浙江大學同步電機演示文稿當前第1頁\共有118頁\編于星期日\5點優選浙江大學同步電機當前第2頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機結構和工作原理一、同步電機結構：同步電機由定子和轉子兩大部分組成，分轉場式和轉樞式兩種。定子鐵心內圓均勻分布著定子槽，槽內嵌放著按一定規律排列的三相對稱交流繞組。轉子鐵心裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時，將會在電機的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場

處于電樞內圓和轉子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機內部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響當前第3頁\共有118頁\編于星期日\5點凸極式同步電機隱極式同步電機同步電機結構當前第4頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機結構當前第5頁\共有118頁\編于星期日\5點凸極式轉子當前第6頁\共有118頁\編于星期日\5點汽輪機（隱極式轉子）當前第7頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第8頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第9頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第10頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第11頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第12頁\共有118頁\編于星期日\5點勵磁形式直流勵磁機靜止整流器旋轉整流器當前第13頁\共有118頁\編于星期日\5點冷卻方式1、空氣冷卻空氣冷卻主要采用內扇式軸向和徑向混合通風系統，適用與容量為50MW以下的汽輪發電機。為確保運行安全，要求整個空氣系統是封閉的。2、氫氣冷卻氫氣冷卻的效果明顯優于空氣冷卻，在汽輪發電機中被廣泛應用，并從外冷式發展為內冷式，即定、轉子導線做成空心的，直接將氫氣壓縮進導體帶走熱量。應用中要注意解決的是防漏和防爆問題。3、水冷卻水的冷卻效果優于氫氣。主要方式為內冷式。除了有定、轉子繞組雙水內冷，還有定子繞組用水內冷，定、轉子鐵心氫外冷、轉子勵磁繞組用氫內冷的混合冷卻方式。水冷卻方式面臨泄漏和積垢堵塞問題。4、超導發電機超導發電機是未來巨型汽輪發電機的一種很有前途的冷卻方式，在超導狀態下電機繞組的電阻損耗完全消失，徹底解決了電機的發熱溫升問題并大大提高了電機的效率。但是其中牽涉到很多關鍵技術問題，如強磁場、高電密、高溫交流超導線材的制備等。當前第14頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第15頁\共有118頁\編于星期日\5點三、額定值

額定容量SN（額定功率PN）：額定運行時電機輸出的功率；

額定電壓UN：額定運行時定子三相線電壓；

額定電流IN：額定運行時定子三相線電流；

額定功率因數：額定運行時電機的額定功率；

額定頻率；額定運行時的頻率；

額定轉速：同步電機的同步轉速；額定值間的相互關系：當前第16頁\共有118頁\編于星期日\5點6.2同步電機的基本工作原理勵磁繞組建立起主磁場;原動機拖動轉子旋轉,勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組;電樞繞組三相對稱交變電勢。通過引出線，輸出交流電。感應電勢的有效值：感應電勢頻率：感應電勢的頻率決定于同步電機的轉速n和極對數p，即由于旋轉磁場極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。當前第17頁\共有118頁\編于星期日\5點同步發電機的空載運行空載運行：原動機帶動發電機在同步轉速下運行,勵磁繞組通過適當的勵磁電流,電樞繞組不帶任何負載時的運行情況?？蛰d運行是同步發電機最簡單的運行方式，其氣隙磁場由轉子磁勢單獨建立。磁通分為主磁通和漏磁通。

凸極同步電機通常選用極弧系數為0.68~0.72,氣隙比值為1.3~1.8當前第18頁\共有118頁\編于星期日\5點空載特性曲線當空載運行時,勵磁電勢隨勵磁電流變化的關系,

