04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

1第五節同步電機的基本特性第四章同步電機第二節同步電機的基本作用原理第三節同步電機的基本構造第四節同步電機的基本分析方法第一節同步電機的基本功能及用途第四章同步電機第二節同步電機的基本作用原理第三節同步電機的基本構造第五節同步電機的基本特性第一節同步電機的基本功能及用途第四節同步電機的基本分析方法第六節同步發電機的不對稱運行第六節同步發電機的不對稱運行04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

2本章基本要求4.理解同步電機電樞反應的物理概念，掌握電樞反應的性質與哪些因素有關；5.熟練掌握同步發電機的電壓平衡方程式和相應的相量圖的畫法。熟練掌握同步發電機的功角特性。

9.了解同步電動機和同步調相機的工作原理。6.了解同步發電機的功率和轉矩方程式、工作特性。8.掌握同步發電機有功功率和無功功率的調節。7.了解同步發電機并聯運行的條件及其整步方法。1.了解同步電機的構造，特別注意同步電機的轉子結構形式。2.了解同步電機的工作原理、分類。3.熟練掌握同步電機的額定值的計算。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

3同步電機和直流電機、異步電機一樣，也是根據電磁感應原理而工作的一種旋轉電機，它是交流電機。第一節同步電機的基本功能及用途同步電機主要用作發電機，現在全世界的發電量幾乎都是由同步發電機發出，對于需要直流電流的地方，如今的趨勢也多從交流通過整流裝置而獲得。異步電動機因結構簡單，運行可靠而得到廣泛應用，但它需從電網上吸取滯后的無功電流作為勵磁電流，使電網功率因數降低，發電站的裝機容量得不到充分利用；當同步電機作為電動機時，可通過調節其勵磁電流來改善電網的功率因數，因此對于不需調速的大型電動機，一般采用同步電動機。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

4同步電機的基本類型同步電機可以按運行方式和結構形式進行分類。1.按運行方式和功率轉換方式同步電機機械能轉換成電能電能轉換為機械能發電機電動機調相機專門用來調節電網的無功功率，改善電網的功率因數2.按結構形式同步電機小容量同步電機中得到某些應用旋轉電樞式旋轉磁極式應用比較廣泛，并成為同步電機的基本結構形式04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

5按照磁極的形狀又可分為隱極式和凸極式氣隙特性轉子形狀結構特性采用條件實例凸極式不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部氣隙較大圓柱形結構制造簡單n1≤1500r/min（2p≥4）水輪發電機，同步電動機及由內燃機拖動的同步發電機和調相機隱極式均勻圓柱形轉速較高汽輪機NS+－3~×3~·····×××××+－NS04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

6勵磁機發電機水輪機臥式、立式。按原動機的不同：汽輪發電機、水輪發電機。按安裝方式的不同：04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

7三峽電站首臺機組安裝04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

8水力發電廠04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

9火力發電廠勵磁機發電機汽輪機04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

10燃燒室燃料鍋爐的爐膛循環水汽輪機發電機3000r/min升壓變壓器超熱高壓蒸汽電能輸出電能的產生04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

11第二節同步電機的基本作用原理一、同步發電機的工作原理同步電機定子上有AX、BY、CZ三相對稱繞組，轉子上有磁極。如圖所示。BYZCAXNS定子+Uf－If轉子勵磁繞組如用原動機拖動發電機沿順時針方向恒速旋轉，則磁極的磁力線將切割定子繞組的導體，在定子導體中就會感應出交變電勢；設主極磁場的磁密沿氣隙圓周按正弦規律分布，則導體內電勢也隨時間按正弦規律變化。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

12設A相電勢的初相位為零，則三相電勢的瞬時值為二、電勢頻率的確定當轉子為一對極時，轉子轉一周，繞組中的感應電勢正好交變一次，當電機中有p對極時，則轉子轉一周，繞組中的感應電勢變化p次，而轉子每分鐘轉n圈，因此電勢的頻率為如果作為電動機運行，則需要在定子繞組中通過三相交流電流，產生旋轉磁場，磁場轉速三、同步電動機的工作原理04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

13這時轉子繞組加上直流勵磁，則轉子將在定子旋轉磁場的帶動下，沿定子磁場的旋轉方向以相同的轉速旋轉。四、同步電機的特點:（1）轉子的轉速n與電網頻率f之間具有固定不變的關系，轉速n稱為同步轉速。（2）若電網的頻率不變，則同步電機的轉速恒為常值而與負載的大小無關。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

14第三節同步電機的基本結構2.轉子(隱極式)由硅鋼片疊成。對稱三相繞組。①定子鐵心：②定子繞組：③機座和端蓋等。①轉子鐵心：由整塊鑄（鍛）鋼制成。②勵磁繞組：工作時施加直流勵磁。③阻尼繞組和轉軸等。阻尼繞組1.定子（電樞）

轉子(凸極式)磁極、磁軛、轉子支架、阻尼繞組等組成04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

15一、隱極同步電機的基本結構1.定子隱極同步電機都采用臥式結構隱極式的定子與異步電機的基本相同。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

16汽輪發電機結構

定子鐵心04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

1704二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

182.轉子：由轉子鐵心、勵磁繞組、護環、中心環、滑環及風扇等部件組成。轉子鐵心的材料：既要求有良好的導磁性能，又需要有很高的機械強度，一般都采用整塊的高機械強度和良好導磁性能的合金鋼鍛成，與轉軸鍛成一個整體。沿轉子鐵心表面銑有槽以放置勵磁繞組。在一個極距內約有1/3部分沒有開槽，叫大齒。大齒的中心實際上就是磁極中心。勵磁繞組：是由扁銅線繞成的同心式線圈。由于隱極電機轉速很高，因此勵磁繞組在槽內需用不導磁高強度的硬鋁槽楔壓緊。端部套上用高強度非磁性鋼鍛成的護環。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

