Синхронные машины

1.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
«ЛЭТИ»
Факультет электротехники и автоматики
Кафедра робототехники и автоматизации производственных систем
Электрические машины
к.т.н., доцент каф. РАПС Лавров Анатолий Георгиевич
Санкт-Петербург
2014г.

2.

Синхронные машины
§ 1 Устройство синхронных машин
4
п
5
1
2
6
3
S
N
N
S
7
I2
+
U2
–
I2
2

3.

8
1
2
2
2
2
2
S
N
9
I2
+
U2
–
I2
3

4.

5.

6.

7.

8.

§ 2 Принцип действия синхронных машин
1. Синхронный генератор
Rн
U 2 I 2 2 n2 E1 Rн I1 U1 Sэл
U1
I1 1 n1 n2 2 1
U1
U1
I1
I1
I1
Е1
Е1
ОС
Е1
2
U2
2. Синхронный двигатель
60 f1
U1 I1 1 n1
p
U 2 I 2 2
1 2 I 2 Fэм n2 n1
ОВ
R1
I2
8

9.

§ 3Холостой ход синхронного генератора
E1
E1
E1 4,44 f1W1kоб1 2
ОС
E1
E1 f I 2 n2 f1 Const.
2 f I 2
U2
R2
ОВ
I2
pn2
60
Характеристика холостого хода
2
f1
E1
а
E1 U1н
2 m2 sin t
e1 Em1 sin t / 2
b c
E1
90
kн
ac
1,1 1,4
ab
I2
2

10.

§4 Реакция якоря синхронного генератора
q
I2
2
d
I1
E1
N
S

11.

1. Активная нагрузка: 0
I1
2
2. Индуктивная нагрузка: 90
Е1,I1
q
E1
q
E1
a
2
d
d
3. Активно-индуктивная нагрузка: 0 90
E1
2
Iq
a
aq
I1
I d I1 sin
I q I1 cos
ad I d
a I1

12.

§5 Векторная диаграмма токов, потоков и
ЭДС для явнополюсного синхронного генератора
2 ad aq
q
E1
Iq
Ead
E E1 Ead Eaq
I1
Eaq xaq I q
Ead xad I d
xad xaq
xad xaq xa
Eaq
E
2
d
ad
aq
aq
I1 a
E d , E q
a
90
Eaq
ad
Ead
Id
E d x I d
E q x I q
Ed Ead E d xad I d x I d
xad x I d xd I d
Eq Eaq E q xaq I q x I q
xaq x I q xq I q
xc xad x xd

13.

§6 Уравнения и векторные диаграммы синхронного генератора
6.1 Явнополюсный синхронный генератор:
q
U1 E1 Ead Eaq E I1r1
E1
Ead
Eaq jxaq I q
Ead jxad I d
Eaq
E
E jx I1
E
I1r1
I1 U E jx I jx I jx I I r
ad d
1
1
aq q
1 11
Iq
U1
E
U1 E jx I1 I1r1
2
d
Eaq
Ead
Id
2 E1 I1 I d I q Ead I d
Eaq I q E E I1 I1r1 I1 U1

14.

6.2 Неявнополюсный синхронный генератор: U E Ea E I r
1
11
1
E
q
E1
Ea jxa I1
Ea
E
U1 E E I1r1
E
I1r1
I1
U1
2 E1 I1 Ea I1 E
2
E I1 I1r1 I1 U1
d
Ea
14

15.

§7. Характеристики синхронного генератора
1 Характеристика холостого хода: см.§3 U1 E1 Ead Eaq E I1r1
2 Внешняя характеристика : U1 f I1 I 2 Const.
f1 Const
U1
Cos Const.
U1н
I1н
R
Cos н 0,8 0,85( RL)
L
U1 U1н
U1%
25 35%
U1н
I1
3 Регулировочная характеристика : I 2 f I1 U1 Const.
f1 Const.
I2
L
R
Cos Const.
I 20
I1н
I1
15

16.

4. Характеристика короткого замыкания: I1 f I 2
U1 0, f f н
I ко
kокз
I1н
5. Нагрузочная характеристика : U1 f I 2
I1н Const.
f1 Const
Cos Const.
CB x a I1н
CA Fa
16

17.

§8. Включение синхронного генератора на
параллельную работу с сетью
4 условия:
1. E1 U c
2. f E1 fUc 3. a г , bг , сг , а c , bс , cс 4. E1,U c в фазе
U ac
Ea1
г с
U cc
Eb1
U bc
Ec1
17

18.