稱為同步發電機的空載特性。

勵磁電勢的大小(有效值)與轉子每極磁通成正比，而勵磁電流的大小又和作用于同步電機磁路上的勵磁磁勢正比例變化，所以空載特性與電機磁路的磁化曲線具有類似的變化規律。空載特性可以通過計算或試驗得到。①說明電機設計合理性；②空載特性結合短路特性(在后面介紹)可以求取同步電機的參數。③發電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統的故障。當前第19頁\共有118頁\編于星期日\5點時－空矢量磁密波Bf1與定子任一相交鏈的磁通量0是時間變量，由感應產生的該相電勢用表示,當定子各相的時間參考軸都取在各自的相繞組軸線時，與重合。NS勵磁磁勢的基波Ff1和由它產生的氣隙磁密波Bf1為空間分布波，兩者同相位，其正波幅處于轉子直軸正方向，且與轉子一起以同步速旋轉；當Bf1波的波幅來到某相軸左側900時，Bf1波與該相繞組交鏈的磁通量的瞬時值正好為零，這時0

在該軸線左側900。當前第20頁\共有118頁\編于星期日\5點對稱負載時的電樞反應空載時，同步電機中只有一個以同步轉速旋轉的勵磁磁勢；當電樞繞組接上三相對稱負載后，電樞繞組和負載一起構成閉合通路，通路中流過的是三相對稱的交流電流，當三相對稱電流流過三相對稱繞組時，將會形成一個以同步速度旋轉的旋轉磁勢；同步發電機接上三相對稱負載以后，電機中除了隨軸同轉的轉子磁勢(稱為機械旋轉磁勢)外，又多了一個電樞旋轉磁勢(稱為電氣旋轉磁勢)。這兩個旋轉磁勢的轉速均為同步速，而且轉向一致，二者在空間處于相對靜止狀態，用矢量加法將其合成為一個合成磁勢。當前第21頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機的電樞反應同步電機的磁場建立：負載時，電樞磁動勢的基波對主磁極基波磁場的影響稱為電樞反應。當前第22頁\共有118頁\編于星期日\5點電樞反應性質（助磁、去磁、交磁）取決于基波磁勢與勵磁磁勢在空間的相對位置，即決定于電樞電流和勵磁電動勢之間的相位角。假定：磁路不飽和，隱極式轉子。

電樞磁勢基波與勵磁磁勢同轉速、同轉向、彼此保持相對靜止。影響電樞反應的有關量：主磁路的飽和程度；、之間的相位關系；轉子的結構形式；影響電樞反應的量當前第23頁\共有118頁\編于星期日\5點一、電樞電流和勵磁電動勢同相位（1800）時電樞反應

主極軸線與電樞A相繞組的軸線正交；

A相勵磁電動勢的瞬時值達最大值；

電樞電流與勵磁電動勢同相位，達最大值?；姌写艅軫a的軸線與A相繞組軸線重合。

電樞磁勢的軸線與轉子的交軸重合；在任意瞬間，電樞磁勢的軸線恒與轉子交軸重合。

電樞磁勢是交軸磁勢；d軸q軸d軸SNXAq軸n×當前第24頁\共有118頁\編于星期日\5點交軸電樞反應：使氣隙合成磁動勢的軸線從主磁極軸線逆轉向后移一個電角度；從而產生一定的電磁轉矩；合成磁場的幅值較轉子勵磁磁場有所增加（增磁）。當前第25頁\共有118頁\編于星期日\5點二、電樞電流滯后勵磁電動勢一個銳角時的電樞反應

主極軸線與電樞A相繞組的軸線正交；

A相勵磁電勢的瞬時值達最大值；

電樞電流落后勵磁電動勢一個φ角；基波電樞磁勢Fa的軸線落后A相繞組軸線

φ角；電樞磁勢的軸線落后轉子交軸φ角；在任意瞬間，電樞磁勢的軸線恒與轉子交軸相差φ角。

電樞磁勢可分解為交軸磁勢和直軸磁勢；d軸SNXAq軸n×q軸當前第26頁\共有118頁\編于星期日\5點Faq：交軸電樞反應；Fad：直軸電樞反應（去磁）d軸q軸當前第27頁\共有118頁\編于星期日\5點電樞反應的總結

