第19章同步电机的对称运行原理.ppt

第十九章 三相同步发电机对称运行原理,同步发电机的空载运行对称负载时的电枢反应同步发电机的时间空间矢量图凸极同步发电机的双反应理论及磁势电势相量图隐极同步发电机的磁势电势相量图电枢反应电抗和漏抗同步发电机的运行性能,本章内容：研究同步发电机的稳态对称运行的基本电磁关系 （8学时）,§19-1 空载磁路和空载特性,一、同步电机气隙磁路特点二、空载磁路的计算原则三、空载特性,一、同步电机气隙磁路特点,主磁通；磁极漏磁通主磁路（主磁通所经磁路）： 气隙、电枢齿、电枢轭、磁极、磁极轭,励磁磁势和励磁磁场,一、同步电机气隙磁路特点,气隙磁场：(凸极、隐极）,一、同步电机气隙磁路特点,气隙磁场：(凸极、隐极）,基波气隙磁场幅值：,均匀气隙,非均匀气隙,隐极分布式绕组,极弧系数：,计算极弧系数： 空载时气隙的基波磁感应强度的平均值与实际气隙磁感应强度之比值：,,每极基波磁通量：,,空载时气隙的基波磁感应强度的平均值,（影响磁场波形、漏磁大小0.55～0.75),(基波电势、电抗计算),结构设计,§19-1 空载磁路和空载特性,一、同步电机气隙磁路特点二、空载磁路的计算原则三、空载特性,,,,二、空载磁路的计算原则：,二、空载磁路的计算原则：,安培环路定律电机的磁化曲线：,磁场中沿任一闭合路径上磁场强度的线积分，等于穿过该闭合路径内的导体电流的代数和。

空载特性的作用,① 可以反映电机设计是否合理，电机的磁路是否过于饱和或者材料有没有充分利用② 空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数③ 可通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障§19-1 空载磁路和空载特性,三、空载特性,在一定的转速下，空载端电压随励磁电流变化的关系：,即：,相电势,,,电枢绕组上的,三、空载特性,在额定的转速下，空载端电压随励磁电流变化的关系,气隙线,电机的磁路饱和系数：,If0,,,,,,Ifδ,UN,约为1.02～1.45,小 结,,,0,Ff,φ1,,,,0,If,U,,电机的磁化曲线,空载特性,§19-2同步发电机的电枢反应,一、负载性质对电枢反应的影响二、双轴电枢反应分析法（双反应理论）,一般负载情况时电枢磁势的分解磁势电势矢量图 电枢磁势的折合,同步电机的电枢反应,电枢反应：电枢反应磁场：电枢磁势基波单独通过气隙所建立的磁场同步电机的电枢反应：同步电机电枢磁势基波对磁极主磁场的影响,空载时：励磁磁势Ff，励磁电势E0,负载时：三相感应电势，三相电枢电流,电枢绕组上的空载感应电势,,旋转电枢磁势的形成,,,,,§19-2同步发电机的电枢反应,电枢磁势基波特点：幅值恒定，Fa用空间矢量表示时，磁势矢量顶点的轨迹是圆；当某相的电流为最大时，此时磁势的轴线在该相绕组的轴线上；转速 n1=60f/p=n 与磁极的转速相等；转向与磁极转向相同。

电枢磁势的基波与磁极励磁磁势相对静止，共同产生气隙合成磁场§19-2同步发电机的电枢反应,阻性负载 电枢电流 与励磁电势 同相（ ψ=0 ）,A相电势最大,,A相电流最大,ψ=0,,A相磁势F最大,F=IW,电枢磁势 轴线与励磁磁势 轴线垂直,回顾,,,,§19-2同步发电机的电枢反应,阻性负载,直轴、交轴,回顾,,直轴或d轴：磁极轴线,交轴或q轴：与磁极轴线正交的方位d,q,影响： 扭歪主磁场 交轴磁势与主磁场相互作用产生电磁转矩，实现机电能量转换的必要条件！！,交轴电枢反应,§19-2同步发电机的电枢反应,2. 感性负载 电枢电流 滞后励磁电势 90º（ ψ=＋ 90º ）,A相电势最大,,A相电流为零,ψ= 90º,,F=IW,电枢磁势 轴线与励磁磁势 轴线同在直轴轴线，方向相反,回顾,,直轴去磁电枢反应,,,§19-2同步发电机的电枢反应,3. 容性负载 电枢电流 超前励磁电势 90º（ ψ=－90º ）,A相电势最大,,A相电流为零,ψ= －90º,,F=IW,电枢磁势 轴线与励磁磁势 轴线重合,回顾,,直轴增磁电枢反应,,,（理想纯 R）,（理想纯 C）,（理想纯 L）,直轴电枢反应去磁 U↙,直轴电枢反应增磁 U↗,4. 一般情况？,交轴电枢反应扭歪主磁场产生电磁转矩，实现机电能量转换。

