1、 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）*5.7 微型同步電動機微型同步電動機5.10 三相同步發(fā)電機的運行特性三相同步發(fā)電機的運行特性5.2 三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)5.1 三相同步電機的工作原理三相同步電機的工作原理5.2 三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)5.3 三相同步電動機的運行分析三相同步電動機的運行分析5.4 三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩5.5 三相同步電動機的的運行特性三相同步電動機的的運行特性5.6 三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)5.8 三相同步發(fā)電機的運

2、行分析三相同步發(fā)電機的運行分析5.9 三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行5.1 三相同步電機的工作原理三相同步電機的工作原理 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）V1V2W2W1U1U2NS5.1 三相同步電機的工作原理三相同步電機的工作原理定子定子+UfIf轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子勵磁勵磁繞組繞組一、三相同步電動機一、三相同步電動機 定子定子 旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 直流磁極。直流磁極。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步同步60 f1pn = n0 = 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系

3、 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）V1V2W2W1U1U2NS 同步電動機中的磁通勢同步電動機中的磁通勢 定子定子 電樞電樞。電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fam轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 F0m氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢 F m NSSNn0n0 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) Fam 對對 Fm 的影響。的影響。NSSN電動機狀態(tài)電動機狀態(tài)n0n0理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài)F0mFamFm功功角角 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 同步電動機中的感應(yīng)電動勢同步電動機中的感應(yīng)電動勢 V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFmF0m電樞三相電樞三

4、相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0Fm電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E1 E0 在時間上滯后于在時間上滯后于 E1角角 F0m 在空間上在空間上 滯后于滯后于Fm角角 E0 在時間上滯后于在時間上滯后于 E1角角 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）二、三相同步發(fā)電機二、三相同步發(fā)電機 勵磁機勵磁機F0m 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的 F0 m和和0E0 原動機原動機電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) SNn0NSn0發(fā)電機運行發(fā)電機運行NSSNn0n0 理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài) V1V2W2W1U1U2NSF0mFamFm閉合閉合回路回路三相交流電三相交

5、流電 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）三、三相同步電機的可逆運行三、三相同步電機的可逆運行NSSNn0n0電動機狀態(tài)電動機狀態(tài)NSSNn0n0理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài)SNn0NSn0發(fā)電機運行發(fā)電機運行 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）同步電機與異步電機主要結(jié)構(gòu)部件對比：從結(jié)構(gòu)同步電機與異步電機主要結(jié)構(gòu)部件對比：從結(jié)構(gòu)上看，二者定子繞組和定子鐵心完全一樣，而且上看，二者定子繞組和定子鐵心完全一樣，而且轉(zhuǎn)子鐵心也都由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，二者的區(qū)別就在轉(zhuǎn)子鐵心也都由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，二者的區(qū)別就在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。于轉(zhuǎn)

6、子結(jié)構(gòu)。5.2 三相同步電機的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機的基本結(jié)構(gòu) 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）在同步電機中，轉(zhuǎn)子是主磁在同步電機中，轉(zhuǎn)子是主磁極，當(dāng)外加的直流勵磁電流極，當(dāng)外加的直流勵磁電流流入轉(zhuǎn)子繞組時，轉(zhuǎn)子鐵芯流入轉(zhuǎn)子繞組時，轉(zhuǎn)子鐵芯便表現(xiàn)出固定的極性，隨轉(zhuǎn)便表現(xiàn)出固定的極性，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于一塊旋子一起旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于一塊旋轉(zhuǎn)的磁鐵。轉(zhuǎn)的磁鐵。在異步電機中轉(zhuǎn)子繞組是一在異步電機中轉(zhuǎn)子繞組是一個自行閉合的繞組，當(dāng)氣隙個自行閉合的繞組，當(dāng)氣隙磁場切割轉(zhuǎn)子繞組時，便會磁場切割轉(zhuǎn)子繞組時，便會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢產(chǎn)生電流，

7、轉(zhuǎn)子鐵芯便表現(xiàn)為表電流，轉(zhuǎn)子鐵芯便表現(xiàn)為表面旋轉(zhuǎn)變化的磁極。面旋轉(zhuǎn)變化的磁極。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）一、主要部件一、主要部件1. 定子（電樞）定子（電樞）由硅鋼片疊成。由硅鋼片疊成。對稱三相繞組。對稱三相繞組。(1)定子鐵心：定子鐵心：(2)定子繞組：定子繞組：(3)機座和端蓋等。機座和端蓋等。定子鐵芯定子鐵芯端蓋端蓋 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）汽輪發(fā)電機的定子汽輪發(fā)電機的定子 電氣工程與自動化系電氣

8、工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）(1)轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心： 由整塊鑄（鍛）鋼制成。由整塊鑄（鍛）鋼制成。(2)勵磁繞組：勵磁繞組： 工作時施加直流電勵磁。工作時施加直流電勵磁。(3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組阻尼繞組在同步發(fā)電機在同步發(fā)電機中，阻尼繞組中，阻尼繞組抑制轉(zhuǎn)子機械抑制轉(zhuǎn)子機械振蕩；在同步振蕩；在同步電動機中，阻電動機中，阻尼繞組做起動尼繞組做起動繞組用。繞組用。2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）NS+3 3 +NS按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極

