2020年注册电气工程师(发输变电)《专业基础考试》考点手册 电气工程基础 第八节 同步电机【圣才
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第八节同步电机
考点一同步电机额定值★★★
表4-8-1同步电机额定值
考点二同步电机电枢反应★★★★★
在同步电机中，励磁电动势为0E∙，转子磁动势为F f，电枢旋转磁动势为F a，φ称为内功率因数角，a I∙表示A相电流。
根据a I∙和0E∙相位不同来划分不同的电枢反应。
①a I∙和0E∙同相位或者反相位时的电枢反应。
此时，φ＝0°或者180°，F a与F f之间的夹角为90°或者270°，如图4-8-1（a）所示，即两者正交，转子磁动势作用在直轴上，而电枢磁动势作用在交轴上，电枢反应的结果使得合成磁动势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。
这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用。
（a）φ＝0°；（b）φ＝90°；（C）0°＜φ＜90°；（d）－90°＜φ＜0°
图4-8-1
用时空相量图分析同步发电机的电枢反应②a I ∙滞后于0E ∙90°时的电枢反应。
此时φ＝90°，F a 与F f 之间的夹角为180°，如图4-8-1（b）所示，即两者反相，转子磁动势和电枢磁动势一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁动势的幅值减小，这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。
③a I ∙超前于0E ∙90°时的电枢反应。
此时φ＝90°，F a 与F f 之间的夹角为0°，即两者同相，转子磁动势和电枢磁动势一同作用在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁动势的幅值加大，这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。
④一般情况下的电枢反应。
一般情况下（φ为任意角度时），如图4-8-1（c）和（d）所示，可将a I ∙分解为直轴分量d I ∙和交轴分量q I ∙。
d I ∙
产生直轴电枢磁动势F ad ，F ad 与F f 同相或反相，起增磁或者去磁作用。
q I ∙产生交轴电枢磁动势F aq ，F aq 与F f 正交，起交磁作用。
考点三电枢反应电抗及同步电抗★★★★
电枢反应电抗：当三相对称的电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁动势F a ，F a 将在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通a ∙Φ和不通气隙的漏磁通σ∙Φ，a ∙Φ和σ∙
Φ将分别在电枢各相绕组中感应出电枢反应电动势a E ∙和漏磁电动势E σ∙。
a E ∙与电枢电流a I ∙的大小成正比（不计饱和），比例常数称为电枢反应电抗a X 。
同步电抗：同步电抗包括电枢绕组的漏电抗和电枢反应电抗两部分。
考点四
同步发电机并网的条件及方法★★★1．同步发电机并网条件①同步发电机及电网应有一致的相序。
②同步发电机及电网应有相等的电压。
③同步发电机及电网应有同样或者十分接近的频率和相位。
2．同步发电机并网方法
通常用电压表测量电网电压u，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U＝U1，再借助同步指示器检查调整频率和相位以确定合闸时刻。
同步指示器通常采用两种连接方法，分别为灯光明暗法（见图4-8-2（a））和灯光旋转法（见图4-8-2（b））。
图4-8-2三相同步发电机整步
考点五同步发电机有功功率及无功功率调节方法★★★★1．功率平衡与功角概念
功率平衡：同步发电机的功率流程如图4-8-3所示。
P1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P m，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P Fe，
P m ＝P 1－（P m ＋P Fe ）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P cul 。
P 2＝P M －P cul 就是发电机的输出功率。
同
步发电机的功率平衡方程式为：12M Fe m M cul
P P P P P P P =++⎧⎨=
+⎩。
图4-8-3同步发电机功率流程图
功角：发电机的励磁电动势0E 和端电压U ∙之间相位差。
功角特性：功角特性指的是电磁功率P M 随功角σ变化的关系曲线P M ＝f（σ）。
①凸极电机功角特性：
020sin cos cos sin 11sin (22M q d
d q d
M
M U E U P mU mU X X UE U m m X X X P P δδδδδδ-=+=+-'''=+式中，M
P '表示基本电磁功率，M P ''表示附加电磁功率。
②隐极电机的功角特性：在凸极电机功角特性中，令d q s X X X ==即可。
2．同步发电机有功及无功功率调节方法
①有功功率调节：要改变发电机输送给电网的有功功率P M ，就必须改变原动机提供的动力转矩，这一改变可以通过调节水轮机的进水量或汽轮机的气门来达到。
当功角处于0～
δm时，随着δ的增大，P M亦增大，同步发电机在这一区间能够稳定运行。
而当δ＞δm时，随着δ的增大，P M反而减小，电磁功率无法与输入的机械功率相平衡，发电机转速越来越大，发电机将失去同步，故在这一区间发电机不能稳定运行。
②无功功率调节：通过调节励磁电流可以达到调节同步发电机无功功率的目的。
当某一欠励状态开始增加励磁电流时，发电机输出的超前无功功率开始减少，电枢电流中的无功分量开始减少；达到正常励磁状态时，无功功率变为零，电枢电流中的无功分量也变为零，此时cosφ＝1；如果继续增加励磁电流，发电机将输出滞后性的无功功率，电枢电流中的无功分量又开始增加。
同步发电机V形曲线（见图4-8-4）是一簇曲线，每一条V形曲线对应一定的有功功率。
V形曲线上都有一个最低点，对应cosφ＝1的情况。
将所有的最低点连接起来，将得到与cosφ＝1对应的线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后。
图4-8-4同步发电机的V形曲线。