电枢电流 与励磁电势 同相,2. 电枢电流 滞后励磁电势 90º,3. 电枢电流 超前励磁电势 90º,§19-2同步发电机的电枢反应,一、负载性质对电枢反应的影响二、双轴电枢反应分析法（双反应理论）,一般负载情况时电枢磁势的分解 磁势电势矢量图 电枢磁势的折合,,一般感性负载 ：,回顾,电枢电流 滞后励磁电势 ψ度,A相电势最大,,转子继续旋转ψ角之后A相电流才达到最大电流滞后电势ψ,1. 一般负载情况时电枢磁势的分解,,双反应理论（双轴电枢反应分析法）,,,d,q,,ψ,交轴电枢磁势：,直轴电枢磁势：,,,,,,,1. 一般负载情况时电枢磁势的分解,3、电枢磁势的折合,由于交轴、直轴磁路不相同，即使Ff、Fad、Faq三者幅值相等时，所建立的磁感应强度幅值和分布规律各不相同电枢磁势和励磁磁势产生基波磁场的能力不等效电枢反应计算时必须加以折算,（1）直轴电枢反应的折合,直轴电枢磁势折合系数：,单位安匝所建立的基波磁感应强度大小相比,KadFad 折算后可与 Ff 合成直轴磁势：,（2）交轴电枢反应的折合,交轴电枢磁势折合系数：,交轴磁势：Fq=KaqFaq,Kad、Kaq的求算 直接磁场分析，很复杂！（是极弧宽度的函数，同时与极靴形状、气隙大小的函数） 查表法!!,电枢磁势折合系数：,2. 磁势电势矢量图,,回顾,A相电势最大,,转子继续旋转ψ角之后A相电流才达到最大。

电流滞后电势ψ,2. 磁势电势矢量图,时间矢量图:,电势、电流及磁通均随时间正弦交变，都可以用时间矢量来表示时间矢量图,,,空间矢量图：,,表达磁势在空间相位关系的矢量图ψ,０,,,空间矢量图,,,ψ,０,相轴,A相时轴,（绕组轴线）,（矢量最大值位置）,,,,时间矢量图,,,ψ,０,,,空间矢量图,,,ψ,０,相轴,A相时轴,,电势、电流是时间矢量，对应某一相的量磁势是空间矢量，是三相合成的空间时间矢量图的矢量都以同步角速度旋转，所以永远保持相对静止，因此各矢量间的关系适用于任何瞬间时间矢量图,,,ψ,０,,,空间矢量图,,,ψ,０,相轴,A相时轴,,电势、电流是时间矢量，对应某一相的量磁势是空间矢量，是三相合成的空间时间矢量图的矢量都以同步角速度旋转，所以永远保持相对静止，因此各矢量间的关系适用于任何瞬间一 、电压平衡式和等值电路  二 、不饱和凸极同步发电机 三 、计及饱和的凸极同步发电机 四、隐极同步发电机,§19-2同步发电机的电枢反应,一、电压平衡式和等值电路,励磁电流If →励磁磁势Ff → 励磁磁场,电枢电流I,→电枢磁势Fa → 电枢主磁场,,,气隙磁场,,气隙电势Eδ（内电势）,电枢漏磁场→漏磁感应电势Eσ,电枢绕组有电阻ra,,（主磁通Φf）,一、电压平衡式和等值电路,电压平衡式：,,:负载相电压有效值(V) :定子相电流有效值(A) :定子绕组相电阻(Ω) :定子漏抗(Ω) :气隙电势或内电势(V),等值电路：,二、不饱和凸极同步发电机,励磁电流If →励磁磁势Ff → 励磁磁场,电枢电流I,→电枢磁势Fa → 电枢主磁场,,气隙磁场,,气隙电势Eδ（内电势）,励磁电势E0,,直轴电枢磁势Fad,交轴电枢磁势Faq,,,,直轴电枢反应电势Ead,交轴电枢反应电势Eaq,即励磁绕组基波磁场所产生的空载感应电势。