9、式。(a)(a)凸極式凸極式(b)(b)隱極式隱極式 磁極數(shù)多、直徑大、氣隙不均磁極數(shù)多、直徑大、氣隙不均勻。多用于水輪發(fā)電機和一般勻。多用于水輪發(fā)電機和一般中小型同步電機。中小型同步電機。磁極數(shù)少，直徑小，氣隙磁極數(shù)少，直徑小，氣隙均勻。主要用于大型汽輪均勻。主要用于大型汽輪發(fā)電機。發(fā)電機。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯(a)凸極式凸極式(b)隱極式隱極式 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn)的同步電機，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn)的同步電機，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，

10、我們采用隱極式，而對于低速旋轉(zhuǎn)的電機，由于轉(zhuǎn)子我們采用隱極式，而對于低速旋轉(zhuǎn)的電機，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡單、勵的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡單、勵磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。 大型同步發(fā)電機通常用汽輪機或水輪機作為原動大型同步發(fā)電機通常用汽輪機或水輪機作為原動機來拖動，前者稱為機來拖動，前者稱為汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機，后者稱為，后者稱為水輪發(fā)電水輪發(fā)電機機。 汽輪發(fā)電機：由氣輪機作為原動機，臥式安裝、汽輪發(fā)電機：由氣輪機作為原動機，臥式安裝、轉(zhuǎn)速高、極對數(shù)少，采用隱極式。火電站和核電站采轉(zhuǎn)速高、極對數(shù)少，采用隱極式。火電站和核電站

11、采用。用。 水輪發(fā)電機：由水輪機作為原動機，立式安裝、水輪發(fā)電機：由水輪機作為原動機，立式安裝、轉(zhuǎn)速低、極對數(shù)多，采用凸極式。水電站采用。轉(zhuǎn)速低、極對數(shù)多，采用凸極式。水電站采用。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）水輪發(fā)電機：立式安裝水輪發(fā)電機：立式安裝勵磁機勵磁機發(fā)電機發(fā)電機水輪機水輪機 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）小浪底電站水輪機組安裝小浪底電站水輪機組安裝 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）三峽電站首臺機組安裝三峽電站首臺機組安裝 電氣工程與自

12、動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）大連理工大學(xué)電氣工程系水力發(fā)電水力發(fā)電 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）汽輪發(fā)電機：臥式安裝汽輪發(fā)電機：臥式安裝勵勵磁磁機機發(fā)發(fā)電電機機汽汽輪輪機機 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）燃燃燒燒室室燃燃料料鍋爐的鍋爐的爐膛爐膛循環(huán)水循環(huán)水汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機3 600 r/min升壓變升壓變壓器壓器超熱高壓蒸汽超熱高壓蒸汽電能輸出電

13、能輸出電能的產(chǎn)生電能的產(chǎn)生 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 熱電廠熱電廠1 煤傳送帶煤傳送帶2 加煤機加煤機3 粉碎機粉碎機4 鍋爐鍋爐5 煤渣煤渣6 空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器 7 靜電除塵靜電除塵8 煙囪煙囪9 汽輪機汽輪機10 冷凝器冷凝器11變壓器變壓器12 冷卻塔冷卻塔13 發(fā)電機發(fā)電機14 輸電線輸電線 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）二、勵磁方式二、勵磁方式1. 直流勵磁機勵磁直流勵磁機勵磁 勵磁繞組由小型直流發(fā)電機供電。勵磁繞組由小型直流發(fā)電機供電。2. 靜止整流器勵磁靜止整流器勵磁 交

14、流勵磁機交流勵磁機整流整流直流電直流電3. 旋轉(zhuǎn)整流器勵磁旋轉(zhuǎn)整流器勵磁 交流勵磁機交流勵磁機整流整流直流電直流電勵磁繞組。勵磁繞組。 由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。電刷電刷集電環(huán)集電環(huán)勵磁繞組。勵磁繞組。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）在中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機的容量在中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機的容量很大時，電機內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格很大時，電機內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外

15、重要，此時必須加強通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。外重要，此時必須加強通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。在大型汽輪發(fā)電機中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，在大型汽輪發(fā)電機中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，但是氫氣與空氣混合后，有爆炸危險，必須有一套控制設(shè)備來但是氫氣與空氣混合后，有爆炸危險，必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電機內(nèi)部。保證外界空氣不會滲入到電機內(nèi)部。目前在更大容量的發(fā)電機中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例目前在更大容量的發(fā)電機中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體（如圖），冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱如采用空心導(dǎo)體（如圖），冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這

16、樣能更有效地降低電機的溫升。所采用的冷卻介質(zhì)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(zhì)一般有氫氣一般有氫氣 及水等。及水等。 三、冷卻系統(tǒng)三、冷卻系統(tǒng) 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）u補充：超導(dǎo)體發(fā)電機補充：超導(dǎo)體發(fā)電機 近年來世界各國開始研制超導(dǎo)體氣輪發(fā)電機，它是巨近年來世界各國開始研制超導(dǎo)體氣輪發(fā)電機，它是巨型氣輪發(fā)電機的一種很有前途的型氣輪發(fā)電機的一種很有前途的冷卻方式冷卻方式。由于超導(dǎo)。由于超導(dǎo)狀態(tài)下電機繞組的電阻完全消失，從而徹底解決了電狀態(tài)下電機繞組的電阻完全消失，從而徹底解決了電機的溫升問題，也大大提高了電機的效率。所