1904二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

20汽輪發電機的轉子04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

2104二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

22凸極同步電機臥式結構立式結構除立式結構外的絕大多數的凸極同步電機低速、大容量的水輪發電機和大型水泵用的同步電動機推力軸承裝在轉子上邊的上機架上，整個轉子是以一種懸吊狀態轉動推力軸承裝在轉子下邊的機架上，整個轉子是以一種被托架著的狀態轉動懸式傘式懸式傘式1－推力軸承2－導軸承二、凸極同步電機的基本結構04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

23運轉時機械穩定性機組的軸向高度采用條件懸式好大轉速較高的電機（150r/min以上）傘式差小，廠房的高度和造價低轉速較低的電機（125r/min以下）1.定子定子結構一般和隱極同步電機相同。大容量的水輪發電機，由于定子直徑太大，通常把它分成幾瓣，分別制造后，再運到電站拼裝成一整體。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

24發電機定子總裝配發電機定子鐵芯04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

25定子繞組設計為三相雙層波形繞組，每相5支路并聯，共1080根羅貝爾線棒組成。繞組輪換數為1—8—14，每極每相槽數為9/4，合成節距為13發電機定子總裝04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

26發電機定子總裝配

發電機定子繞組04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

272.轉子凸極同步電機的轉子主要由磁極、勵磁繞組、阻尼繞組和轉軸組成。磁極：由厚1-1.5mm的鋼板沖成磁極沖片，用鉚釘裝成一體，磁極上套裝有勵磁繞組。勵磁繞組：由扁銅線繞成，各勵磁繞組串聯后接到集電環上。磁極的極靴上一般還裝有阻尼繞組。阻尼繞組：由插入極靴阻尼槽內的裸銅條和端部銅環焊接而成。磁極固定在磁軛上，磁軛常用整塊鋼板或鑄鋼做成。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

28水輪發電機結構轉子結構（10000kW）04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

29左江24MW發電機轉子在吊裝04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

30發電機轉子04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

31發電機轉子磁極04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

32三、冷卻問題簡述在中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質。當電機的容量很大時，電機內部的損耗及發熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強通風或采用其他的冷卻方式。在大型汽輪發電機中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，但氫氣與空氣混合后，有爆炸危險，必須有一套控制設備來保證外界空氣不會滲入到電機內部。目前在更大容量的發電機中，可以采用導線內部直接冷卻。例如采用空心導體，冷卻介質直接在導體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機的溫升。所采用的冷卻介質一般有氫氣及水等。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

33四、同步電機的勵磁方式(1)直流勵磁機勵磁勵磁繞組由小型直流發電機供電。(2)靜止整流器勵磁交流勵磁機→整流→直流電(3)旋轉整流器勵磁交流勵磁機→整流→直流電→勵磁繞組。電刷集電環勵磁繞組。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

34五、同步電機的額定值及主要系列（一）同步電機的額定值1.額定容量SN（單位為kV·A）或額定功率PN（單位為kW）指輸出功率的保證值。對同步發電機來說，額定容量SN是指出線端的額定視在功率，一般以kVA或MVA為單位；而額定功率PN是指發電機發出的有功功率，單位為kW或MW；對同步電動機PN是指軸上輸出的機械功率，單位為kW或MW；對同步調相機則用線端的額定無功功率來表示其容量，單位kVar、MVar。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

352.額定電壓UN：是指額定運行時加在定子的三相線電壓，單位V或kV；3.額定電流IN：是指額定運行時流過定子的線電流，單位A；4.額定功率因數cosN,電機額定運行時的功率因數；5.額定效率N：電機額定運行時的效率；6.額定頻率fN

我國標準工頻為50Hz；7.額定勵磁電壓UfN和額定勵磁電流IfN；8.額定溫升。對發電機來說對電動機來說04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

36（二）同步電機的主要系列1.TF—三相同步發電機；T—同步；F—發電機2．QFQ、QFN、QFS—不同冷卻方式的同步發電機QF—汽輪發電機，第三個字母表示冷卻方式Q—氫外冷，N—氫內冷，S—雙水內冷。例QFN—100—23.TS—三相同步水輪發電機，T—同步，S—水輪；TS1264/160—48表示三相同步水輪發電機；定子鐵心外徑為1264cm，鐵心長160cm，極數為48，即n=125rpm。4.TD—三相同步電動機；D—電動機5.TT—三相同步調相機，第二個T表示調相機。表示容量為100MW的2極的氫內冷汽輪發電機。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

37第四節同步發電機的基本分析方法一、同步電機的運行用原理1.兩種旋轉磁場當對稱三相電流流過對稱三相繞組時，將在氣隙中產生一個旋轉磁場，基波磁勢有下列特性：振幅恒定是單相繞組最大振幅的1.5倍，轉速為同步轉速ns，旋轉方向是從電流超前的相轉向電流滯后的相，當某相電流達到最大值時，旋轉磁場的振幅恰好在該相繞組的軸線上。同步電機無論作為發電機運行還是作為電動機運行，和異步電機一樣，只要它們的定子三相繞組中流過三相對稱電流，都將在氣隙中產生上述的旋轉磁場。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

38因該磁場是交流勵磁的，故稱為交流勵磁的旋轉磁場，同步電機的定子繞組又稱為電樞繞組，因此又稱為電樞磁場。如果在轉子上裝有由直流勵磁的磁極，且用原動機把轉子帶到同步轉速，就像同步電機那樣，則在氣隙中同樣出現一個圓形旋轉磁場，這樣獲得的旋轉磁場又稱直流勵磁的旋轉磁場或稱機械旋轉磁場。同步發電機空載時，定子繞組中的電流為零，在氣隙中只有直流勵磁的旋轉磁場，在負載的情況下，兩種旋轉磁場均存在。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