交軸的電樞反應使轉子產生電磁轉矩，實現能量轉換；直軸電樞反應對氣隙磁場起助磁或去磁的作用，不產生轉矩；電樞磁動勢和勵磁磁動勢間的夾角（功率角）會隨著電機的運行情況改變。電樞反應的性質也隨負載的變化而變化。當前第28頁\共有118頁\編于星期日\5點隱極同步發電機的負載運行不計磁路飽和，磁路線性，把主極磁勢和電樞磁勢的作用分別考慮，再利用疊加原理。轉子：定子：（1）隱極電機當前第29頁\共有118頁\編于星期日\5點按照規定的參考正方向，電樞繞組一相的電動勢平衡方程：ABC漏抗電動勢寫成漏抗壓降形式，電樞反應電動勢用電樞反應電抗壓降形式表示Xa為電樞反應電抗當前第30頁\共有118頁\編于星期日\5點Xt：為同步電機的同步電抗，磁路不飽和時為常數。

隱極同步電機的等效電路圖：隱極同步發電機等效電路當前第31頁\共有118頁\編于星期日\5點隱極同步電機的相量圖作相量圖時，我們認為發電機的端電壓，電樞電流，負載功率因數角以及同步電抗為已知量，最終可以根據方程式求得勵磁電勢。

隱極電機相量圖可按以下步驟作出：

①在水平方向作出相量

；

②根據j角找出的方向并作出相量；

③在

的尾端，加上相量；

④作出由

的首端指向尾端的相量，該相量便是當前第32頁\共有118頁\編于星期日\5點計及磁路飽和，磁路非線性，主極磁勢和電樞磁勢合成為氣隙磁動勢，再由此求出負載時的合成電動勢。轉子：定子：計飽和：隱極同步電機計及飽和時當前第33頁\共有118頁\編于星期日\5點雙反應理論（凸極同步電機）一般情況：電樞磁動勢在空間的任意位置。分析方法：把電樞磁勢分解成直軸和交軸兩個分量;用對應的直軸磁導和交軸磁導分別算出直軸和交軸電樞反應;最后把它們的效果疊加起來。凸極同步電機的氣隙沿圓周不均勻：極面下的氣隙較小，兩極之間氣隙較大。氣隙磁導，直軸磁導比交軸磁導大，以1800電角度為一個周期。同樣大小的電樞磁動勢作用在直軸和交軸上時，所產生的電樞磁場有明顯變化；當前第34頁\共有118頁\編于星期日\5點雙反應理論：對于在空間任意位置的電樞磁動勢Fa，將其分解成直軸和交軸兩個分量Fad和Faq，用對應的直軸磁導和交軸磁導分別算出直軸和交軸電樞反應;最后把它們的效果疊加起來。當前第35頁\共有118頁\編于星期日\5點凸極同步電機轉子：定子：利用雙反應理論得到從電流建立磁場到感應電動勢的過程：凸極同步發電機的負載運行。當前第36頁\共有118頁\編于星期日\5點ABC按規定的參考正方向，電壓方程為：Xd：直軸同步電抗；Xq：交軸同步電抗（Xd>Xq）凸極機的電壓方程當前第37頁\共有118頁\編于星期日\5點二、同步發電機的相量圖隱極同步機：凸極同步機：當前第38頁\共有118頁\編于星期日\5點凸極機的相量圖如何得到？首先求出EQRQ當前第39頁\共有118頁\編于星期日\5點1）容量基值或kVA2）相電壓基值（額定相電壓）V或kV3）相電流基值（額定相電流）A4）阻抗基值