17、謂超導(dǎo)機的溫升問題，也大大提高了電機的效率。所謂超導(dǎo)發(fā)電機是指常規(guī)發(fā)電機的勵磁繞組導(dǎo)線采用超導(dǎo)體或發(fā)電機是指常規(guī)發(fā)電機的勵磁繞組導(dǎo)線采用超導(dǎo)體或勵磁繞組與電樞繞組均采用超導(dǎo)體的發(fā)電機后者又叫勵磁繞組與電樞繞組均采用超導(dǎo)體的發(fā)電機后者又叫做全超導(dǎo)發(fā)電機。現(xiàn)各國研制的超導(dǎo)發(fā)電機大多數(shù)是做全超導(dǎo)發(fā)電機。現(xiàn)各國研制的超導(dǎo)發(fā)電機大多數(shù)是前者前者 。 世界首座高熱超導(dǎo)體氫發(fā)電廠世界首座高熱超導(dǎo)體氫發(fā)電廠20062006年年1111月在德國巴伐月在德國巴伐利亞一座水電廠安裝。這座發(fā)電廠由利亞一座水電廠安裝。這座發(fā)電廠由ZenergyZenergy電力公電力公司開發(fā)，裝機為司開發(fā)，裝機為1.251.25兆瓦。

18、據(jù)公司宣稱，氫發(fā)電機以兆瓦。據(jù)公司宣稱，氫發(fā)電機以ZenergyZenergy公司有名的高溫超導(dǎo)體材料制造，它能使機公司有名的高溫超導(dǎo)體材料制造，它能使機器效率提高到器效率提高到9898以上。以上。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）超群的超導(dǎo)磁體超群的超導(dǎo)磁體 由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得因此只需消耗極少的電能，就可以獲得1010萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強磁場。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場，需要消耗磁場。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體

19、，要產(chǎn)生這么大的磁場，需要消耗3.53.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。 超導(dǎo)磁體在電力方面的應(yīng)用：可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電超導(dǎo)磁體在電力方面的應(yīng)用：可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電機、磁流體發(fā)電機和超導(dǎo)輸電線路等。機、磁流體發(fā)電機和超導(dǎo)輸電線路等。超導(dǎo)發(fā)電機超導(dǎo)發(fā)電機在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機的在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機的磁場強度提高到磁場強度提高到5 5萬萬6 6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機便是交流超導(dǎo)發(fā)電機。超導(dǎo)發(fā)電機的單機發(fā)電容量比常發(fā)電機便是交流超導(dǎo)發(fā)電機。超導(dǎo)發(fā)電機的單機發(fā)電容量

20、比常規(guī)發(fā)電機提高規(guī)發(fā)電機提高5 51010倍，達倍，達1 1萬兆瓦，而體積卻減少萬兆瓦，而體積卻減少1/21/2，整機，整機重量減輕重量減輕1/31/3，發(fā)電效率提高，發(fā)電效率提高5050。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機同樣離不開超導(dǎo)強磁體的幫助。磁流體發(fā)電機同樣離不開超導(dǎo)強磁體的幫助。磁流體發(fā)電，是利用高溫導(dǎo)電性氣體（等離子體）作導(dǎo)體，并磁流體發(fā)電，是利用高溫導(dǎo)電性氣體（等離子體）作導(dǎo)體，并高速通過磁場強度為高速通過磁場強度為5 5萬萬6 6萬高斯的強磁場而發(fā)電。磁流體發(fā)萬高斯的強磁場而發(fā)電。磁流體發(fā)電機

21、的結(jié)構(gòu)非常簡單，用于磁流體發(fā)電的高溫導(dǎo)電性氣體還可電機的結(jié)構(gòu)非常簡單，用于磁流體發(fā)電的高溫導(dǎo)電性氣體還可重復(fù)利用。重復(fù)利用。 超導(dǎo)輸電線路超導(dǎo)輸電線路超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計，目前的銅器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%15%的電能損耗在輸電線路上，光是在中國，的電能損耗在輸電線路上，光是在中國，每年的電力損失即達每年的電力損失即達10001000多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個大型發(fā)電

22、廠。有專家預(yù)測，按現(xiàn)在的電價能相當(dāng)于新建數(shù)十個大型發(fā)電廠。有專家預(yù)測，按現(xiàn)在的電價和用電量計算，如果我國輸電線路全部采用超導(dǎo)電纜，則每年和用電量計算，如果我國輸電線路全部采用超導(dǎo)電纜，則每年可節(jié)約可節(jié)約400400億元。億元。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）圖：圖：75m 75m 、10.5kV/1.5kA10.5kV/1.5kA交流高溫超導(dǎo)電纜交流高溫超導(dǎo)電纜 云電集團、英納超導(dǎo)公司于云電集團、英納超導(dǎo)公司于20042004年完成年完成33m33m長、長、35kV/2kA35kV/2kA高溫超導(dǎo)交流電纜的開發(fā)，安裝在云南普吉變電站中運行。高溫