39在同步電機的氣隙中存在著兩種不同的旋轉磁場，只要這兩個旋轉磁場在空間有位移，它們之間便會有電磁力，猶如兩塊磁鐵之間存在相互作用力一樣。3.同步電機的運行方式同步電機在工作時，由于兩種旋轉磁場之間沒有相對運動，因此它們之間的相互位置決定著同步電機的運行情況：如轉子磁場在前，則當轉子旋轉時，便拉著定子磁場旋轉，這時轉子磁場超前電樞磁場，這便是發電機運行；反之定子磁場旋轉拉著轉子磁場旋轉，便是電動機運行情況。2.同步電機的作用力04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

404.同步電機的電路方程及等效電路在正常運行時，同步電機的定子磁場與轉子繞組之間沒有相對運動，因而不能在轉子繞組中感應電勢，轉子回路中只有直流勵磁電流，故從電路的觀點來看，同步電機要比變壓器或異步電機更為簡單，可不考慮轉子支路，而只為定子電路單獨寫出電壓方程式。同步電機正常運行時的等效電路是一個沒有副方回路與原方耦合的獨立回路，求解時也不用聯立方程，非常簡單。同步發電機各物理量的正方向規定如圖所示。同步發電機等效電路如圖所示。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

41如不考慮飽和現象，利用迭加原理：—轉子磁場在定子繞組中的感應電勢，也稱勵磁電勢；—定子磁場在定子繞組中的感應電勢，稱為電樞反應電勢。ra—定子繞組的電阻，x—定子繞組漏抗?！ㄗ永@組端電壓—定子繞組輸出電流E0EaE

＋U1－I1或5.同步電機的氣隙合成磁場將氣隙中的定子和轉子磁場合并為一合成氣隙磁場來考慮，這種分析方法更符合同步電機的實際情況。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

42由于定、轉子磁場均以同步轉速旋轉，氣隙中合成旋轉磁場便也按同步轉速旋轉，和轉子繞組之間仍無相對運動；因此同步電機作為發電機運行時，轉子磁場軸線便超前于氣隙合成磁場軸線；而同步電機作為電動機運行時，轉子磁場軸線將滯后于氣隙合成磁場的軸線。同步電機的運行方式，也常用合成旋轉磁場與轉子磁場之間的相對位置來確定；當轉子磁場超前于定子磁場時，合成的氣隙磁場便滯后于轉子磁場，當轉子磁場滯后于定子磁場時，合成的氣隙磁場便將超前于轉子磁場；04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

43電樞（定子）：I1(Fa

)=0轉子每極磁通：Φ0

空載電動勢：E0

=4.44f1

kw1

N1Φ0

或電樞相電壓：U0P

=E0電樞線電壓（Y形聯結）：E0

=－j4.44f1kw1

N1Φ0U0L

=√3E0E0

的頻率：f1

=pn60二、同步電機的空載運行

同步發電機被原動機拖動至同步轉速，轉子繞組通入直流勵磁電流，定子繞組開路時稱為空載運行。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

44三、同步發電機的電樞反應

空載時，同步電機中只有一個以同步旋轉的轉子磁場，即勵磁磁場，它在三相繞組中感應出對稱的三相電勢，每一相為E0，稱為勵磁電勢，定子每相電壓為E0=U。當定子繞組接上對稱的負載后，氣隙合成磁勢由電樞磁勢與轉子磁勢相互作用共同建立，并建立負載時的氣隙磁場；盡管勵磁電流未變，但氣隙磁場已不同于原來的勵磁磁場，所以感應電勢已不再是E0了。對于功率因數滯后的感性負載，此時電勢將明顯地低于空載電勢E0，再計入電樞繞組中的電阻和漏抗壓降后，這就使U更加低于E0。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

45對稱負載時電樞磁動勢的基波對主極磁場基波的影響，簡稱對稱負載時的電樞反應。電樞反應的性質主要取決于E0與I之間的相位差

，亦即主要取決于負載的性質。下面就角的幾種情況，分別討論電樞反應的性質。叫做內功率因數角，電壓與電流的相位差叫做外功率因數角。注意內功率因數角無法測量，外功率因數角可以測量。只有在電流等于零的情況下，才能測到電勢E0，負載時測到的是電壓。為什么？04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

46AXBYZCNSn當

=0o時，圖中所示瞬間，A相繞組的軸線與主磁極的交軸（q軸）重合；此時A相繞組勵磁電動勢為最大值，其方向按右手定則確定。（一）E0和I同相（=0）時的電樞反應因為=0o，所以此瞬間A繞組中的電流也達到最大值。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

47AXBYZCNSnFfFaF三相電流聯合產生的電樞磁勢的基波振幅便落在A相繞組軸線上；d軸超前于A相相軸90o，勵磁磁勢的基波相量在d軸上；Fa的基波分量在q軸上（稱為轉子交軸），它們和轉子一起以同步轉速旋轉，產生合成磁勢F。qd04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

48這種電樞磁動勢稱為交軸電樞磁動勢，用Faq表示，相應的電樞反應稱為交軸電樞反應。對于氣隙磁場交軸電樞反應將使合成磁場的軸線位置從空載時的直軸處逆轉向后移了一個銳角，且幅值也有所增加。但因磁路的飽和現象，交軸電樞反應使幅值增加的很小。對主磁場而言，交軸電樞反應在前極尖將起去磁作用，在后極尖則起增磁作用。時—空相量圖已知氣隙合成磁勢，并產生氣隙合成磁密和磁通，該磁通在電樞繞組中產生合成電勢。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

49同理若忽略鐵心飽和的影響：這時應有可從勵磁磁勢和電樞磁勢分別求出勵磁電勢和電樞反應電勢，即相應地有應注意：這里所述的所有的時間相量都是屬于定子中某一相中的物理量。時軸：若取某軸為時間參考軸時，則旋轉相量在該軸上的投影即為電流的瞬時值，即當相量與該軸重合時，正弦量達到最大值。相軸：繞組的軸線。當某相電流達到最大值時，旋轉磁勢的幅值就落在該相繞組的軸線上。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