5）轉子角速度基值（式中nN的單位為r/min）同步電機標么值基值當前第40頁\共有118頁\編于星期日\5點同步發電機的運行特性空載特性：實質是電機的磁化曲線短路特性：發電機在同步轉速下，電樞線端三相穩態短路時，電樞電流與勵磁電流的關系曲線。負載特性：轉速為同步速度，負載電流和功率因數為常值時，發電機的端電壓與勵磁電流之間的關系曲線。外特性：在n＝nN，If＝常數和cosφ＝常數時，端電壓U和負載電流I的關系曲線。調整特性：在n＝nN，U＝常數和cosφ＝常數時，勵磁電流If和負載電流I的關系。當前第41頁\共有118頁\編于星期日\5點空載特性空載特性可用實驗測出，也可用磁路計算得到。（具有磁滯現象）同步發電機的空載損耗包括機械損耗pmec、定子鐵耗pFe從不同勵磁時拖動發電機所需的功率中扣除機械損耗后，得到定子鐵耗。當前第42頁\共有118頁\編于星期日\5點短路特性短路運行特性：短路運行時，Ik滯后于E0

近似90電角度，交軸分量Iq=0

，其電樞反應表現為純去磁作用。去磁作用減少了電機中的磁通，電機的磁通和感應電勢較小，磁路處于不飽和狀態，勵磁電勢和勵磁電流之間在數量上呈線性關系，短路電流和勵磁電流在數量也呈線性關系。短路特性就是一條通過原點的直線。短路特性：n＝nN，端電壓U=0，電樞短路電流Ik＝f（If）Ff(If)U0Ik當前第43頁\共有118頁\編于星期日\5點特性三角形當前第44頁\共有118頁\編于星期日\5點短路試驗短路試驗時，測出的拖動同步發電機所需功率為發電機的短路損耗，包括：機械損耗、電樞繞組基本銅耗和短路雜散損耗從空載試驗算出機械損耗和鐵耗，短路試驗測出定子銅耗和負載雜散損耗。從而得到發電機的總損耗。同步發電機的效率當轉速為同步轉速、端電壓為額定電壓、功率因數為額定功率因數時，發電機的效率與輸出功率的關系曲線，稱為電機的效率特性。

當前第45頁\共有118頁\編于星期日\5點零功率因數負載特性cosj=0的負載為純電感負載，即y=90度。負載特性：Ia=常數，功率因數cosj=常數時，端電壓U＝f（If）。其中當cosj=0時一條負載特性稱為零功率因數特性。當前第46頁\共有118頁\編于星期日\5點具有相同相位。寫出代數方程：磁動勢間和電動勢間的關系：當前第47頁\共有118頁\編于星期日\5點零功率因數負載特性與空載特性之間相差一個特性三角形。（由電樞電流對應的等效勵磁電流和漏抗壓降IaXσ構成其中的兩條邊）測取零功率因數負載特性時電流I為恒值，該特性三角形大小不變。D’E’反之，可以由空載特性和特性三角形求取零功率因數負載特性。

保梯（Potier)電抗：考慮轉子漏磁影響，空載特性和零功率因數負載特性間的特性三角形是逐漸變動的。在U＝UN一點上得到的特性三角形稱為保梯三角形，對應的漏抗稱為保梯漏抗。當前第48頁\共有118頁\編于星期日\5點同步發電機的外特性對于感性負載(j>0,y>90)，在勵磁電流不變的情況下，隨著電樞電流的增大，電樞反應的去磁作用的增強，漏抗壓降的增大，同步電機的外特性是下降的曲線。對于j<0,y<90的容性負載，電樞反應表現為增磁作用，隨著電樞電流的增大，端電壓反而增大。外特性：n=n1,If=常數,cosj=常數的條件下，同步發電機作單機運行時,端電壓U隨負載電流而變化的關系,即U=f(I)曲線。當前第49頁\共有118頁\編于星期日\5點額定勵磁電流：調節發電機的勵磁，使其在額定負載（I＝IN，cosφ＝cosφN

