《电机学》课程教学课件（讲稿，电机与拖动）第5章 同步电机（3）

第五章同步电机 Synchronous Motor 第5章 同步电机 1

SynchronousMotor 第五章 同步电机 1 第5章 同步电机

第五章同步电机 备以 Synchronous Motor 5.5三相同步发电机的运行特性 三相同步发电机的运行特性包括外特性、调整特性和效率 特性。根据这些特性可以确定发电机的运行性能参数。 一、外特性 当n=w,I coso=常数时，UL与I1L的关系， 即Um=f(L)。 外特性反应了同步发电机的 c0sp=0.8(p>0) C0S= 电枢电压随电枢电流变化的规 U队 律。由外特性曲线可以看出： c0sp=0.8(p<0) 9

SynchronousMotor 第五章 同步电机 2 2 5.5 三相同步发电机的运行特性 一、外特性 当 n = nN，If、cos = 常数时，U1L 与 I1L 的关系， 即 U1L = f (I1L)。 O U1L I1L UN IN 三相同步发电机的运行特性包括外特性、调整特性和效率 特性。根据这些特性可以确定发电机的运行性能参数。 外特性反应了同步发电机的 电枢电压随电枢电流变化的规 律。由外特性曲线可以看出：

第五章同步电机 Synchronous Motor 在电感性负载和纯电阻性负 01L 载时，外特性是下降的，即发 cosp=0.8(p>0) coso=1 电机的输出电压随着负载的加 重而下降。这是由于电枢反应 c0sp=0.8(p<0) 的去磁作用和漏阻抗压降所引 起的。 在电容性负载且功率因数角大于内功率因数角时， 外特性是上升的，即发电机的输出电压随着负载的加重 而升高。原因一是电枢反应的增磁作用，二是电容性电 流所产生的漏阻抗压降使电枢电压增加。 。额定励磁电流IN 在nw、cosA时，调节，使I1L=I、U1L=U时的 励磁电流I=I。 3

SynchronousMotor 第五章 同步电机 3 3 在电容性负载且功率因数角φ大于内功率因数角ψ时， 外特性是上升的，即发电机的输出电压随着负载的加重 而升高。原因一是电枢反应的增磁作用，二是电容性电 流所产生的漏阻抗压降使电枢电压增加。 在电感性负载和纯电阻性负 载时，外特性是下降的，即发 电机的输出电压随着负载的加 重而下降。这是由于电枢反应 的去磁作用和漏阻抗压降所引 起的。 额定励磁电流 IfN 在nN 、cosN时，调节 If，使 I1L= IN、U1L = UN 时的 励磁电流 If = IfN

第五章同步电机 Synchronous Motor 电压调整率VR VR= E一Up1 00%(在保持nw、cosA、IN时) UNP ※Up一电枢的额定相电压。 ※凸极同步发电机：V.=18%~30%; 隐极同步发电机：V=30%~48%。 电压变化率是表征同步发电机运行性能的重要数据 之一。（比较直流电机、变压器的电压调整率） 为了使同步发电机的端电压不随负载电流的变化而 剧烈变动，它的电压变化率应尽量地小

SynchronousMotor 第五章 同步电机 4 4 ※ UNP —— 电枢的额定相电压。 ※ 凸极同步发电机：VR = 18% ~ 30%； 隐极同步发电机：VR = 30% ~ 48%。 VR = 100% E0－UNP UNP 电压调整率VR (在保持 nN、cosN、IfN 时) 电压变化率是表征同步发电机运行性能的重要数据 之一。（比较直流电机、变压器的电压调整率） 为了使同步发电机的端电压不随负载电流的变化而 剧烈变动，它的电压变化率应尽量地小

第五章同步电机 Synchronous Motor 实际上，由于同步电抗的数值较大，负载电流变化产 生的同步电抗压降必然要引起端电压明显地变化。 现代同步发电机都装有快速自动电压调节器，它能根 据端电压的变化自动改变励磁电流的大小，使发电机 端电压基本不变，所以对△U%的要求大为放宽。 凸极式同步发电机的△U%大体在18%~30%以内： 汽轮发电机由于电枢反应较大，故△U%也较大，大 体在30~48%这一范围内（均为c0sp滞后的数值）。 5

