专升本《电机学》同步电机部分ppt课件.ppt

沈阳工程学院2013专升本电机学课程辅导讲义（同步电机部分）王东瑞编考纲：四 、 同步发电机1. 掌握同步发电机的基本工作原理和额定值。v主要知识点：v（一）同步发电机的基本工作原理 v（二）按转子结构分为两类 隐极式隐极式 凸极式凸极式 考纲：四 、 同步发电机1. 掌握同步发电机的基本工作原理和额定值。v主要知识点：v（三）同步发电机的结构 v（1）定子（电枢）（2）转子v（四）同步发电机的额定值v（1）PN （2）UN （3）IN （4）cosNNNNNIUP cos3 额定值关系：额定值关系： v例题v1.我国大型汽轮发电机的极数为（2），转子转速为（3000）r/min。 v2.同步发电机的转速n与频率f会严格的满足（ 正比 ）关系v3.一台QFS-300-2的汽轮发电机，额定运行时会发出多少（ 300000 ）kw的功率。考纲：2. 掌握同步发电机的电枢反应的性质及对电机的影响、同步发电机的电磁关系、运行特性及参数求取的方法。主要知识点：(一)电枢反应的性质和影响内功率因数角内功率因数角电枢反应性质电枢反应性质电枢反应的效应电枢反应的效应=0交轴交轴 使气隙磁场轴线偏移，幅值增大使气隙磁场轴线偏移，幅值增大=90直轴去磁直轴去磁 使气隙磁场削弱，电枢端电压降使气隙磁场削弱，电枢端电压降低低=-90直轴助磁直轴助磁 使气隙磁场增强，电枢端电压升使气隙磁场增强，电枢端电压升高高090交轴及直轴去磁交轴及直轴去磁 使气隙磁场轴线偏移，幅值减小，使气隙磁场轴线偏移，幅值减小， 电枢端电压降低电枢端电压降低-900）后,端电压为什么会下降?v答：磁路：带0的对称负载电枢反应的性质有直轴去磁作用故端电压下降。 电路：带0的对称负载由于电机本身有阻抗压降的影响使端电压下降。 考纲：3. 掌握并列的条件、功角特性及功率调节的方法和原理，掌握静态稳定的判定方法及V 形曲线。主要知识点：（一）准同步并列必须满足的条件1.待并发电机的电压与电网电压大小相等；2.待并发电机电压相位与电网电压相位相同；3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同； 4.待并发电机的相序与电网的相序相同。（二）同步发电机的功角特性凸极电机：凸极电机：2112202sinxxUmsinxUEmcosmUIPPdqdem隐极电机隐极电机sinxUEmcosmUIPtem0（三）掌握功角的双重物理意义（四）有功调节的方法 并联于无穷大电网的同步发电机要调节有功功率输出，只并联于无穷大电网的同步发电机要调节有功功率输出，只需调节原动转矩。在功率极限角范围内，输入转矩越大，有功需调节原动转矩。在功率极限角范围内，输入转矩越大，有功功率输出就越大。功率输出就越大。1 1、是电动势、是电动势 和电压和电压 间的时间相位角间的时间相位角; ;0EU2 2、是感应电动势、是感应电动势 的主磁通和产生电压的主磁通和产生电压 的定子等效合成的定子等效合成磁通之间的夹角。磁通之间的夹角。0EU0u（五）静态稳定（六）过载能力 静态稳定的判据：静态稳定的判据：比整步功率(kW/rad)0ddPPemsyn对汽轮发电机，对汽轮发电机，比整步功率为比整步功率为cosxUEmddPPtemsyn0最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。最大电磁功率与额定功率的比值称为过载能力。汽轮发电机的过载能力汽轮发电机的过载能力NNttNmaxemMsinsinxUEmxUEmPPk100（七）无功功率的调节和V形曲线无功功率的调节方法：从能量守恒观点看，并网运行的同步发无功功率的调节方法：从能量守恒观点看，并网运行的同步发电机调节无功功率，不需调节原动机来的输入功率，只需改变电机调节无功功率，不需调节原动机来的输入功率，只需改变励磁电流。励磁电流。