2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路一、电动势方程电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系令电动势平衡方程--同步电抗
表征在对称负载下，单位三相电流产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。二、等效电路和相量图等效电路相量图
根据相量图可求出当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为简化等效电路,对应的相量图称为简化相量图思考题
分别作出汽轮同步发电机带阻性、纯感性、纯容性、电感性、电容性负载时的简化相量图？并说明各种情况下电枢反应的性质？3同步发
电机特性一、空载特性定义：空载特性是发电机的基本特性之一。它一方面表征了磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特性
、零功率因数负载特性配合，可确定电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。实际生产中，它还可以检查三相电枢绕组的对称性
、匝间短路、判断励磁绕组和定子铁心有无故障等。二、短路特性定义：短路时的等效电路短路特性曲线短路特性与空
载特性配合可以求出电机的同步电抗。三、外特性定义：外特性曲线当发电机带阻性和感性负载时，外特性是下降的，原因
是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降.带容性负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原
因是电枢反应的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。四、调节特性定义：调整特性曲线在感性和阻性负载时，随着负载电
流的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压恒定；对容性负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电流。
在功率因数一定情况下,根据调整特性曲线,可确定在负载变化范围内,维持电压不变所需的励磁电流的变化范围。运行
人员可利用调整特性曲线,使系统中无功功率的分配更合理一些。并联运行的含义4.8.5同步电机的并联运行1、提高供电的可靠性；
2、提高供电的经济性；3、提高电能的质量。无穷大电网的含义将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或
通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。并联运行的优点并列方法1.准同期法2.自同期法1并联运行的
条件一、准同期并列的条件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相同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。上述条件（4）一般在安装
发电机时，根据发电机的转向确定了发电机的相序而满足，因此运行人员在并列时只需调节发电机使其满足其它三个条件即可。不
满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。重点内容(1)电压大小不等此时,ab两端有电位差
在电位差的作用下发电机产生冲击电流，即冲击电流为无功分量，不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的冲击力，
使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。(2)相位不同电位差可达发电机电压的两倍，若此时并列，会产生很大的冲击电流
，发电机会因遭受巨大的冲击力而损坏。冲击电流的影响：1)电枢绕组端部受力变形;2)转轴上受冲击转矩的作用,使机轴扭曲变形;３
)电枢绕组发热.此时,ab两端有电位差(3)频率不同转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动。拍振电流使
电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。频率差过大电机不能并列；频率差较小时，靠自整步作用，可以把发电机拉入同步。
(4)相序不同发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差，如△U不超过10%，相位差不超过1
0%，频率偏差不超过0.2%~0.5%（0.1~0.25Hz)。二、自同期法相序正确前提下，起动未加励磁的发电机，
当其转速接近同步速时，合上同步开关，将发电机并网，然后加上发电机励磁将发电机牵入同步。并网前，励磁绕组需经限流电阻闭合。2有功
功角特性及有功功率调节4.8.5同步电机的并联运行一、功率和转矩平衡输入功率P1机械损耗pmec附加损耗pad铁
损pFe电磁功率Pem定子铜损pcu1输出功率P2可得转矩平衡方程为或上式说明，电机稳定运行时，驱动
性质的原动机转矩与制动性质的电磁转矩和空载转矩之和平衡。二、有功功率功角特性定义：并联于无穷大电网的同步发电机
，当电网电压和频率一定、参数（）为常数、空载电动势不变（即不变）时，为有
功功率功角特性。凸极发电机的有功功率功角特性隐极发电机的有功功率功角特性水轮发电机有功功率功角特性曲线水轮发电机的
有功功率功角特性分两部分:附加电磁功率的特点:汽轮发电机的功角特性曲线汽轮发电机的有功功率功角特性的特点:1、是电动势
和电压间的时间相位角;或称是励磁磁势和合成磁势间的空间夹角。2、是感应电动势的主磁通和产生电压的电枢
等效假想磁通之间的夹角。功角的双重物理意义4.8同步电机4.8.1同步电机的基本工作原理与结构4.8.2
同步发电机的空载运行4.8.3同步发电机的电枢反应4.8.4同步发电机的负载运行4.8.5同步发电机的并联运行4
.8.6同步电动机和同步调相机同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速机时得名。同步电机主要用作发电机
，也可用作电动机和调相机。本节主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性，简要分析同步电动机和调相机的运行状态。4.8.1同步电