23、超導(dǎo)交流電纜的開發(fā)，安裝在云南普吉變電站中運行。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）四、額定值四、額定值1. 額定電壓額定電壓 UN ：線電壓的額定值。：線電壓的額定值。2. 額定電流額定電流 IN ：線電流的額定值。：線電流的額定值。3. 額定功率額定功率 PN ：輸出功率的額定值。：輸出功率的額定值。 三相同步電動機：三相同步電動機：PN =3 UNIN N N三相同步發(fā)電機：三相同步發(fā)電機：PN =3 UNIN N4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN ：額定運行時的轉(zhuǎn)速。：額定運行時的轉(zhuǎn)速。5. 額定頻率額定頻率 fN ： 50Hz。 電氣工程與自動

24、化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）一、三相隱極同步電動機的運行分析一、三相隱極同步電動機的運行分析1. 基本方程式基本方程式U1Uf If F0mFmU1 I1FamE1 電樞電樞 感應(yīng)感應(yīng)合成合成磁通勢磁通勢U1 = R1I1E E1E =j X I1 漏磁感應(yīng)電動勢：漏磁感應(yīng)電動勢： R1、X 定子每相繞組的電阻、漏電抗。定子每相繞組的電阻、漏電抗。5.3 三相同步電動機的運行分析三相同步電動機的運行分析R1I1 E 漏磁通漏磁通 E1E R1I1 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）( (勵磁電動勢不變勵磁電動勢

25、不變) )( (電樞反應(yīng)電動勢隨負載變化電樞反應(yīng)電動勢隨負載變化) ) 如果不計磁路飽和，則如果不計磁路飽和，則 Uf If F0m 0U1 I1 FamE0aEa E R1I1 E1= E0 + Ea U1 =E1+(R1 j X )I1 Ea =j Xa I1 Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗。U1 =E0EaE R1I1 疊加定理疊加定理忽略磁路飽和忽略磁路飽和 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）在同樣大小電流情況下在同樣大小電流情況下, ,如果如果 越大，電樞反應(yīng)越大，電樞反應(yīng)電勢也越大，表示著電樞磁勢所產(chǎn)生的電樞磁通電勢也越大，表示著電樞

26、磁勢所產(chǎn)生的電樞磁通很強。因此很強。因此 的大小可以說明電樞反應(yīng)的強弱。的大小可以說明電樞反應(yīng)的強弱。aXaX Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗。a1aEXI 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）U1 =E0(R1j X j Xa ) I1 U1 =E0(R1jXs ) I1 Xs = X Xa 同步電抗。同步電抗。一般：一般：R1 Xs ，忽略，忽略 R1 ，則，則 U1 =E0j Xs I1 2. 等效電路等效電路R1 jXs+U1I1 +E0 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）3. 相量圖相量圖U1

27、 =E0(R1jXs ) I1 U1(a) 電電感感性性I1 R1 I1jXsI1E0 功率因數(shù)角。功率因數(shù)角。 內(nèi)功率因數(shù)角。內(nèi)功率因數(shù)角。 已知：已知：E0 滯后于滯后于E1角角， U1 =E1(R1j X ) I1 因此因此E0 滯后于滯后于 U1角角。E1（忽略（忽略 R1 和和 X ）(b) 電電阻阻性性U1I1E0 jXsI1 R1 I1=(c) 電電容容性性U1I1 R1 I1 jXsI1 E0 = 感性取負感性取負容性取正容性取正 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）U1 =E0jXs I1 (a) 電電感性感性 U1 I1 jXsI

28、1 E0 如果忽略如果忽略 R1 ，則有，則有 同樣有關(guān)系同樣有關(guān)系 = (b) 電阻電阻性性 U1 I1 E0 jXsI1 =(c) 電電容性容性 U1I1 jXsI1 E0 001111:,:,() :.:EIUIEU 內(nèi)功率因數(shù)角是與的時間相位角 與電機參數(shù)及負載有關(guān)外功率因數(shù)角是與的時間相位角 與負載有關(guān)功率角 功角是與的時間相位角三者關(guān)系 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）大連理工大學(xué)電氣工程系二、三相凸極同步電動機的運行分析二、三相凸極同步電動機的運行分析 特點：氣隙不均勻。特點：氣隙不均勻。 同樣的同樣的(I1 )Fam 產(chǎn)生不同的產(chǎn)

29、生不同的a 對應(yīng)不同的對應(yīng)不同的 Xa 。 如果磁路不飽和：如果磁路不飽和： 將將 I1 分解為兩個分量。分解為兩個分量。 E0 I1 Iq Id 直軸分量：直軸分量：Id = I1 sin 交軸分量：交軸分量：Iq = I1 cos I1 = IdIq 雙反應(yīng)理論。雙反應(yīng)理論。 5.3 三相同步電動機的運行分析三相同步電動機的運行分析V1V2W2W1U1U2NSFam直軸直軸d交交軸軸qF0mE0 = j4.44 kw1 N1 f1 0 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）1. 基本方程式基本方程式 U1I1Uf IfF0m0E0U1 I1IdIq