注意：注意：调节无功时不影响有功功率的输出调节无功时不影响有功功率的输出,但是调节有功时影但是调节有功时影响无功功率输出响无功功率输出.汽轮发电机无功功率的功角特性汽轮发电机无功功率的功角特性ttxUmcosxUEmsinmUIQ20调节方式：1.1.正常励磁正常励磁0010Q,P,cos,UI0EtxI j2.2.过励磁过励磁01E1txI j11I)Q(QP),(cos,CL或吸发滞后003.3.欠励磁欠励磁txI j202E22I)Q(QP),(cos,LC或吸发超前00303E3ItxI j3常数常数cossin20mUIPXUEmPtem保持有保持有功不变功不变 V形曲线：（隐极机）（隐极机）2.2.不稳定区域边缘：不稳定区域边缘：=90=900 0，连线向右倾斜连线向右倾斜; ;1.1.每条曲线的最低点每条曲线的最低点, , ,定子电流最小定子电流最小, ,且全为有功电流且全为有功电流，这些点的这些点的连线向右倾斜；连线向右倾斜；1cos3.3.励磁电流从零开始增大时，定子电枢电流变化规律为先减小励磁电流从零开始增大时，定子电枢电流变化规律为先减小后增大。后增大。表明输出有功功率越多，维持稳定所需的励磁电流也越大。表明输出有功功率越多，维持稳定所需的励磁电流也越大。v例题：1. 同步发电机准整步法投入并联运行的理想条件是什么？其中哪个条件必须严格满足？ v【答】：并联运行的理想情况是： 发电机的端电压和电网电压大小相等、相位相同； 发电机的频率和电网频率相等； 发电机的电压相序和电网的电压相序相同。其中必须严格满足，否则不允许并联运行。v2. 同步发电机功角的双重物理意义：一是（ ）和（ ）的时间相角差；二是（ ）和（ ）的空间夹角v3.并联于无穷大电网的汽轮发电机增加有功功率输出，保持无功功率不变，应调节（输入转矩 ）和（ 励磁电流 ），前者应（ 增大 ），后者应（ 增大 ）（后两个空填增加或减少）。v4并联于无穷大电网的同步发电机，运行于过励磁状态时，保持原动机输出功率不变，增加励磁电流，则定子电流（ 增大 ）、功角（ 减小 ）、功率因数（ 减小 ）。 U0E0uv5.并联于无穷大电网的同步发电机有功输出越大，功角越大，电机的静稳定性越好。 （ 错 ） v6.同步发电机欠励时比过励时运行稳定，轻载时比重载时运行稳定。 （ 错 ） v7.将同步发电机V形曲线族的最低点连接起来，得到的是一条v 的稍向右倾的曲线，请说明原因。以该曲线为基准，右侧和左侧分别是发电机的什么状态？v【答】：将同步发电机V形曲线族的最低点连接起来，得到的是一条 v 的稍向右倾的曲线。这是因为随着有功功率输出的增加，要保持 ，必须相应地增加励磁电流。以该曲线为基准，右侧为过励运行状态，左侧为欠励运行状态。1cos1cos1cosv8.并联于无穷大电网运行的汽轮同步发电机，运行于过励磁状态。欲保持有功功率输出不变，增加无功功率输出，应如何调节？并作出调节前、后的相量图。 增加励磁电流.1oE0EUI1I9. 一台与无穷大容量电网并联运行的汽轮发电机，其SN=31250kVA，UN=10.5kV，Y接线，cosN=0.8（N 0o），X t=7（Ra=0），试问： （1）发电机在额定状态运行时的功角 N电磁功率Pem，比整步功率P syn及静态过载能力k M各为多少？ （2）若维持上述励磁电流不变，但输出有功功率减半时， 、Pem、Psyn及cos将为多大？ （3）在原额定运行状态下，将励磁电流增大10%（不计饱和）时，、Pem、cos及I将为多大？ 额定功率因数： 额定相电压： 空载相电动势： 功角： AAUSINNN3 .17185 .10331250387.368 . 0arccosN93.35VVUUN01786062031050003.93.3593.16398787.363 .1718178.6062*0jjUXIEtN解：（1）额定电流 电磁功率： 比整步功率： 过载能力： （2）电磁功率： kWkWNNemSP250008 . 