同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系

1、1第十章第十章 同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系 （對稱穩(wěn)態(tài)運行）（對稱穩(wěn)態(tài)運行）n主要內(nèi)容：n1. 同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)。n2隱極發(fā)電機的方程式、相量圖、等效電路。n3凸極發(fā)電機的方程式、相量圖、等效電路。n4同步發(fā)電機的運行特性及參數(shù)測定。2n空載運行空載運行：（定子繞組開路， I=0） ，轉(zhuǎn)子勵磁。n勵磁電流產(chǎn)生的磁通 ：勵磁磁通 1nn10()fffIF 主磁通漏磁通010-1 同步發(fā)電機的空載運行同步發(fā)電機的空載運行300AEE0120BEE 0240CEE 0104.44wEfwK0E：勵磁電動勢（空載電動勢）1nn0( )fEf i空載特性。時，4n 時， 空載特

2、性。 所以也適用于負載情況。標幺值：基值 ：飽和系數(shù) 1nn0( )fEf i0NffUUii0ffiKi0()ff F 空載特性空載特性反映了電機的磁化曲線5n10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng) n主要內(nèi)容主要內(nèi)容：n1、電樞反應(yīng)的概念n2、時空相矢圖 時空相矢圖上，各物理量之間的相位關(guān)系n3、電樞反應(yīng)的性質(zhì) 直軸以及交軸電樞反應(yīng)的作用6n10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng) n一、電樞反應(yīng)的定義一、電樞反應(yīng)的定義 1101()()ffaiFnEIF n1faFFFE E氣隙電動勢aF電樞反應(yīng)磁動勢 氣隙磁動勢：7n二、時空相矢圖二、時空相矢圖n

3、 空間矢量：在空間上按余弦規(guī)律分布的量空間矢量：在空間上按余弦規(guī)律分布的量 基波物理量 （對整個電機而言） 勵磁磁勢勵磁磁勢： 大?。赫扔趧畲虐苍褦?shù) 位置：位于轉(zhuǎn)子磁極軸線 指向： N極方向 轉(zhuǎn)速： 10fFB （ ）1( )n8電樞反應(yīng)磁勢電樞反應(yīng)磁勢 大?。?位置： 指向： 轉(zhuǎn)速：aaFB （ ）1( )n11.35awIwFkp9n 時間相量：在時間上按余弦規(guī)律分布的量時間相量：在時間上按余弦規(guī)律分布的量 n基波（有三相之分）；以A相為例 n 勵磁電勢（空載電勢）勵磁電勢（空載電勢） 大?。?位置：依轉(zhuǎn)子位置而定 角頻率： 00AEE01104.44wEfw K10n 電樞電流：電樞電

4、流：I00SLSLEEIZZZZ：內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角 11n 時空相矢圖（步驟）時空相矢圖（步驟）1fF0EIaF（1） ：依轉(zhuǎn)子位置而定：依轉(zhuǎn)子位置而定（4） ：位于磁勢幅值的位置：位于磁勢幅值的位置（2） ：依電磁感應(yīng)原理：依電磁感應(yīng)原理（3） ：由內(nèi)功率因數(shù)角確定：由內(nèi)功率因數(shù)角確定12n 時空相矢圖時空相矢圖 0AE1fF90aFIaF1fF90 與 之間相差（ ）特點： 落后于 ； 與 同相位；13n 三、三、 不同不同 角時的電樞反應(yīng)角時的電樞反應(yīng)0aqFFd軸 q軸 n 時縱軸，直軸，d軸橫軸，交軸，q軸 是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的必要條件。交軸電樞反應(yīng)磁勢交軸電樞反應(yīng)磁勢：作用

5、： 使 扭斜一個角 ；1490adF090 adFq軸 d軸 n 時 n直軸電樞反應(yīng)磁勢直軸電樞反應(yīng)磁勢：作用： 去磁作用； ，不產(chǎn)生切向力。n 時：加磁作用15n 時 0901faFFF aadaqFFF sinsincoscosadadaqaqFFIIFFII11()fafadaqFFFFFF900d軸 q軸 n 時16 aadaqFFFadFaqFFFn小結(jié)：電樞反應(yīng)的作用小結(jié)：電樞反應(yīng)的作用 ：去磁或加磁作用，影響 的大??； ：使 扭斜，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的必要條件； 具體情況視 角而定。1710-3 隱極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析隱極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析n主要內(nèi)容：n1.電磁感應(yīng)過程n2.

