng)中多臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行 . 一 、投入并聯(lián)的條件和方法 . 條件 : (1)同步發(fā)電機(jī)的相序與電 網(wǎng)的相序一致 。 調(diào)整特性 —— 調(diào)整特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速 、 端電壓為額定電壓 、 負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí) ， 勵(lì)磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即 n＝ nS， U =UNΦ ， cosφ= 常值時(shí) ， If=f(I)。 效率特性：開(kāi)口向下的曲線，有極大值點(diǎn)。電壓調(diào)整率。 以純電阻負(fù)載為例，畫(huà)圖說(shuō)明。 圖 113 表示帶有不同功率因數(shù)的負(fù)載時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的外特性。 Xd=Umax/Imin Xq=Umin/Imax 如何測(cè)電樞電壓和電樞電流的最大值和最小值？ 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 一、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括 外特性、調(diào)整特性和效率特性。 主磁路的飽和程度取決于實(shí)際運(yùn)行時(shí)作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢(shì) ， 因而取決于相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢(shì)；如果不計(jì)漏阻抗壓降 ， 則可近似認(rèn)為取決于電樞的端電壓 ，所以通常用對(duì)應(yīng)于額定電壓時(shí)的 Xd值作為其飽和值 。畫(huà)短路時(shí)的相量圖。 將被試同步電機(jī)的電樞端點(diǎn)三相短路 ， 用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)被試電機(jī)到同步轉(zhuǎn)速 ， 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 If使電樞電流 I從零起一直增加到 ， 便可得到短路特性曲線 ， 如圖6— 24b所示 。 試驗(yàn)時(shí) ， 電樞開(kāi)路 (空載 )， 用原動(dòng)機(jī)把被試同步電機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速 ， 改變勵(lì)磁電流 If， 并記取相應(yīng)的電樞端電壓 U0 (空載時(shí)即等于 E0， 直到 U0≈ ， 可得空載特性曲線 。 電磁功率 從式 (6— 15)可知，電磁功率 Pe為 由 圖 105可見(jiàn) 故同步電機(jī)的電磁功率亦可寫(xiě)成 上式的第一部分與感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，第二部分則是同步電機(jī)常用的。這些損耗最后都轉(zhuǎn)化為熱能，使電機(jī)溫度升高。 同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程 ?一、功率方程和電磁功率 ?功率方程 若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗由另外的直流電源供給 ， 則發(fā)電機(jī)軸上輸入的機(jī)械功率 Pl扣除機(jī)械損耗 和定子鐵耗 后 ， 余下的功率將通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)的作用 ，轉(zhuǎn)換成定子的電功率 ， 所以轉(zhuǎn)換功率就是電磁功率 Pe， 即 (614) ?pFep 再?gòu)碾姶殴β?Pe中減去電樞銅耗 可得電樞端點(diǎn)輸出的電功率 P2；即