031250cosradMWUmNtsynXEP/5 .3493.35cos7178.606293.163983cos0704. 193.35sin1sin1tMKkWkWPPemem12500102500021213 功角： 比整步功率： 无功功率：sin7178.606293.163983sin0XEPtemUm06.17radMWradMWUmXEPtsyn/8 .40/06.17cos7178.606293.163983cos0var9 .24980var7178.6062306.17cos7178.606293.163983cos220kkXUmXUEmttQ 功率因数： （3）电磁功率： 功角： 无功功率： 45. 0125009 .24980arctancosarctancoscosPemQsin7178.606293.1639831 . 1sin1 . 10 XEPtemUmkWPPemem10250003 2 .32 功率因数： 定子电流： var9 .23907var7178.606232 .32cos7178.606293.1639831 . 1cos1 . 1220kkXUmXUEmttQ 72. 0250009 .23907arctancosarctancoscos PemQAAUPIem2 .190972. 0178.606231025000cos33 考纲：4. 了解磁链守恒定律，掌握三相突然短路时的各电抗的意义及大小关系及突然短路电流对电机的影响，了解不对称运行的分析方法及对电机的影响，了解失磁、振荡的物理过程、表计的变化及对电机的影响。v主要知识点：（一）突然短路v电抗大小关系：励磁绕组感应电流励磁绕组感应电流衰减结束衰减结束阻尼绕组感应电流阻尼绕组感应电流衰减结束衰减结束突然短路瞬间突然短路瞬间突然短路突然短路过渡过程过渡过程稳稳 态态瞬瞬 态态超瞬态超瞬态衰减衰减时间常数时间常数短路电流短路电流衰减值衰减值短路短路电流电流短路短路状态状态dsXEI 0dsXEI 0dsXEI0 ssII ssII fffRLT DDDRLT XXXXddd v（二）不对称运行v不对称运行对发电机的影响v1引起转子表面发热引起转子表面发热 2引起发电机振动引起发电机振动v减小负序磁场的方法：减小负序磁场的方法：在同步发电机的转子上装设在同步发电机的转子上装设阻尼绕组，它能够起到削弱负序磁场的作用，从而阻尼绕组，它能够起到削弱负序磁场的作用，从而提高发电机承受不对称负载的能力。提高发电机承受不对称负载的能力。不对称原因：不对称原因：单相负载较大时单相负载较大时.发生不对称短路发生不对称短路. 分析方法：分析方法：对称分量法：三相不对称量对称分量法：三相不对称量正序正序负序负序零序零序分别求解，然后叠加。分别求解，然后叠加。v（三）失磁与振荡（三）失磁与振荡v失磁运行的不良影响：励磁绕组、阻尼绕组励磁绕组、阻尼绕组及转子铁心中感应出交流电流，产生附加损及转子铁心中感应出交流电流，产生附加损耗，发热；失磁后发电机从系统吸取感性无耗，发热；失磁后发电机从系统吸取感性无功，使电力系统出现无功不足。功，使电力系统出现无功不足。v抑制振荡方法：抑制振荡方法：在转子表面上装设阻尼绕组，在转子表面上装设阻尼绕组，相当于笼型转子，会产生异步转矩。相当于笼型转子，会产生异步转矩。v例题：1.同步发电机下列关系正确的是（ 2 ）。v（1）； （2）； v（3）； （4）。XXXXddd XXXXddd dddXXXX XXXXddd 2当具有阻尼绕组的三相同步发电机突然短路电流最大时，此时同步发电机的同步电抗为（ 1 ）（1）直轴次暂态同步电抗 （2）直轴暂态同步电抗 （3） 直轴同步电抗 （4） 漏抗dX dXXdX3.同步发电机装设阻尼绕组，可以（ 2 ）（1）削弱负序磁场，减小振荡，使突然短路电流增大（2）削弱负序磁场，减小振荡，使突然短路电流减小（3）增强负序磁场，加大振荡，使突然短路电流增大（4）增强负序磁场，减小振荡，使突然短路电流减小