30、FadFaqadaqEad Eaq E R1I1 U1 =E0EadEaqE R1I1 Ead =jXad Id Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗直軸電樞反應(yīng)電抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗。 Eaq =jXaq Iq E0E EadEaqR1 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）E =jXI1 I1 = IdIqU1 =E0 j Xad Idj Xaq Iqj XI1R1I1=E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 U1 =E0jXd IdjXq IqR1I1 Xd = XadX 直軸同步電抗。直軸同步電抗。 Xq =

31、 XaqX 交軸同步電抗。交軸同步電抗。 如果忽略如果忽略 R1，則，則U1 =E0jXd IdjXq Iq 交軸方向的氣隙大交軸方向的氣隙大adaqdqXXXX或 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）E0 I1 IqIdE0 I1 Iq Id j(XdXq)Id EQ 設(shè)虛擬電動勢設(shè)虛擬電動勢 EQ = E0j (XdXq ) Id 2. 等效電路等效電路(a) I1 滯后于滯后于E0 時時 jIdEQ(b) I1 超前于超前于E0 時時 jId 結(jié)論：結(jié)論： EQ 與與 E0 同相位。同相位。 U1 =E0R1I1jXd IdjXq IqjXq

32、IdjXq Id U1 =EQ(R1jXq )I1 j(XdXq)Id E0E0 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 隱極電動機可視為凸極電動機的特例：隱極電動機可視為凸極電動機的特例： Xd = Xq = Xs EQ = E0 R1 jXq +U1I1 +EQR1 jXs+U1I1 +E0 U1 =EQ(R1jXq )I1 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）3. 相量圖相量圖 設(shè)已知設(shè)已知 U1、I1、 、Xd、Xq 。 取取 U1 = U1 0o(1) 畫畫 I1 。 (2) 畫畫 R1I1 和和

33、j Xq I1 。 (3) 畫畫(EQ) ，確定，確定(E0)的方位。的方位。 (4) 由由 I1 分解出分解出 Id 和和 Iq 。 (5) 畫畫 j Xd Id 和和 j Xq Iq 。 (6) 畫畫 (E0)。 Id U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 U1 =EQ(R1jXq )I1 U1 =E0jXd IdjXq IqR1I1 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）(a) 電感性電感性(b) 電阻性電阻性Id U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 R1I1

34、Id U1 I1 jXqI1EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id jXq Iq E0 (c) 電容性電容性 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）U1 I1 jXqI1 EQ Id Iq jXd Id jXq Iq E0 忽略忽略 R1 時的相量圖時的相量圖(簡化相量圖簡化相量圖)(a) 電感性電感性jXq Iq U1 I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id E0 (b) 電阻性電阻性U1 =EQ jXq I1U1 =E0jXd IdjXq Iq EQ jXq IqE0

35、 U1I1 jXqI1IdIqjXd Id(c) 電容性電容性 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 由相量圖求得由相量圖求得 = 由簡化相量圖還可以求得由簡化相量圖還可以求得tan = U1sin XqI1 U1cos 電感性時取電感性時取“”，電容性時取，電容性時取“”。 Xd = E0U1cos IdXq = U1sin IqEQ jXq IqE0 U1I1 jXqI1IdIqjXd Id(c) 電容性電容性 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）5.4 三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動機的功率和

36、轉(zhuǎn)矩一、功率一、功率1. 輸入功率（不計勵磁功率）輸入功率（不計勵磁功率） P1 = 3U1I1cos 2. 電樞銅損耗電樞銅損耗 PCu = 3R1I123. 電磁功率電磁功率 Pe = P1PCu 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）U1I1R1I1 jXsI1E0 在隱極同步電動機中在隱極同步電動機中 Pe = 3E0 I1cos 在凸極同步電動機中在凸極同步電動機中 Pe = 3EQ I1cos 4. 空載損耗空載損耗 P0 = PFePmePad鐵損耗鐵損耗機械損耗機械損耗附加損耗附加損耗Id U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq

37、jXd Id jXq Iq E0 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）5. 輸出功率輸出功率 P2 = PeP06. 總損耗總損耗 Pal = PCuPFe PmePad7. 功率平衡方程式功率平衡方程式 P1 P2 = Pal 8. 效率效率 P1PCuPeP0P2 = 100% % P2P1 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）二、轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)矩1. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 T2 = TT04. 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩 2. 輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩3. 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T2 = P2= = 9.55P2n60

38、P22 nT = Pe= = 9.55Pen60 Pe2 nT0 = P0= = 9.55P0n60 P02 n 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）穩(wěn)定運行時穩(wěn)定運行時T2 = TL 忽略忽略T0， 則則 T=T2=TL 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）5.5 三相同步電動機的運行特性三相同步電動機的運行特性 運行特性運行特性 當(dāng)當(dāng) U1 = UN ，f1 = fN ， If = 常數(shù)時，常數(shù)時， I1 、T、 、 = f (P2) 的關(guān)系。的關(guān)系。 當(dāng)當(dāng) U1與與 E0 （即（即n 和和 If ）為