50(1)磁通相量(時間相量)應與產生它的磁密相量(空間相量)重合；相量圖的畫法：(2)忽略鐵心中的損耗影響時，磁通相量應與產生它的電流相量同相位；(3)當磁通與感應電勢正方向符合右手螺旋法則時，電勢滯后于產生它的磁通90o。而磁勢與產生它的電流重合。(時軸與相軸取在一起)根據這些基本關系，便可畫出時空相量圖如下圖所示。當各相時軸和相軸都取在繞組的軸線上時，時—空相量圖存在下列關系。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

51FaF0IaEE0EaFf=0時的時—空相量圖就是說A相電流達到最大值時，轉子已向前轉過90o。（二）當E0超前I90o（=90o）時的電樞反應當=90o時，在圖示瞬間，此時A相勵磁電動勢為最大值，但定子A相電流為零。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

52AXBYZCNSnFfFaFAXBYZCNSn04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

53可見=90o

時直軸電樞反應的性質是純粹去磁的。電樞磁動勢的幅值恰好位于勵磁磁動勢的軸線上，但方向相反。此時的電樞磁動勢稱為直軸電樞磁動勢，用Fad表示，相應的電樞反應稱為直軸電樞反應，（三）當E0滯后I90o（=-90o）時的電樞反應當=-90o時，在圖示瞬間，此時A相勵磁電動勢為最大值，但定子A相電流為零。若保證電壓不變，即氣隙的合成磁場不變，必須加大直流勵磁，這種電機叫做過激狀態的同步電機。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

54就是說A相電流達到最大值時，轉子已向后轉過90°;AXBYZCNSnFfFaFAXBYZCNSn電樞磁動勢的幅值也恰好位于勵磁磁動勢的軸線上，但方向相同。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

55可見=-90o

時直軸電樞反應的性質是純粹助磁的。此時的電樞磁動勢稱為直軸電樞磁動勢，用Fad表示，相應的電樞反應稱為直軸電樞反應。（四）一般情況下（0<<90o）時的電樞反應此時I滯后E0一個銳角圖示瞬間，A相的勵磁電動勢恰好達到最大值，但由于電樞電流I滯后勵磁電動勢E0角，所示A相電流必須過了一段時間，等轉子轉過空間電角度時，才能達到最大值。若保證電壓不變，即氣隙的合成磁場不變，必須減少直流勵磁，這種電機叫做欠激狀態的同步電機。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

56當A相電流達到最大值時，轉子已向前轉過角;AXBYZCNSnFfFaFaqAXBYZCNSn此時電樞磁動勢Fa滯后勵磁磁動勢Ff(90o＋)空間電角度。這時的電樞反應既非交磁性質也非純去磁性質，而是兼有兩種性質。Fad04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

57電樞磁動勢Fa分解成直軸和交軸兩個分量，即Faq起交磁作用，Fad起去磁作用。此時的電樞反應也可以這樣說明：其中Iq與勵磁電動勢E0同相位，它們（指三相的該分量，即IqA、IqB、IqC）產生交軸電樞磁動勢FaqIq叫做I的交軸分量，而Id滯后勵磁電動勢E090o，產生直軸電樞磁動勢Fad，把分量Id叫做I的直軸分量。如將每一相的電樞電流I都分解Id和Iq兩個分量，即04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

58（五）電樞反應的重要性電樞反應是同步電機負載運行時重要的物理現象，它不僅是引起負載時端電壓變化時的主要原因，而且也是實現能量轉換的樞紐；考慮電樞反應作用，負載時電樞繞組中的感應電勢將由氣隙合成磁場建立，氣隙電勢減去漏阻抗壓降，便得到端電壓。下圖表示了不同負載性質時，電樞磁場與轉子電流產生電磁力（即電磁轉矩）的情況。圖為=0時電樞磁場即交軸電樞磁場對轉子電流產生電磁轉矩的情況；04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

59AXBYZCNS=0o由左手定則可知，這時的電磁力將構成一個電磁轉矩，它的方向正好和轉子轉向相反，企阻止轉子旋轉；交軸電樞磁場是由與空載電勢同相的電流分量即電流的有功分量Iq產生的。n發電機要輸出有功功率，原動機就必須克服由于有功分量引起的交軸電樞反應磁場對轉子的阻力矩；04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

60AXBYZCNS=90on電樞電流的無功分量Id所產生的直軸電樞反應磁場與轉子電流相互作用產生的電磁力，并不形成力矩，不妨礙轉子的旋轉；輸出的有功功率越大，交軸電樞反應磁場越強，所產生的阻力矩也就越大，原動機要輸入更大的能量才能克服電磁阻力矩，以維護發電機的轉速不變。當=90o時電樞磁場即直軸電樞磁場對轉子電流產生的電磁力情況；04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

61所以，為了維持發電機轉速不變，必須隨負載的有功分量變化調節原動機的輸入功率；為了維護發電機端電壓不變，必須隨著負載無功分量的變化，調節轉子的勵磁電流。

為維護一定端電壓，所需的轉子直流勵磁電流就應增加或減少。表明：當發電機供給純感性和純容性無功功率負載時，并不需要原動機付出功率，但直軸電樞反應磁場對轉子磁場起去磁或助磁作用；04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

62四、隱極式同步發電機的電壓方程和相量圖（一）電勢方程式在不計飽和時，可利用迭加原理分別求出勵磁磁勢和電樞磁勢單獨作用時產生于每一相得磁通和電勢，再考慮到電樞漏磁場產生于每一相的漏磁通和漏電勢。電磁關系如下：在隱極式同步發電機中，由于氣隙是均勻的，故電樞反應不必分為交、直軸兩部分;(電樞反應電動勢)Uf→If→Ff→Φ0I