）時電機端電壓為額定電壓時的勵磁電流。發電機的端電壓隨著負載電流的改變而變,保持額定運行時的勵磁電流IfN

和轉速nN

不變,將發電機的完全卸載,發電機的端電壓將由UN變化為勵磁電勢E0

，電壓變化的幅度可以用電壓調整率來表示

△U是發電機的性能指標之一，按國家標準規定應不大于40%。電壓調整率當前第50頁\共有118頁\編于星期日\5點調整特性調整特性：當n＝nN，U＝常數，cosφ＝常數時，勵磁電流If和負載電流I的關系曲線If＝f（I）。滯后超前對于感性和純電阻負載，調整特性呈上升趨勢；對于容性負載，調整特性呈下降趨勢；當前第51頁\共有118頁\編于星期日\5點同步發電機的直軸同步電抗和短路比由空載和短路特性確定Xd的不飽和值短路時，合成磁動勢很小，按線性磁路考慮。任取一勵磁電流Ifk,在氣隙線和短路特性上查出勵磁電動勢E0’和短路電流Ik由空載和零功率因數負載特性確定Xd的飽和值電機在額定電壓下負載運行時，磁路處于飽和狀態。近似地取零功率因數負載特性上I＝IN和U＝UN運行狀態下地氣隙磁動勢作為發電機額定運行時飽和程度地依據。

當前第52頁\共有118頁\編于星期日\5點IfUI=0I=INoATKLBCUNB：電機在輸出UN時在空載特性上對應的Eδ值點；OT:該飽和度下的假想線性化空載特性當前第53頁\共有118頁\編于星期日\5點短路比在一個能產生空載電動勢E0等于額定電壓的勵磁電流If0下進行三相穩態短路試驗，得到的穩態短路電流Ik0與發電機的額定電流IN的比值。即：產生空載額定電壓和產生額定短路電路所需的勵磁電流之比。計及飽和影響的電機參數。氣隙線空載特性短路特性IfkIf0I’f0E0’UNINIkN當前第54頁\共有118頁\編于星期日\5點穩態參數的測定轉差法測定Xd和Xq：勵磁繞組開路，被試電機拖到接近同步速，在電樞繞組上外施三相對稱低電壓（約0.1UN，保證電機不牽入同步),外施電壓的相序使定子繞組旋轉磁場的轉向與轉子轉向相同。電機實際轉速略小于同步轉速，電樞磁勢以sn1的速度掠過轉子表面。記錄電樞電壓、電樞電流以及轉子感應電壓的波形。當前第55頁\共有118頁\編于星期日\5點Fa對準直軸時，電樞反應電抗大，電流小，電樞端電壓大（由于供電線路的壓降），轉子感應電壓為零；Fa對準交軸時，電樞反應電抗小，電流大，電樞端電壓小，轉子感應電壓最大。當前第56頁\共有118頁\編于星期日\5點提高了供電的可靠性；提高了供電的經濟性和靈活性；提高了供電質量同步發電機的并聯運行當前第57頁\共有118頁\編于星期日\5點并聯合閘的條件:發電機和電網連接的相序應相同；發電機和電網的頻率應相同；發電機和電網的電壓波形應相同；發電機和電網電壓的大小和相位相同；當前第58頁\共有118頁\編于星期日\5點投入并聯進行的調節和操作過程稱為同步過程。同步方法：準同步法，自同步法投入并聯的方法準同步：把發電機調整到完全合乎投入并聯條件再進行并聯合閘。分交叉接法和直接接法當前第59頁\共有118頁\編于星期日\5點頻率不等時,三個燈同時呈現時亮時暗的現象;調節發電機的轉速，直到三個燈的亮度不再閃爍;調節發電機電壓的大小和相位(相位可通過調節發電機的瞬時速度來調整)，直到三個燈同時熄滅.燈光熄滅法