SynchronousMotor 第五章 同步电机 5 5 实际上，由于同步电抗的数值较大，负载电流变化产 生的同步电抗压降必然要引起端电压明显地变化。 现代同步发电机都装有快速自动电压调节器，它能根 据端电压的变化自动改变励磁电流的大小，使发电机 端电压基本不变，所以对U%的要求大为放宽。 凸极式同步发电机的U%大体在18%~30%以内； 汽轮发电机由于电枢反应较大，故U%也较大，大 体在30~48%这一范围内（均为cos滞后的数值）

第五章同步电机 Synchronous Motor 二、调节特性 c0sp=0.8(p>0) cosp=1 在n、cosA、U时， L与I1的关系， c6sp=0.8(0) 即L=f(I1)。 I 调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和 纯阻性负载，为补偿电枢反应的去磁作用及电枢漏阻 抗压降，随着负载的增加，若要保持端电压为常数， 就必须增加励磁电流； 在容性负载时，随着负载的增加，必须减少励磁电流， 以维持端电压恒定。 6

SynchronousMotor 第五章 同步电机 6 6 在 nN、cosN、UN 时， If 与 I1 的关系， 即 If = f ( I1 )。 O If I1 二、调节特性 IfN IN 调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和 纯阻性负载，为补偿电枢反应的去磁作用及电枢漏阻 抗压降，随着负载的增加，若要保持端电压为常数， 就必须增加励磁电流； 在容性负载时，随着负载的增加，必须减少励磁电流， 以维持端电压恒定

第五章同步电机 Synchronous Motor 三、效率特性 在保持、cosA、U时，与P2的关系， 即7=fP2)。 ※空气冷却的大型水轮发电机： =96%~98.5% ※空气冷却的汽轮发电机： =94%~97.8% ※氢气冷却时，略有增加。 7

SynchronousMotor 第五章 同步电机 7 7 在保持 nN、cosN、UN 时， η与 P2 的关系， 即 = f(P2) 。 三、效率特性 ※ 空气冷却的大型水轮发电机： N = 96% ~ 98.5% ※ 空气冷却的汽轮发电机： N = 94% ~ 97.8% ※ 氢气冷却时，N 略有增加

第五章同步电机 备以 Synchronous Motor 5.6同步发电机与电网的并联运行 。并联运行的优点 ()保证电能供应的质量、可靠性。 (2)提高供电系统的效率。 (3)减少发电厂备用机组的容量。 (4合理调配和利用能源。 一、并联运行的条件 1.发电机的相序与电网相序一致 若不一致，相当于在电网端点上加上一组负序 电压，这是一种严重的故障情况

SynchronousMotor 第五章 同步电机 8 8 5.6 同步发电机与电网的并联运行 并联运行的优点 (1) 保证电能供应的质量、可靠性。 (2) 提高供电系统的效率。 (3) 减少发电厂备用机组的容量。 (4) 合理调配和利用能源。 一、并联运行的条件 1. 发电机的相序与电网相序一致 若不一致，相当于在电网端点上加上一组负序 电压，这是一种严重的故障情况

第五章同步电机 Synchronous Motor 。发电机投入并联示意图 Q w 如果相序不一致，则 △Uju=0 △Wjv=jv-jk AUw=Uw-Uw

SynchronousMotor 第五章 同步电机 9 9 UU UV UW U1 W V1 1 U1 Q UU UV UW    发电机投入并联示意图 UU UV UW 如果相序不一致，则 UU = 0 UV UW UU UV UW    UV = UV－UV  UW = UW－UW  W V1 1 V W1 1

第五章同步电机 Synchronous Motor 2.发电机的频率与电网频率相同 如果：0≠w △U w w 时刻1 时刻2 时刻3 。对应相量之间的相位差在0°~360°之间变化。 。对应相量的差值不断地在0~2U,之间变化。 ·频率相差越大，这个变化的速度就越快。 ·若Q合闸，必定要产生冲击电流和冲击转矩。 10 10

SynchronousMotor 第五章 同步电机 10 10 如果：≠ 对应相量之间的相位差在 0o ~ 360o 之间变化。 对应相量的差值不断地在 0 ~ 2U1 之间变化。 频率相差越大，这个变化的速度就越快。 若 Q 合闸，必定要产生冲击电流和冲击转矩。 2. 发电机的频率与电网频率相同 UU UV UW UU UW UV    UV UU UV UW UU UW      UU UV UW UU UW UV    UU UU 时刻 1 时刻 2 时刻 3