→Fa→E0→Φa→Ea

→E(勵磁電動勢)04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

63E0EaE

＋U－I由等效電路，根據KVL可得=EE0+Ea+UraI+因為

Ea∝Φa∝Fa∝I

，Ea滯后于Φa90o

，不計磁飽和不計電樞鐵耗，Φa與I

同相位。Ea

=－j

xa

I

E

=－j

x

I

※xa

—電樞反應電抗。x

—電樞漏電抗。電樞反應電抗物理意義為：電樞反應磁場在定子每相繞組中所感應的電樞反應電勢可把它看作相電流所產生的一個電抗壓降。這個電抗便是電樞反應電抗。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

64E0=U+raI＋j

xI＋j

xaIE0=U+raI＋j

xsI※xs

—同步電抗。同步電抗是表征對稱穩態運行時，電樞旋轉磁場和電樞漏磁場的一個綜和參數。前述，電樞反應磁場與轉子均以同步轉速同方向旋轉，定子磁場并不切割轉子繞組，所以同步電抗也就是定子方面的總電抗；雖然轉子繞組在電路方面不起副繞組的作用，但轉子鐵心為旋轉磁場所經磁路的一個組成部分，所以在磁路方面卻起重要作用；如轉子抽去，則定子電流所過遇到的電抗將不再是同步電抗而是接近于漏抗。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

65若已知電機的參數、負載的大小和性質，作相量圖。并設：

U

=U0o。（二）相量圖UIraIjxs

IE0各種情況下的相量圖如下圖所示。需要強調指出：只有當電樞繞組流過對稱三相電流，即氣隙磁場為圓形旋轉磁場時，同步電抗才有意義，而當電樞繞組中流過不對稱三相電流時，便不能無條件地用同步電抗。Ejx

IFfF以后不再畫空間向量，但應注意他們之間的關系。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

66(c)電容性(a)電感性(b)電阻性UIraIjxs

IE0UIraIjxs

IE0UIraIjxs

IE0UIjxs

IE0UIjxs

IE0

忽略ra

時：UIjxs

IE004二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

67根據相量圖也可以計算出E0的值UIraIjxs

IE004二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

68五、凸極同步發電機的電壓方程和相量圖凸極同步電機的特點：氣隙不均勻，直軸氣隙小，交軸氣隙大。相同大小的磁樞磁動勢作用于不同的氣隙位置時，產生不同的磁密。采用雙反應理論分析凸極同步電機。（一）雙反應理論

04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

69作用于直軸作用于交軸直軸電樞反應磁場Bad1交軸電樞反應磁場Baq1實際上，前面考慮電樞磁場的去磁、助磁及交磁時，已涉及這一問題，那時沒考慮各分量磁動勢所對應的氣隙磁密的差異。當電樞磁動勢作用于交、直軸間的任意位置時，可將之分解成直軸分量和交軸分量，先分別求出直、交軸電樞反應，最后再把它們的效果疊加起來——雙反應理論。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

70若Ff、Fad和Faq幅值相同，但產生的基波磁密明顯不同。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

71（二）電勢平衡方程式電磁關系：Uf→If→Ff→Φ0→E0

I→Fad

→Faq

→Φad

→Φaq

→Id→Iq→Ead

→EaqΦ

→E等效電路如圖E0EadEaqEra＋U－I由圖可得04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

72不計飽和時Eaq∝Φaq∝Faq∝Iq；Ead∝Φad∝Fad∝Id；E

∝Φ

∝Fa∝I

因此有如下關系：Ead

=－jxad

IdE

=－j

xIEaq

=－jxaqIq式中xad和xaq分別稱為直軸和交軸電樞反應電抗。所以若把漏抗壓降也分成交軸和直軸分量04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

73代入上式得xq=xaq+xxd=xad+x它表征：當對稱三相直軸或交軸電流每相為1A時，三相聯合產生的總電樞磁場（包括氣隙中旋轉的電樞反應磁場和漏磁場）在電樞每一相繞組中感應的電勢。分別稱為凸極同步電機的交軸和直軸同步電抗。由于氣隙不均勻，凸極式同步電機有兩個同步電抗。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

74（二）相量圖

根據電路方程、負載的大小和性質、電機的參數和做相量圖如下圖所示。

設：U

=U0oUIraIjxqIEQjxdIdE0jxqIqNOQMGIdIq實際上這個相量圖是做不出來的。因為是未知的。線段MQ的長度為04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

75相量圖的實際做法

根據電路方程、負載的大小和性質、電機的參數作相量圖如下圖所示。

設：U

=U0oUIraIjxqIEQjxdIdE0jxqIqNOQMGIdIq做圖時要注意：EQ、E0的長度，兩者不相等。線段NQ的長度為因為xd>xq所以E0>EQ（感性）04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

76UIraIjxqIEQjxdIdE0jxqIqUIraIjxqIEQjxdIdjxqIqE0UIraIjxqIEQjxdIdjxqIqE0(c)電容性(a)電感性(b)電阻性

忽略ra

時UIjxqIEQjxdIdE0jxqIqUIjxqIEQjxdIdjxqIqE0UIjxqIEQjxdIdjxqIqE004二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

77

忽略電樞電阻，相量圖重畫如下UIjxqIEQjxdIdE0jxqIqNOGIdIq線段ON的長度為所以勵磁電勢E0由相量圖可得04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

78例：某三相同步發電機，已知UN=11kV，Y形聯結，IN=460A，cos

=0.8（感性），xd=16Ω，xq=8Ω，ra忽略不計。求、

、E0

。

U

=UN3==6351V11×1031.732Vtan

=Usin

＋xqIUcos6351×0.6＋8×4606351×0.8=V=1.474

=arctan1.474=55.85o=－

=55.85o－36.87o=18.98o

E0=Ucos＋xdId=(6351×cos18.98o＋16×460×sin55.85o)V=12096.63V解：04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