當前第60頁\共有118頁\編于星期日\5點交叉接法（旋轉燈光法）燈光順時針或逆時針旋轉，說明發電機的輸出頻率與電網不一致。當發電機的頻率接近電網頻率時，可觀察到燈光的旋轉越來越慢，在第一對相燈全暗的瞬間合閘，將電機并入電網。依靠電機的自整步作用，將電機牽入同步。調節發電機的轉速調節頻率；調節發電機的勵磁調節電壓；當前第61頁\共有118頁\編于星期日\5點自整步法在相序一致的情況下將勵磁繞組通過適當的電阻短接；用原動機把發電機拖動到接近同步速(相差2~5％)；在沒有接通勵磁電流的情況下將發電機接入電網；再接通勵磁并調節勵磁強弱，依靠定子磁場和轉子磁場之間的電磁轉矩將轉子拉入同步轉速。注意：勵磁繞組必須通過一限流電阻短接。因為直接開路，將在其中感應出危險的高壓；直接短路，將在定、轉子繞組間產生很大的沖擊電流。自同步法的優點：操作簡單，方便快捷；缺點：合閘時有沖擊電流。當前第62頁\共有118頁\編于星期日\5點同步發電機的功率和轉矩方程（1）功率平衡式同步發電機由原動機拖動，從轉子軸上輸入機械功率P1，從定子輸出電功率P2。P1PemP2pmecpFe，padpcu1當前第63頁\共有118頁\編于星期日\5點功率平衡式：轉矩平衡式：當前第64頁\共有118頁\編于星期日\5點當忽略電樞繞組損耗時，功角特性Pem＝f（θ）RQ當前第65頁\共有118頁\編于星期日\5點對于隱極機，Xd＝Xq＝Xt，只有基本電磁功率基本電磁功率附加電磁功率當前第66頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電動機的電磁轉矩：凸極機：隱極機：當前第67頁\共有118頁\編于星期日\5點附加轉矩的作用當轉子軸線與旋轉磁極的軸線重合，只有徑向磁拉力，無切向磁拉力，轉子無電磁轉矩；轉子轉過一定角度，旋轉磁場磁通力圖通過磁阻最小的路徑，氣隙磁場扭曲，旋轉磁場與轉子間除了徑向力，還有切向力，形成電磁轉矩。隱極轉子氣隙不會扭歪，所以沒有電磁轉矩。磁阻轉矩當前第68頁\共有118頁\編于星期日\5點功角、矩角特性：凸極機的電磁轉矩包含有基本分量和附加分量；電動機發電機隱極機電動機發電機凸極機當前第69頁\共有118頁\編于星期日\5點與大電網并聯時有功功率

調節和靜態穩定同步電機空載運行，不輸出有功功率，增加原動機輸入功率，轉子加速，轉子磁勢Ff超前合成磁場，電機向電網輸出一定的有功功率。要增加發電機的輸出有功功率，必須增加原動機的輸入功率，使功率角增大。

當前第70頁\共有118頁\編于星期日\5點當＝900，電磁功率和電磁轉矩達到最大值。靜態穩定運行的條件：當前第71頁\共有118頁\編于星期日\5點靜態穩定當前第72頁\共有118頁\編于星期日\5點比整步轉矩（功率）：表示同步電機抗干擾保持穩定運行能力的強弱。隱極機：凸極機：比整步功率當前第73頁\共有118頁\編于星期日\5點過載能力過載能力：最大電磁功率與額定功率的比值。當前第74頁\共有118頁\編于星期日\5點1、凸極機功角特性中，兩個分量的大小比較；2、不同勵磁時功角特性的變化；3、有功功率調節時，無功功率的變化情況；4、同步電機的圓圖；5、靜態穩定和動態穩定與大電網并聯運行補充說明當前第75頁\共有118頁\編于星期日\5點無功功率調節和V形曲線以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機為例。電網電壓、頻率不變，發電機在理想條件下并聯合閘：合閘后，電樞電流為零，此時的勵磁電流稱為正常勵磁電流。發電機沒有有功負載，也沒有無功負載。保持原動機輸出不變，勵磁電流調大，稱為過勵磁。發電機送出滯后的無功電流，產生去磁的電樞反應．保持原動機輸出不變，勵磁電流調小，稱為欠勵磁。發電機送出超前的無功電流．產生助磁的電樞反應．當前第76頁\共有118頁\編于星期日\5點

