技能培训专题 同步电机.doc

28.6.2 同步发电机的功率和转矩平衡方程 同步发电机的功率流程如图所示。为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗 ，另一部分供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗,为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率 。如果是负载运行，定子绕组中还存在定子铜耗，＝－就是发电机的输出功率。同步发电机的功率平衡方程式为 定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，则有 转矩平衡方程式： 28.6.3 同步发电机的功角特性 ◆为内功率因数角，定义为功角。它表示发电机的励磁电势 和端电压之间相角差。功角对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。 ◆图中画出了同步电机的时空相量图。图中忽略了定子绕组的漏磁电势，认为≈+，对应于转子磁势，对应于电枢磁势，所以可近似认为端电压由合成磁势=+所感应。 和之间的空间相角差即为和之间的时间相角差 。 ◆可见功角在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运行时，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势的角速度决定。稳定运行时，和之间无相对运动，具有固定的值。 28.6.3.1 隐极同步发电机的功角特性 功角特性指的是电磁功率随功角d变化的关系曲线=f(d)的。 隐极电机 最大功率与额定功率的比值定义为同步发电机的过载能力。对隐极电机来说 28.6.3.2凸极同步发电机的功角特性 凸极电机 令可以求出对应于最大电磁功率的功角,一般来说凸极电机的在45～90之间。 28.6.4有功功率调节与静态稳定（以隐极电机为例，忽略饱和影响和电枢电阻，电网电压频率恒定） 28.6.4.1有功功率调节 当发电机并入电网但不输出有功功率时，功角，，，即原动机输入的功率与各种损耗守恒。此时电机中的电流是无功电流。 以为参考相量，无功电流滞后90度。与同相位，滞后90度 如果增加原动机输入功率，则，电机加速，转子直轴磁势超前于气隙磁蜜，。此时， ，且超前一个相角，当，使，发电机转子不再加速，说明原动机输入的功率与电磁功率和损耗功率平衡，电机将机械功率转变成电功率输出。换句话说，要想增加发电机的输出功率，就必须增加原动机的输入功率，使电机的功率角增大。但是当时，若继续增加输入功率，电机将失去自身平衡状态，导致电机失步。就是说原动机的输入功率不能无限制的增加，电机自身存在着静态稳定的问题。 28.6.4.2静态稳定 概念：电网或原动机偶然发生微小扰动时，当扰动消失后，发电机能恢复原来的稳定同步运行状态，则称为静态稳定。 判断方法：假设原动机输入有效功率为PT=P1-∑p，发电机产生的制动性质的电磁功率为Pem，此刻出现一个扰动，使输入功率增加ΔPT，从功角曲线上可以判断电磁功率也增加ΔPem，使得，电机将减速回到A点。 反之，电机运行出现扰动时，导致输入的有效功率大于输出的电磁功率，电机不能恢复稳定运行。 后，电磁功率为负值，产生拖动性质的转矩，是同步电动机运行状态。 隐极同步电机，功率角在0~90为稳定运行区，90~180为不稳定运行区。 同步电机稳定判据：；即功角增量大于零时，电磁功率增量也要大于零。 如果，称为该点为 静态稳定极限点；发电机不能稳定运行 整步功率系数： 整步转矩系数： 静态过载系数： 要求kM>1.7 28.6.5 无功功率调节和V形曲线 同步发电机与电网并联后，不但要向电网供给有功功率，而且还有与电网进行的无功功率的交换。同步发电机要增加输出的有功功率，必须增加原动机的输入功率；本节将讨论的是，同步发电机要调节输出的无功功率，不需要调节原动机的输入功率，只要调节发电机励磁。 仍然以隐极电机为例分析： U=电网电压，忽略电枢电阻，不计饱和影响，P2=constant, Pem=constant，只调节励磁电流，分析定子电流的变化。 常数 常数 忽略电枢电阻有Pem=P2，即常数， 即可以根据此式分析If or E0对I的影响。 根据隐极电机电势方程式，画出相量图。 通过调节励磁电流调节无功功率得方法分以下几种情况讨论： （1） U与I同相位 cosφ=1, （2） 增加励磁电流 （3） 减小励磁电流 （4） 再减小励磁电流 28.7 同步电动机的运行特性 28.7.1 同步电动机的电势方程式和相量图 按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功功率的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机为例： 同步