79第五節同步發電機的功率、轉矩和功角特性一、功率平衡(1)輸入功率(2)空載損耗(3)電磁功率(4)銅損耗(5)輸出功率(6)功率關系P1=T1Ωp0

=pFe＋pmec＋padPe

=P1－p0pCu=3raI2P2=Pe－pcua=3UIcosP1

=p0＋Pe=pFe＋pmec＋pad＋pCua＋P2

04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

80(7)功率流程圖和效率P1p0PepCuP2=×100%P2P1二、轉矩(1)輸入轉矩(2)空載轉矩(3)電磁轉矩(4)轉矩方程T1=P1ΩsT0

=p0ΩsTe

=PeΩsT1=Te

+T0=P1n602=p0n602=Pen60204二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

81三、穩態的功角特性功角特性：保持n、If

、U

不變時，電磁功率Pe與功率角的關系，即Pe=f()。同步電機的電磁功率除了可用電勢、電樞電流以及它們之間的夾角來表示外，還可以用便于計算、調節和更能顯示電機內部物理過程的一些物理量來表示，即勵磁電勢E0、端電壓U和功率角等。

正如轉差率是異步電機的基本變量一樣，對于并聯運行于電網的同步電機來說，功率角是它的一個基本物理量。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

821.隱極式同步發電機的功角特性Pe

=P2=3UIcos=3E0Icos因在同步發電機中ra<<xs，故可忽略ra，這樣根據簡化電路的相量圖求得Pe，由相量圖中可以看出：UIjxs

IE0COABPe

=3sinUE0xs得所以OPe

90o

Pmax電磁功率和功率角之間是一個正弦關系，如圖所示。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

83※當=90o時:

Pe

=Pmax功率表達式說明在恒定勵磁和恒定電網電壓（即U=C、E0=C）時，電磁功率的大小只取決于功率角。從功角特性公式可見，同步功率隨功率角而變化，且有一極限值Pmax，我們把最大功率與額定功率之比稱為過載能力，用km表示，若隱極式同步電機在額定運行時的功率角為N，則N越小，則過載能力km愈大，從相量圖可見，在一定的負載情況下，如要減少N就必須減小同步電抗xs。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

84只有增大氣隙，同步電抗才能減少，但增大電機的氣隙即增加成本，故過載能力不應規定得過大，汽輪發電機的過載能力一般不小于1.5。2.凸極式同步發電機的功角特性如果忽略電樞電阻，則有

Pe

=P2=3UIcos=3UIcos(-)=3UIcoscos＋3UIsinsin=3UIqcos＋3UIdsin由相量圖

xq

Iq

=Usinxd

Id

=E0－Ucos04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

85UsinxqIq

=E0－UcosxdId

=所以UIjxqIEQjxdIdE0jxqIqNOGIdIqPe=3UIqcos＋3UIdsinUsinxq

=3U

cosE0－

Ucosxd+3U

sinPe3UE0xd

=sin1xq＋

(

－

)

sin23U221xdPe=Pe'

＋

Pe"04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

86

討論：①3UE0xd

Pe'=sinPe'∝E0，當轉子有勵磁即If≠0時存在。

②1xqPe"=(

－

)

sin2

3U221xdPe"是由于xd≠xq

而引起的，與If

是否存在無關。

結論：①Pe"使Pmax。②Pmax

產生在＜90o

處。③功角特性不再是正弦波。—基本電磁功率?！郊与姶殴β?。OPe

90o

PmaxPe'Pe"04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

87例：一臺xd*=0.8、xq*=0.5的凸極式同步發電機，接在U*=1的電網上運行于I*=1，cos=0.8（滯后）下，略去定子電阻；試求：（1）E0與；（2）Pe與Pmax；（3）過載能力km。解：(1)由相量圖(2)功率的基值取SN=mUNPINP，電磁功率的標么值為04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

88代入數據得為求得Pmax，令，求Pe=Pmax時的角，即

令上式變為04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

89由于所以即解之：(舍去)所以(3)過載能力04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

90第七節同步發電機的運行特性同步發電機的對稱運行是指電機轉速為額定值且保持恒定，并供給三相對稱負載時的一種穩態運行方式。同步發電機的運行性能可以通過它的基本特性以及由這些特性所求得的一些主要參數來加以說明。同步發電機在轉速不變時，有三個互相影響的變量，即端電壓U，電樞電流I和勵磁電流If。負載的功率因數cos對它們之間的關系也有影響，為便于分析，設cos不變；

在端電壓、電樞電流和勵磁電流三者中令其一為常數，而求其他二者之間的關系，就稱為同步發電機的基本特性。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

91OUIcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1UNINU%

=×100%E0－UNPUNP同步發電機的運行特性當n=ns，If、cos=常數時，U

與I

的關系，即

U=f(I)。調節If，使I=IN、cos=cosN

、U=UN時，

If=IfN。電壓調整率：保持ns、cosN、IfN

時，一、外特性04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

92同步發電機的運行特性為了使同步發電機的端電壓不隨負載電流的變化而劇烈變動，它的電壓變化率應盡量地小。電壓變化率是表征同步發電機運行性能的重要數據之一。實際上，由于同步電抗的數值較大，負載電流變化產生的同步電抗壓降必然要引起端電壓明顯地變化?，F代同步發電機都裝有快速自動電壓調節器，它能根據端電壓的變化自動改變勵磁電流的大小，使發電機端電壓基本不變，所以對U%的要求大為放寬。凸極式同步發電機的U%大體在18%~30%以內；汽輪發電機由于電樞反應較大，故U%也較大，大體在30~48%這一范圍內（均為cos滯后的數值）。

04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

93二、調節特性保持n=ns、U=UN、cos=cosN時，If

與I

的關系,即If=f(I

)。OIfIcos=0.8(＞0)cos=0.8(＜0)cos=1調整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純阻性負載，為補償電樞反應的去磁作用及電樞漏阻抗壓降，隨著負載的增加，若要保持端電壓為常數，就必須增加勵磁電流；所以這兩種情況下的調節特性都是上升的。在容性負載時，隨著負載的增加，必須減少勵磁電流，以維持端電壓恒定。同步發電機的運行特性04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