U ac
U a
Ea1
U cc
Eb1
Ia
U bc
Ec1
18

19.

§9. Синхронные режимы параллельной работы
синхронных машин
Допушения: 1. U c Const., fc Const. 2. xad xaq xd
3. r1 0 4. E1 U c U
E U
0
I1 1
jxd
E1
U
E1
U
2
1. Изменение реактивной мощности.
Режим синхронного компенсатора.
U
I 2 E1 U c U
U E1 U jxd I1
E1 U
I1
0
jxd
I 2 E1 U c U
2
U
U E1 U jxd I1
E U
I1 1
0
jxd
I1
U
E1
2
I1
19

20.

2. Изменение активной мощности. Режим генератор и двигателя.
U
E1
E1 U
I1
E1
U
2
P 3UI1 cos 0
U
2
E1
I1
P 3UI1 cos 0
20

21.

22.

§10. Электромагнитные мощность и момент
синхронной машины
1. Явнополюсная СМ (ЯСМ) :
Pэм P2 3UI1 cos
3UE1
3U 2 1
1
Pэм
sin
sin 2
xd
2 xq xd
Pэм
Pэм
Pэм
M эм
2 2 n2
Pэм
3UE1
3U 2 1
1
M эм
sin
sin 2
2 xd
2 2 xq xd
M эм
f I2
, M эм
Pэм
M эм
f I 2
, M эм
Pэм
2. Неявнополюсная СМ (НЯСМ): xd xq
3UE1
Pэм
sin
xd
M эм
3UE1
sin
2 xd

23.

§11. Угловые характеристики синхронных генераторов
Pэм , M эм f
U Const., f1 Const., I 2 Const.
1. НЯСГ: Pэм Pэм
, н 25 40 ,
кр 90
Pэм
, н 20 35 , кр 70 80
2. ЯСГ: Pэм Pэм
Статическая устойчивость:
Pэм M эм
Pm
Pm
н н
90
кр кр
M1 M эм
P Pн P
P
M
, n2 ,
M M н M ,
2 n2
НЯСГ
Условия устойчивости:
P
0 кр
0
Запас устойчивости:
180
Pm
k
1,7
m
Pн
, M эм
Pэм
, M эм
Pэм
Pн
0
P1 Pэм
ЯСГ
н

24.

§12. U-образные характеристики синхронных генераторов
I1, Cos f I 2
U Const., f1 Const., P2 Const.
I1 Cos
D
Cos 1
I1рн
B
P2 P2н
P2 0
C
P2 0,5 P2н
I1н
I1ан
A
I 2нор
I 2н
I2
24

25.

§13. Энергетическая и векторная диаграммы
синхронного двигателя
P1 3U1I1Cos
Pэм Pмех
P1
P2
Pэм P1 pв pэл pмаг1
P2 Pмех pмех pд
pв
pэл
pмаг1
pмех pд
P2 P1 pв pэл pмаг1 pмех pд
P
2
P1
25

26.

E1 U1 jxad I d jxaq I q jx I1 r1I1
q
jxd I d
U1 r1I1 jxq I q jxd I d jx I1
E1
I1r1
U1
P1 3U1I1 cos 0
jxq I q
2
Id
d
Iq
I1

27.

§14. Угловые, U-образные и рабочие характеристики
синхронных двигателей
1. Pэм , M эм f U Const., f1 Const., I 2 Const.
3UE
3U 2 1
1
1
Pэм
sin
sin 2
2 xq xd
xd
Pэм
180
а. НЯСД: Pэм Pэм
, н 25 40 ,
кр кр
н н
90
Pэм
0
Pэм
Pн
НЯСД
ЯСД
Pm
Pm
кр 90
кр 70 80
Pэм
, н 20 35 ,
б. ЯСД: Pэм Pэм
Условия устойчивости:
P
кр 0
0
Запас устойчивости:
Pm
2
km
Pн
27

28.

2. I1, Cos f I 2 U Const., f1 Const., P2 Const.
I1 Cos
Cos 1
D
I1нр
B
P2 P2н
C
I1н
I1на
P2 0,5 P2н
A
I10
P2 0
I 2нор
I 2н
I2
28

29.

3. I1, P1, M 2,Cos , , n f P2
n ,Cos М 2 P1
nн
U Const., f1 Const.
I1
n
1
Cos
I1
P1
М2
P1хх I1хх
0
P2н P2
29

30.

§15. Пуск синхронных двигателей
2a
1
U c , fc
B
М
М
ВД
СД
РМ
К2
I
Rр
К1
U2
30

31.

2б
3