机的基本工作原理与结构1同步电机的基本结构以汽轮发电机为例:定子铁心：硅钢片叠成。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度
。电枢绕组：三相对称绕组——铜线制成定子(电枢)转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环：保护励磁绕组受离心力时不
甩出励磁绕组：铜线制成滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动转子机械端口转子
定子绕组定子铁心电端口ABC汽轮发电机结构（1）定子铁心汽轮发电机结构水轮发电机结构(1)立式水轮发
电机(2)卧式水轮发电机水轮发电机结构转子结构10000kW水轮机转子发电环节——各种电机
引进600MW汽轮发电机国产300MW汽轮发电机国产200MW汽轮发电机定子国产200MW汽轮发电机定子铁心现
场运行的水轮发电机4.8.1同步电机的基本工作原理与结构2同步电机的基本工作原理与分类一、同步发电机的基本工作原理大小：
频率：励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电动势
.相序：由转子的转向决定。波形：由可知，波形取决于的空间分布。U2U1W2V
1W1V2发电机的物理过程可用图示表示二、同步电机的分类按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。按结构型式，同步
电机分旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮
发电机和柴油发电机等。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转
速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。3同步电机的额定值对同步发电机额定值之间关系为：额定运行时加在三相定
子绕组上的线电压。指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电
动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机用KVA或Kvar表示。在额定运行状态下三相定子绕组的线电流.
4.8.2同步发电机的空载运行电磁关系：空载特性：同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流电流
，定子绕组开路的运行称为空载运行。空载电动势大小：4.8.3同步电机的电枢反应电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势
的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应.电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波和励磁磁动势基
波之间的相对位置，即与空载电动势和电枢电流之间的夹角有关.励磁磁势和电枢磁势的区别由电流相序决定由原动机决
定转向由磁极对数和电流频率决定由电流瞬时值决定恒定，由电枢电流决定正弦波电枢反应磁动势由原动机的转速决定由转子位置
决定恒定，由励磁电流决定正弦波励磁磁动势转速位置大小基波波形1时的电枢反应d轴q轴U
轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴电枢反应性质：交轴电枢反应空载电动势和电枢电流同
相位.d轴q轴U轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴2时的电枢反应空载
电动势超前电枢电流电枢反应性质：直轴去磁电枢反应d轴q轴U轴U1U2W2V1W1V2N
SW轴V轴3时的电枢反应空载电动势滞后电枢电流电枢反应性质：直轴助磁电枢反应
d轴q轴U轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴4一般情况下的电枢反应空载电动势
超前电枢电流角,电枢反应性质：既有交轴,还有直轴去磁电枢反应此种情况下---直轴分量---交轴分量
---直轴分量电流产生的合成磁动势---交轴分量电流产生的合成磁动势4一般情况下的电枢反应（总结）上升下降上升
下降下降下降不变不变下降R、C增强交轴直轴助磁d、q轴R、L削弱交轴直轴去磁d、q轴C增强直轴
助磁d轴L削弱直轴去磁d轴R波形畸变交轴q轴负载性质对电机的影响电枢反应性质记作
夹角位置5电枢反应与机--电能量转换电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不
仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机---电能量转换的枢纽。输出的有功功率越大，有功分量电流就越大，交轴电枢反应越强
，越大，这就要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机的转速不变。说明发电机带感性(或容性)无功负载时,不需要原
动机增加能量.但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降（或上升）。为维持电压恒定
所需的励磁电流也需要相应增加（或减小）。直轴电枢反应磁场与励磁电流共同作用,在励磁绕组上产生电磁力,但不能形成电磁
转矩.一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流的变化影响发电机的电压。综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转换的关键。为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。1凸极同步发电机的电动势方程和相量图4.8.4同步电机的负载运行一、凸极同步发电机的电动势方程电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系由于且令则电动势平衡方程--直轴同步电抗--交轴同步电抗分别表征在对称负载下，单位直轴或交轴三相电流产生的总电枢磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。二、凸极同步发电机的相量图作图步骤4.8同步电机 |
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