39、常數(shù)時：）為常數(shù)時： Pe = f () T = f () 功角特性功角特性 矩角特性矩角特性一、隱極同步電動機的功角特性和矩角特性一、隱極同步電動機的功角特性和矩角特性 如果忽略如果忽略 R1，則有，則有 U1sin = Xs I1 cos U1 I1 E0 jXsI1 感性感性 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）Pe = 3 sin U1E0XsT = 3 sin U1E0XsOPe / T 90o PeM(TM)當(dāng)當(dāng) = 90o 時時: Pe = PeM ，T = TM代入代入Pe和和T的公式，的公式，可得可得Pe = 3E0 I1cos將將

40、 U1sin = Xs I1 cos 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 電動機為電動機為電容性電容性時時 U1sin = Xq I1cos Xd Id = E0U1cos EQ = E0(Xd Xq)Id二、二、凸極同步電動機的功角特性和矩角特性凸極同步電動機的功角特性和矩角特性U1 I1 jXqI1 EQ jXd Id jXq Iq E0 電動機為電動機為電感性電感性時時 U1sin = Xq I1cos Xd Id = U1cos E0 EQ = E0(Xd Xq)IdU1 I1 jXqI1 EQ Id Iq jXd Id jXq Iq E0

41、 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）Pe代入代入P Pe e 和和T T 的公式可得的公式可得 3U1E0Xd = sin 1Xq ( ) sin2 3U1221Xd3U1E0Xd T = sin 1Xq+ ( ) sin2 3U1221XdPe = Pe PeT = T T Pe = 3E0 I1cos 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 討論：討論： (1)3U1E0Xd Pe = sin Pe E0 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵磁即，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵磁即 If 0 時存在。時存在。 (2)1XqPe = ( ) sin

42、2 3U1221XdPe 是由于是由于 Xd Xq 而引起的，與而引起的，與 If 是否存在無關(guān)。是否存在無關(guān)。 結(jié)論：結(jié)論：(1) Pe 使使 PeM 。(2) PeM 產(chǎn)生在產(chǎn)生在90o 處。處。(3) 功角特性與矩角特性功角特性與矩角特性 不再是正弦波。不再是正弦波。 基本分量。基本分量。 附加分量。附加分量。OPe / T 90o PeM(TM)PePePe 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 為了結(jié)構(gòu)上的簡單，在某些小容量同步電動為了結(jié)構(gòu)上的簡單，在某些小容量同步電動機的轉(zhuǎn)子上不安放直流勵磁繞組，因此轉(zhuǎn)子就不機的轉(zhuǎn)子上不安放直流勵磁繞組，

43、因此轉(zhuǎn)子就不能產(chǎn)生磁場，感應(yīng)電勢能產(chǎn)生磁場，感應(yīng)電勢 此時電動機的電磁此時電動機的電磁功率并不為零，仍有功率并不為零，仍有 00E2sin)11(2321dqeXXUP 有了電磁功率就有電磁轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子沒有了電磁功率就有電磁轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子沒有勵磁的凸極同步電動機也能旋轉(zhuǎn)。（附加分有勵磁的凸極同步電動機也能旋轉(zhuǎn)。（附加分量與勵磁狀態(tài)無關(guān)。）量與勵磁狀態(tài)無關(guān)。） 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）大連理工大學(xué)電氣工程系5.6 三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 同步電動機的主要優(yōu)點同步電動機的主要優(yōu)點 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) c

44、os 90o 90o (純電容性純電容性) (純電感性純電感性) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 改變改變 cos 的原理的原理 以隱極同步電動機為例，并忽略以隱極同步電動機為例，并忽略 R1 和和 T0。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 時，時，U1、f1、TL都不變，則都不變，則 T 和和 Pe 不變，不變，即即 T 和和 P1 不變。不變。根據(jù)：根據(jù)：Pe = 3 sin U1E0Xs =P1= 3U1I1cos 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）可得如下關(guān)系：可得如下關(guān)系： E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù)另一方面另一方面: 因此，改變因此，改變 If

45、 而使而使E0 改變時，改變時，I1、 和和 均要改變。均要改變。當(dāng)當(dāng) If E0 。當(dāng)當(dāng) If E0 。U1 =E0j Xs I1U1jXsI1E0 E0 aajXsI1I1bbE0 jXsI1I1 I1O 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）(1) 正常勵磁正常勵磁 當(dāng)當(dāng) If = If0 時，時， I1 與與U1 同相，同相， = 1, 電機呈電阻性。電機呈電阻性。 (2) 欠勵磁欠勵磁 當(dāng)當(dāng)If If0時，時， I1 (I1 ) 滯后于滯后于U1， 電機呈電感性。電機呈電感性。 If ，感性程度，感性程度 。U1jXsI1E0 E0 aajX

46、sI1I1bbE0 jXsI1I1 I1O(3) 過勵磁過勵磁 當(dāng)當(dāng) If If0 時，時， 電機呈電容性，電機呈電容性， If | | ， 容性程度容性程度 。 I1 (I1) 超前于超前于U1， 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）通常同步電動機多在過勵狀態(tài)下運行，以便從通常同步電動機多在過勵狀態(tài)下運行，以便從電網(wǎng)吸收超前電流（即向電網(wǎng)輸出滯后電流）電網(wǎng)吸收超前電流（即向電網(wǎng)輸出滯后電流），改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。即調(diào)節(jié)勵磁電流，就可以改變電網(wǎng)的功率因數(shù)。即調(diào)節(jié)勵磁電流，就可以改變電網(wǎng)的功率因數(shù)。.當(dāng)勵磁電流當(dāng)勵磁電流 If 由