94第八節同步發電機的并聯運行一、并聯運行優點可以根據負載的變化來調節投入運行的機組數目，提高機組的運行效率；便于輪流檢修，提高供電的可靠性，減少發電機檢修和事故的備用容量；對于由火力電廠和水力發電廠聯合組成的電力系統，并聯運行尚可達到合理調度電能，充分利用水能，使發電成本降低的目的；許多發電廠并聯在一起時，形成強大的電網，因此負載變化對電壓和頻率的影響就很小，從而提高了供電的質量和可靠性。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

95同步發電機的并聯運行二、并聯運行的條件同步發電機與電網并聯合閘時，為了避免產生巨大的沖激電流，以防止同步發電機受到損壞，電力系統受到嚴重干擾，應滿足下列條件：1.發電機的電壓和電網電壓應具有相同的有效值、極性和相位。2.發電機電壓的頻率應與電網的頻率相等。3.對三相發電機，還要求其相序和電網相一致。4.發電機的電壓波形應與電網電壓波形相同，即均為正弦波形。上述第3條在安裝發電機時，根據發電機規定的轉向，確定發電機的相序得到滿足。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

96同步發電機的并聯運行第4條在制造發電機時得到保證。并網操作時只需注意滿足第1和第2項條件。下面分析不滿足這些條件時，將會造成怎樣的后果。

＋U

－S＋

U－(1)電壓相等如果則U≠U△U=U－U

≠0△U(2)頻率相等如果：≠UU—△U=0~2UUUUU△UUU△UUU△U04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

97UAUBUC(3)相序一致如果相序不一致，則△UA=

0△UB=UB－UB△UC=UC－UCUAUBUC△UB△UC同步發電機的并聯運行若波形不同，例U為正弦波，而U中除了基波分量外還含有高次諧波分量，將在電機和電網內產生高次諧波環流，就會增加運行損耗，使運行溫度升高效率降低，對電機和電網均不利。(4)波形相同04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

98同步發電機的并聯運行三、并聯投入方法把同步發電機并聯至電網所進行的操作過程稱為整步(并車)過程，實際整步方法有兩種即準整和自整步法。（一）準整步法把發電機調整到完全合乎投入并聯的條件，然后投入電網，這種方法稱為準整步法。利用三組同步指示燈來檢驗合閘的條件。1.燈光黑暗法把三組燈分別接在電網和發電機間并列開關的兩側，如圖（a）所示，即接在A和A，B和B

，C和C

之間，這時作用在每一組同步指示燈上的電壓就等于電網的相電壓和發電機對應的相電壓之差。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

99同步發電機的并聯運行當待并車的發電機頻率與電網頻率不同時，兩邊電壓將有不同的旋轉速度，即發電機和電網兩組電壓之間將有相對運動。設電網電壓相量取作固定不動，發電機的電壓相量按照雙方頻率之差轉動。在不同瞬間兩組相量有不同的位置，各組同步指示燈上所受的電壓將不斷地變化。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

100同步發電機的并聯運行于是同步指示燈的燈光便忽亮忽暗地閃爍。當兩頻率越為接近時，燈光的閃爍便越緩慢根據燈光的閃爍情況，可以調節發電機的轉速，使發電機電勢的頻率，盡可能接近電網的頻率。若發電機電壓與電網電壓不相等，可調節勵磁電流。下面通過相量圖來分析。設電源頻率f小于發電機的頻率f。UCUAUBUAUBUCUAUBUC△U△U△UUAUBUCUAUBUCUAUBUC△U△U△U04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

101同步發電機的并聯運行應在三組燈全暗時合閘，此時開關兩側電位差已很小，即發電機與電網電壓差U0。由相量圖可以看出，在不同的瞬間，三組指示燈所受的電壓總相等，指示燈將同時明暗，其明、暗變化的頻率就是發電機與電網相差的頻率。調節發電機原動機的轉速使燈光明暗頻率很低時，就可以準備合閘。2.燈光旋轉法（交叉接法）接線圖如下圖(a)所示，方法是把一組燈直接跨線接在A和A之間，而把另二組燈交叉跨接在B和C及C和B之間。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

102同步發電機的并聯運行下面用相量圖分析各組燈上的電壓。設電源頻率f小于發電機的頻率f。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

103同步發電機的并聯運行UCUAUBUAUBUCUAUBUC△UCB△UAAUAUBUC△UCB△UBC△UBCUAUBUC△UCB△UAAUAUBUC△UBCUAUBUC△UCB△UAAUAUBUC△UBC由相量圖可見，在不同的時刻，加于三組同步燈的電壓各不相等。從圖可見先是第I組燈最亮，接著輪到第II組燈最亮，然后是第III組最亮，燈光按逆時針方向旋轉。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

104同步發電機的并聯運行如果發電機的頻率低于電網頻率，則燈光將按順時針方向旋轉；根據燈光旋轉方向，適當調節發電機轉速，使燈光旋轉速度變得很低，就可準備合閘。當直接跨接在開關兩端的同步指示燈熄滅(上圖中第I組，開關兩端電壓差為零)，而另外兩組燈亮度相同的時刻迅速合上開關，即完成投入并聯運行的操作。以上兩種方法顯然是燈光旋轉法較好，因為從燈光的轉向可明確指示操作者應將轉速調高還調低。如果等并車的發電機電網的相序不同，則所產生的燈光閃爍現象將適相反，當用燈光黑暗法時，三相指示燈交依次明暗，形成燈光旋轉；反之亦然。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

105同步發電機的并聯運行（二）自整步法準整步法并車的優點是能使新投入的發電機和電網不受或僅受輕微沖擊，但其裝置比較復雜。當電網出了事故，例如大容量機組因故障突然退出運行而要求重新起動一臺機組代替它投入電網時，由于這時電網還處在異常狀態，電壓和頻率都在不斷變動，用準整步法比較困難。采用“自整步”的并車方法，其步驟如下：先將發電機的勵磁繞組經過約等于勵磁繞組電阻10倍的電阻短路；當發電機轉速升到接近同步轉速時，先合上開關，將發電機接入電網，接著立即加上勵磁；即可利用電機的“自整步作用”使它迅速被牽入同步。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