以忽略電樞電阻和磁飽和影響的隱極機為例。在原動機輸入有功功率P1，發電機輸出有功功率，且保持不變的情況下，忽略電樞繞組損耗，有當磁路不飽和，電網電壓U、同步電抗Xt不變

當前第77頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第78頁\共有118頁\編于星期日\5點電流與電壓同相時，＝0，cos＝1，發電機輸出有功，電流最小，“正常勵磁”。

勵磁增大，E0增大，I增大，并落后于電壓，發電機輸出滯后的無功功率；發電機處于“過勵”狀態；

勵磁減小，E0減小，I增大，但超前電壓，發電機輸出超前的無功功率；發電機處于“欠勵”狀態；

當勵磁電流減小，與垂直，＝900，達到靜態穩定極限。調節勵磁電流的現象當前第79頁\共有118頁\編于星期日\5點二、V形曲線發電機在原動機輸入功率恒定、電網電壓恒定時，電樞電流和勵磁電流之間的關系曲線，形狀如“V”，稱V形曲線。每一條V形曲線的最低點，表示，相應的勵磁狀態為正常勵磁（右斜？）。正常勵磁左為欠勵區，功率因數超前；右為過勵區，功率因數滯后；在欠勵區，勵磁電流過小，＝900對應靜態穩定極限。輸出功率的增大，曲線往上移。欠勵過勵滯后超前正常勵磁（電網電壓發生波動時，V型曲線如何變化？）當前第80頁\共有118頁\編于星期日\5點

同步發電機在原動機輸入功率不變的情況下，調節勵磁電流可以改變功率因數；在勵磁電流不變的情況下，改變原動機輸入功率，不僅有功功率發生變化，無功功率也會發生變化。結論當前第81頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電動機和同步調相機同步電動機作為一種恒速電動機廣泛用以拖動大容量恒速機械。優點：功率因數可以調節以改善電網的功率因數缺點：比異步電動機結果復雜，造價高同步調相機：實質是空載運行的同步電動機，專門用來產生無功功率，改善電網的功率因數。當前第82頁\共有118頁\編于星期日\5點發電機轉變為電動機的過程N0SNS0nT1TemN0SS0NnT1N0SS0NnTemTZ

發電機狀態電動機狀態當前第83頁\共有118頁\編于星期日\5點當同步發電機轉變為同步電動機時功率角、電磁轉矩和電磁功率由正值變為負值，機電能量轉換過程發生逆變。

當前第84頁\共有118頁\編于星期日\5點(a)為過勵磁電流，φ<0,無功功率為負值，表示同步電動機可向電網輸出無功功率；(b)為正常勵磁電流，φ＝0,無功功率為零；(c)為欠勵磁電流，φ>0,無功功率是正值，表示同步電動機從電源吸收無功功率；當前第85頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機運行方式的判據無論用發電機慣例還是用電動機慣例，一臺同步電機究竟是發電機還是電動機運行的判斷關鍵：轉子勵磁磁動勢是超前氣隙磁通密度，還是滯后于它．超前時，是發電機運行，滯后時，是電動機運行。當前第86頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電動機的電動勢方程ABC按照規定的參考正方向，電樞繞組一相的電動勢平衡方程：漏抗電動勢寫成漏抗壓降形式，電樞反應電動勢用電樞反應電抗壓降形式表示Xa為電樞反應電抗當前第87頁\共有118頁\編于星期日\5點Xt：為同步電機的同步電抗，磁路不飽和時為常數。

隱極同步電機的等效電路圖：當前第88頁\共有118頁\編于星期日\5點ABC按規定的參考正方向，電壓方程為：Xd：直軸同步電抗；Xq：交軸同步電抗

凸極機的電壓方程當前第89頁\共有118頁\編于星期日\5點二、同步電動機的相量圖隱極同步機：凸極同步機：當前第90頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機的功角特性一、功角特性和矩角特性：（1）功率平衡式同步電動機正常工作時，定子從電網吸收電功率，轉子軸上輸出機械功率。P1PemP2pcu1pFeppf當前第91頁\共有118頁\編于星期日\5點輸入功率：定子繞組銅耗：電磁功率：