47、小到大變化時，定子電流由小到大變化時，定子電流 I1 從從大大 小小 大。大。滯后滯后超前超前 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） 同步電動機的同步電動機的 V 形曲線形曲線 當(dāng)當(dāng) U1 = UN、f1 = f N、TL 不變時：不變時： I1 = f (If )OI1IfP2P2欠勵欠勵 過勵過勵 If0cos =1 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）調(diào)節(jié)同步電動機的勵磁電流，可改變其定子電流的無功調(diào)節(jié)同步電動機的勵磁電流，可改變其定子電流的無功分量和功率因數(shù)，這是同步電動機一種天賦的可貴特性。分量和

48、功率因數(shù)，這是同步電動機一種天賦的可貴特性。我們知道，感應(yīng)電動機必須從電網(wǎng)吸收激磁電流來建立我們知道，感應(yīng)電動機必須從電網(wǎng)吸收激磁電流來建立磁場，所以現(xiàn)代電網(wǎng)的功率因數(shù)經(jīng)常是滯后性的。而同磁場，所以現(xiàn)代電網(wǎng)的功率因數(shù)經(jīng)常是滯后性的。而同步電動機在過勵時，能夠從電網(wǎng)吸入超前電流。因此，步電動機在過勵時，能夠從電網(wǎng)吸入超前電流。因此，如將同步電動機在過勵狀態(tài)下和感應(yīng)電動機接在同一電如將同步電動機在過勵狀態(tài)下和感應(yīng)電動機接在同一電網(wǎng)上，網(wǎng)上，便可以使供電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高。便可以使供電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高。據(jù)報道，我國每年因無功分量過大造成的線損高達據(jù)報道，我國每年因無功分量過大造成的線損高達15%1

49、5%左左右，折成可變線損電量約為右，折成可變線損電量約為12001200億億kwhkwh，如果用無功補償，如果用無功補償將電網(wǎng)功率因數(shù)從將電網(wǎng)功率因數(shù)從0.850.85提高到提高到0.950.95，則每年可降低線損，則每年可降低線損約約240240億億kwhkwh。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）國家供用電規(guī)則規(guī)定：國家供用電規(guī)則規(guī)定： 無功電力應(yīng)就地平衡，用戶應(yīng)在無功電力應(yīng)就地平衡，用戶應(yīng)在提高用電提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和裝置無功補償自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和裝置無功補償設(shè)備，設(shè)備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或并做到隨其負

50、荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功倒送。還規(guī)定切除，防止無功倒送。還規(guī)定用戶的功率因數(shù)用戶的功率因數(shù)應(yīng)達到相應(yīng)的標準（應(yīng)達到相應(yīng)的標準（ ），否則供電，否則供電部門可以拒絕供電。因此，無論對供電部門還部門可以拒絕供電。因此，無論對供電部門還是用電部門，對無功功率進行自動補償以提高是用電部門，對無功功率進行自動補償以提高功率因數(shù)，防止無功倒送，從而節(jié)約電能，提功率因數(shù)，防止無功倒送，從而節(jié)約電能，提高運行質(zhì)量都具有非常重要的意義。高運行質(zhì)量都具有非常重要的意義。 85. 0COS 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）功率因素補償問題功率因素補償問題問

51、題與討論問題與討論同步調(diào)相機：同步調(diào)相機： 同步電動機工作于過勵狀態(tài)，同步電動機工作于過勵狀態(tài)，可以使同步電機向電網(wǎng)可以使同步電機向電網(wǎng)“送出送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。的功率因數(shù)。同步電動機的突出優(yōu)點就是可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)同步電動機的突出優(yōu)點就是可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)功率因數(shù)，可以使功率因數(shù)高到功率因數(shù)，可以使功率因數(shù)高到1.01.0甚至超前，在一個工廠中只需要有甚至超前，在一個工廠中只需要有少數(shù)幾臺大容量恒轉(zhuǎn)速的設(shè)備（例如風(fēng)機、水泵、壓縮機等）采用同步少數(shù)幾臺大容量

52、恒轉(zhuǎn)速的設(shè)備（例如風(fēng)機、水泵、壓縮機等）采用同步電動機，就足以改善全廠的功率因數(shù)。電動機，就足以改善全廠的功率因數(shù)。異步電動機同步化：異步電動機同步化： 異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同異步電動機同步化步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機的直流勵磁電流，使其呈。因而只要調(diào)節(jié)電機的直流勵磁電流，使其呈過勵過勵狀態(tài)，即能狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無功，從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。向電網(wǎng)輸出無功，從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的

53、。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）R1 jXs+U1I1 +E0+U1 R1 jXs I1E0三相隱極同步發(fā)電機三相隱極同步發(fā)電機三相隱極同步電動機三相隱極同步電動機 U1 = E0(R1j Xs ) I1 U1 =E0(R1jXs ) I1 5.8 三相同步發(fā)電機的運行分析三相同步發(fā)電機的運行分析一、三相隱極同步發(fā)電機的運行分析一、三相隱極同步發(fā)電機的運行分析 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） R1 jXq +U1I1 +EQI1 R1 jXq +U1EQ 三相凸極同步發(fā)電機三相凸極同步發(fā)電機三