气隙电势Eδ,励磁电势E0,,,直轴电枢反应电势Ead,直轴电枢磁势Fad,,直轴电枢电流Iad,,交轴电枢反应电势Eaq,交轴电枢磁势Faq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,,,,电抗xad,磁路不饱和,？,即励磁绕组基波磁场所产生的空载感应电势气隙电势Eδ,励磁电势E0,,,直轴电枢反应电势Ead,直轴电枢磁势Fad,,直轴电枢电流Iad,,交轴电枢反应电势Eaq,交轴电枢磁势Faq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,,,,电抗xad,磁路不饱和,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,即励磁绕组基波磁场所产生的空载感应电势气隙电势Eδ,励磁电势E0,,直轴电枢反应电势Ead,,直轴电枢电流Iad,交轴电枢反应电势Eaq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,电枢反应电抗：三相的单位直轴电流或交轴电流产生的电枢反应磁场在每相电枢绕组中所感应的电势其中包括相绕组自感电抗和相间的互感电抗气隙电势Eδ,励磁电势E0,,直轴电枢反应电势Ead,,直轴电枢电流Iad,交轴电枢反应电势Eaq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,,,,气隙电势Eδ,励磁电势E0,,直轴电枢反应电势Ead,,直轴电枢电流Iad,交轴电枢反应电势Eaq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,,,,气隙电势Eδ,励磁电势E0,,直轴电枢反应电势Ead,,直轴电枢电流Iad,交轴电枢反应电势Eaq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,,,,直轴电枢同步电抗,交轴电枢同步电抗,非饱和,,,,,,,,,,,,,,,内功率因数角,功率因数角,功率角或转矩角,,,,,,,,,,,,,,,,B,D,G,C,,,例19-1：三相不饱和同步发电机，每相参数： xd=0.93Ω，xq=0.52Ω，ra=0.04Ω，额定工作时 UN=16.3V，IN=16.9A，φN=29o02` ，求Eo,,,,,时间矢量图,,,ψ,０,,,空间矢量图,,,ψ,０,相轴,A相时轴,,电势、电流是时间矢量，对应某一相的量。

磁势是空间矢量，是三相合成的空间时间矢量图的矢量都以同步角速度旋转，所以永远保持相对静止，因此各矢量间的关系适用于任何瞬间一、电压平衡式和等值电路,电压平衡式：,:负载相电压有效值(V) :定子相电流有效值(A) :定子绕组相电阻(Ω) :定子漏抗(Ω) :气隙电势或内电势(V),等值电路：,即励磁绕组基波磁场所产生的空载感应电势气隙电势Eδ,励磁电势E0,,,直轴电枢反应电势Ead,直轴电枢磁势Fad,,直轴电枢电流Iad,,交轴电枢反应电势Eaq,交轴电枢磁势Faq,,交轴电枢电流Iaq,,电枢电流I,二、不饱和凸极同步发电机,直轴电枢反应电抗,交轴电枢反应电抗,,,,直轴电枢同步电抗,交轴电枢同步电抗,,,,,,,,,,,,,,,内功率因数角,功率因数角,功率角或转矩角,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B,D,G,C,,,例19-1：三相不饱和同步发电机，每相参数： xd=0.93Ω，xq=0.52Ω，ra=0.04Ω，额定工作时 UN=16.3V，IN=16.9A，φN=29o02` ，求Eo,,,小 结,电压平衡式和等值电路二. 不饱和凸极同步发电机,作业：19-1519-16,。