運行特性包括：工作特性、起動和調速。工作特性指U和If為常數時，Tem、I、cos、、n等與輸出功率的關系。當前第92頁\共有118頁\編于星期日\5點當忽略電樞繞組損耗時，RQ功角特性當前第93頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電動機的電磁轉矩：凸極機：隱極機：當前第94頁\共有118頁\編于星期日\5點功角、矩角特性：發電機狀態<0；電動機狀態>0；凸極機的電磁轉矩包含有基本分量和附加分量；發電機電動機隱極機發電機電動機凸極機當前第95頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電動機的工作特性不同勵磁時的功率因數特性當前第96頁\共有118頁\編于星期日\5點二、有功功率的調節和靜態穩定同步電機空載運行，

負載增加，轉子減速，轉子磁勢Ff滯后合成磁場，電機輸出一定的功率和轉矩。同步電動機的有功功率調節，取決于總負載轉矩的變化，電動機自動改變角，調整從電網吸收的有功功率。

當前第97頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機的無功功率調節以隱極機為例。在恒轉矩負載運行時，忽略電樞繞組損耗，有當磁路不飽和，U、Xt不變

當前第98頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第99頁\共有118頁\編于星期日\5點電流與電壓同相時，＝0，cos＝1，電動機吸收有功，電流最小，“正常勵磁”。

勵磁增大，E0增大，I增大，并超前電壓，電動機吸收超前的無功功率，“過勵”；

勵磁減小，E0減小，I增大，但落后電壓，電動機吸收滯后的無功功率，“欠勵”；

當勵磁電流減小，與垂直，＝900，達到靜態穩定極限。調節勵磁電流的現象當前第100頁\共有118頁\編于星期日\5點二、V形曲線電動機在輸出功率恒定、電網電壓恒定時，電樞電流和勵磁電流之間的關系曲線，形狀如“V”，稱V形曲線。每一條V形曲線的最低點，表示，相應的勵磁狀態為正常勵磁。正常勵磁左為欠勵區，功率因數滯后；右為過勵區，功率因數超前；在欠勵區，＝900對應靜態穩定極限。輸出功率的增大，曲線往上移。欠勵過勵導前滯后正常勵磁當前第101頁\共有118頁\編于星期日\5點同步電機的起動同步電動機在定子旋轉磁場和轉子勵磁磁場同步旋轉，兩者相對靜止時，產生平均電磁轉矩。如果把同步電動機直接投入電網并加上勵磁電流？N0SS0NnTemN0NS0SnTem轉子受到的平均轉矩為0，同步電動機不能直接起動。

當前第102頁\共有118頁\編于星期日\5點起動的方法：異步起動、輔助電機起動和變頻起動。異步起動：利用轉子上的阻尼繞組產生異步轉矩，使轉子轉動。（注：與異步電機的區別）起動過程：勵磁繞組通過一個電阻短路限制電流，通過阻尼繞組產生感應電勢、電流和電磁轉矩，使電機旋轉；接近同步速時，接入勵磁電流，牽入同步。當前第103頁\共有118頁\編于星期日\5點當前第104頁\共有118頁\編于星期日\5點輔助電機起動：用容量為5％～15％、同步轉速和同步電動機轉速相同的異步電動機拖動同步電動機到接近同步速后，將同步電動機投入電網。適用于輕載。變頻起動：逐漸升高電源頻率，使轉子在低速起動，轉速隨頻率的升高而升高直至達到同步轉速。通過改變旋轉磁場的轉速產生同步轉矩使轉子轉動。同步機起動當前第105頁\共有118頁\編于星期日\5點調相機（同步補償機）同步補償機，就是不帶機械負載的同步電動機。電網擔負滯后功率因