54、相凸極同步電動機三相凸極同步電動機U1 = EQ（R1j Xq ) I1 U1 =EQ(R1jXq )I1 二、三相凸極同步發(fā)電機的運行分析二、三相凸極同步發(fā)電機的運行分析 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）P1P0PePCuP2P1PCuPeP0P2三相同步發(fā)電機三相同步發(fā)電機P2 = 3U1I1cos T1 = T + T0三相同步電動機三相同步電動機P2 = 3U1I1cos T2 = TT05.9 三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）電樞反應(yīng)：

55、電樞磁動勢電樞反應(yīng)：電樞磁動勢(定子定子)對主極磁場對主極磁場 (轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子)的影響。的影響。電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，除直接關(guān)聯(lián)到機電能量轉(zhuǎn)換電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，除直接關(guān)聯(lián)到機電能量轉(zhuǎn)換外，還有外，還有去磁去磁或或增磁增磁作用，對同步電機的運行性能產(chǎn)生重要作用，對同步電機的運行性能產(chǎn)生重要的影響。的影響。電樞反應(yīng)的性質(zhì)主要決定于勵磁（空載）電動勢電樞反應(yīng)的性質(zhì)主要決定于勵磁（空載）電動勢 和電樞和電樞負載電流負載電流 之間的相位差之間的相位差 （稱為內(nèi)功率因數(shù)角）（稱為內(nèi)功率因數(shù)角） 。I0E三相同步電機的電樞反應(yīng)三相同步電機的電樞反應(yīng) 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章

56、（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）這個結(jié)論十分重要，它對同步電機性能的影響將在后面提到。這個結(jié)論十分重要，它對同步電機性能的影響將在后面提到。IdI0EqIfFaFadFaqFfIdIqIfFaFaqFadF0Ef有直軸去磁去磁電樞反應(yīng)。時，900(輸出感性或純電阻性電流) ，有直軸增磁增磁電樞反應(yīng)。時，090(輸出容性電流)， 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）5.10 三相同步發(fā)電機的運行特性三相同步發(fā)電機的運行特性一、外特性一、外特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，If、 = 常數(shù)時，常數(shù)時，U1L 與與 I1L 的關(guān)系，的關(guān)系， 即即 U1L = f

57、 (I1L)。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If，使，使 I1L= IN、 = N、U1L = UN 時，時， If = IfN。OU1LI1Lcos = 0.8 ( 0)cos = 0.8 ( 0)cos =1UNINVR = 100% E0UNP UNP電壓調(diào)整率：電壓調(diào)整率： 保持保持 nN、 N、IfN 時，時， 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）二、調(diào)節(jié)特性二、調(diào)節(jié)特性 保持保持 n = nN、U1L = UN、 = N 時，時， If 與與 I1 的關(guān)系，的關(guān)系，即即 If = f ( I1 )。OIf I1cos = 0.8 ( 0)cos = 0.8

58、( 0)cos =1三、功角特性三、功角特性 功角特性：保持功角特性：保持 n、If 、U1 不變時，不變時，Pe 與與 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 Pe = f ( ) 。 矩角特性：保持矩角特性：保持 n、If 、U1 不變時，不變時，T 與與 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 T = f ( ) 。 上述關(guān)系與同步電動機的關(guān)系相同。上述關(guān)系與同步電動機的關(guān)系相同。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）5.11 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行 并聯(lián)運行的優(yōu)點并聯(lián)運行的優(yōu)點(1) 提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標。提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標。(2) 減少發(fā)電

59、廠備用機組的容量。減少發(fā)電廠備用機組的容量。(3) 提高電能供應(yīng)的可靠性。提高電能供應(yīng)的可靠性。(4) 提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。提高電能供應(yīng)的質(zhì)量。一、并聯(lián)運行的條件一、并聯(lián)運行的條件 相序一致、頻率相同、電壓相等。相序一致、頻率相同、電壓相等。 以避免電網(wǎng)與發(fā)電機之間產(chǎn)生大的沖擊電流以避免電網(wǎng)與發(fā)電機之間產(chǎn)生大的沖擊電流 和在發(fā)電機軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。和在發(fā)電機軸上產(chǎn)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩。 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉） U U1A S U1B1. 電壓相等電壓相等 如果如果則則U1AU1B U = U1AU1B 0 2. 頻率相等頻率相等如果：如果

60、： A BU1AU1B A B U = 0 2U1U1AU1BU1AU1B UU1AU1B UU1AU1B U 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第第5章（作者：賀曉蓉）章（作者：賀曉蓉）U1BUU1BVU1BW3. 相序相同相序相同 如果相序不同，如果相序不同，則則 UU = 0 UV = U1A VU1BV UW = U1AWU1BW U1AUU1AVU1AW UV UW二、并聯(lián)運行的方法二、并聯(lián)運行的方法 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) E0 ；調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié) n 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) f 。1. 理想同步法（準同步法）理想同步法（準同步法）2. 自同步法自同步法 電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系 第