106同步發電機的并聯運行此法優點是操作簡單迅速，不需增添復雜的設備，缺點是合閘及投入勵磁時有電流沖擊，因此自整步法常用于緊急情況下的發電機并網運行。四、有功功率和無功功率的調節為了簡化分析，設發電機為隱極機，不計磁路飽和，不計電樞電阻，且電網為“無窮大電網”。無窮大電網：指電網的容量相對于分析的同步發電機容量來說要大很多。因此電網的電壓和頻率不會因并聯上去的同步發電機功率調節的影響而改變，即電網的電壓和頻率恒定為常值。實際上，電網上的負載發生變化時，總要引起電網電壓和頻率的波動，在定性分析中可忽略不計。在分析中都認為電網電壓U=常數，電網頻率f=常數。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

107（一）有功功率的調節增加輸入機械功率P1，使P1＞p0，輸入功率扣除了空載損耗后，其余的轉變為電磁功率，即P1-p0=Pe，發電機開始輸出有功功率。要改變發電機輸出的有功功率，必須相應地改變由原動機輸入的機械功率。發電機整步過程結束處在空載運行狀態，發電機的輸入機械功率P1和空載損耗p0相平衡，電磁功率為零，即P1=po，T1=T0，Pe=0，發電機處于平衡狀態。1.從能量守恒觀點來看有功功率同步發電機的并聯運行這個過程從能量守恒觀點來看，發電機輸出有功功率是由原動機輸入的機械功率轉換來的。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

1082.利用功率角來加以說明有功功率空載時E0=U。功率角=0，如圖(a)所示，電磁功率Pe=0，此時氣隙合成磁場和轉子磁場的軸重合，發電機無功率輸出。此時轉子就要加速，就使轉子磁場超前于氣隙合成磁場(即E0超前于U)，也就是使功率角逐漸增大如圖(b)所示。UE0Ff=FFjxsIUIE0Ff(a)(b)增加原動機的輸入功率P1時，即增加發電機的輸入轉矩T1，這時T1＞T0；同步發電機的并聯運行04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

109同步發電機的并聯運行結論：要調節與電網并聯的同步發電機的有功功率，必須調節原動機的輸入功率，這時發電機內部會自行改變功率角，相應地改變電磁功率和輸出功率，達到新的平衡狀態。角的增大引起電磁功率Pe增大，發電機便輸出有功功率。當增大到某一數值，使相應的電磁功率達到Pe=P1-p0（Te=T1-T0）時，轉子加速的趨勢即停止，發電機便處于新的平衡狀態?！鶷1→T1＞T0→n→

→產生Te、Pe、I、P2→T1>Te+T0有功功率的調節方法如下：=0，T1=T0n＞nsTe

←←n←n=ns←穩定←T1=Te+T0←04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

110原動機輸入功率的增加也不是無限制的。對于隱極發電機，當=90o時，電磁功率達到最大值Pmax時，若再增加輸入功率，則＞90o

，這時電磁功率將隨著的增大而減??；輸入功率扣掉空載損耗和減小了的電磁功率后還有剩余，剩余的功率將使轉子繼續加速，角繼續增大，電磁功率Pe繼續減小，功率再不能保持平衡，發電機將“失去同步”，或叫做失去“靜態穩定”。（二）靜態穩定指電網或原動機方面出現某些微小擾動時，發電機能在這種瞬時擾動消除后，繼續保持原來的平衡運行狀態。就稱這時的同步發電機是“靜態穩定”的，否則就是靜態不穩定。同步發電機的并聯運行04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

1110Pe/T

90o

a'0Pe/T

90o

aTT1=T

+

T0a點：

干擾使T1

→

→T抑制了進一步增大→b點。bT1'

=T'

+

T0

干擾消失后，較大的T，使機組恢復到a點運行。a'

點：

干擾使T1

→n

→

→T

→n

→

→T···→失步。干擾消失后，n

不可能恢復到n1，即工作點不可能恢復到a'點運行。穩定運行區同步發電機的并聯運行04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

112結論：凡處于功角特性曲線上升部分的工作點，都是靜態穩定的，下降部分的工作都是靜態不穩定的?；蛘哒f在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時增大，或同時減小的那一部分是靜態穩定的。同步發電機的并聯運行靜態穩定的判斷依據：比整步功率(kW/rad)對隱極發電機，比整步功率為:電機穩定區域內，Pcx

越大，電機穩定增長性越好。Pcx可以表示發電機運行穩定度。04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

113當=90o時，Pcx=0，正處在穩定的交界。如圖，當=0o時，Pcx最大，故同步發電機在空載時最為穩定。此時發電機保持同步的能力為零，故該點即為靜態穩定的極限。當>90o時，Pcx為負值，發電機便失去了穩定。三、無功功率的調節以隱極發電機為例，不計磁路飽和電樞電阻，分析同步發電機無功功率的調節，無功功率與勵磁電流的關系。同步發電機的并聯運行04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu

制作

114同步發電機的并聯運行1.空載運行空載時電樞電流和電樞磁動勢為零，E0=U，Ff=F，這時的勵磁電流稱為“正?！眲畲烹娏鱅f0。如圖所示。UE0Ff=F若增大勵磁電流(If

>If0),則E0

>U，由于電網電壓不變，發電機必然輸出一個滯后的無功電流(感性)，它產生去磁的電樞磁動勢Fa,以維持氣隙合成磁動勢F不變(F=Ff+Fa)；這時勵磁電流稱為過勵的勵磁電流。如圖所示。UE0FfFFaIjxsI04二月2023山東理工大學電工電子教研室weipeiyu