6、 三種分析方法： 電勢方程式、相量圖、等效電路n3.參數(shù)的物理意義 漏抗、電樞反應(yīng)電抗、同步電抗18n10-3 隱極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析隱極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析n一、不考慮飽和一、不考慮飽和（疊加原理）n 1、電磁感應(yīng)過程、電磁感應(yīng)過程 n2、電勢方程式（一相）、電勢方程式（一相）190aaEEEUIrIarLZU0EEaE0aaEEEUIrEEjIx aEUIrjIx （1 1）漏磁電動勢：）漏磁電動勢：20（2）電樞反應(yīng)電動勢）電樞反應(yīng)電動勢 aar IUEEE0aEaaE aFIaaEjIx ax0 () aaaaaaasEUIrEEUIrjIxjIxUIrjI xxUIrjIxasxx

7、x 同步電抗 ：電樞反應(yīng)電抗（3）電勢方程式（一相）電勢方程式（一相）21n3、同步電抗、同步電抗 ：等效參數(shù) ：綜合參數(shù) IExaaaaaIFE 三相（一相）aaE axasxxx（1）（2）22n4、相量圖、相量圖0aaEEEUIrjIx 0 =aaasEUIrjIxjIxUIrjIxcosUIn已知： 、 、 、電機參數(shù)n例：感性負載23n幾何關(guān)系：幾何關(guān)系：1sincossaIxUtgIrU240000Q ：單機運行時，由負載性質(zhì)決定。：發(fā)感性無功；：發(fā)容性無功；sLZZ：單機運行時，由 決定。它決定了電樞反應(yīng)的性質(zhì)。：功角，由輸入功率的性質(zhì)決定。0EU輸入機械能： 超前于 ，作發(fā)電機

8、運行；U0E輸入電能： 落后于 ，作電動機運行。25n 等值電路等值電路0 aaasEUIrjIxjIxUIrjIx26n二、考慮飽和二、考慮飽和 （磁化曲線非線性，不能應(yīng)用疊加原理）n 電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：n 方程式：方程式： )(勵磁電流fi1fF)(定子三相電流系統(tǒng)IaFFEE平衡與ar IUafFFF1x I jr IUEa27aEUIrjIx cosUIn已知： 、 、 、電機參數(shù)E 作n例：感性負載 相量圖相量圖28n求 （階梯波）；F29n 作 （正弦波）FF 基波基波基波基波階梯形波FkFf)(FkFf30等效條件： 與 產(chǎn)生的基波磁通相同。1fFfF1fffFKF波形系數(shù) 1

9、afKK折和系數(shù)31 作 aF1faFFF1fafFK F1fF 作0E 作 32n 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率U 0100NNEUUU3310-4 凸極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析凸極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析n主要內(nèi)容：n1、雙反應(yīng)理論n2、電磁感應(yīng)過程n3、分析方法：電勢方程式、相量圖n4、參數(shù)的物理意義及其大小關(guān)系 直軸以及交軸電樞反應(yīng)電抗、 直軸以及交軸同步電抗34n一、一、 凸極電機不能采用隱極電機的分析方法凸極電機不能采用隱極電機的分析方法隱極機特點：n10-4 10-4 凸極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析凸極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析FBaFaB氣隙 均勻，由 ， 與 同相位。aIEax 由于 ， 是恒定參數(shù)。凸

10、極機特點：aBaFax氣隙 不均勻， 不同時，同一個 產(chǎn)生的 不同，因而 不是常數(shù)。3590 036d軸q軸290aFab37n二、二、 雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論（ Blondel）aadaqFFF，adqIII addadadaqqaqaqIFEIFE 三相三相38fi1fF00EIdIadFadadEqIaqFaqaqEEaU Ir （ 勵 磁 電 流 ）系 統(tǒng)定 子 三相 電 流()系 統(tǒng)系 統(tǒng)與平 衡三、不考慮飽和時凸極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析三、不考慮飽和時凸極同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)分析1.1.電磁過程電磁過程0adaqaEEEEUIr39n 電勢方程式：電勢方程式：dadadadIFE， ，aa

11、qadr IUEEEE0addadEjI x aqq aqEjI x Ej I x adxaqx直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗qaqaqaqIFE， ，40直軸和交軸直軸和交軸同步電抗同步電抗 dadxxx0adadq aqEUIrjIxjI xjI x()adqd adq aqUIrj IIxjI xjI x()()adadqaqUIrjIxxjIxxaddq qUIrjI xjI xqaqxxxdxqx41n 電抗的大小以及物理意義電抗的大小以及物理意義 211adaddxw211aqaqqxwadaqxxdqxx42n 相量圖相量圖0addqqEUIrjI xjI x0dddqaqqdqEjI

12、xjI xUIrjI xjI x0()QddqaqEEjIxxUIrjIx0ddaqqEjI xUIrjI xUI已知： 、 、 、參數(shù)， n例：感性負載431sincosqaIxUtgIrU0coscosaddEUIrI x4410-5 同步發(fā)電機的運行特性及同步發(fā)電機的運行特性及 參數(shù)測定參數(shù)測定n主要內(nèi)容：n1、運行特性 空載特性、短路特性、零功率因數(shù)特性n2、由運行特性求取電機參數(shù)的方法 漏抗（普梯電抗）、d軸同步電抗、短路比45n10-5 同步發(fā)電機的運行特性及參數(shù)測定同步發(fā)電機的運行特性及參數(shù)測定 n一、一、 空載特性空載特性 n飽和系數(shù)：10( )fnnIUf i，空載特性fi0

13、E0E00fiNUfi氣隙線00ffNiEKiU46n二、二、 短路特性短路特性 n分析：1,0,( )kfnn UIf i時0U 0ar 0asksEUIrjIxjI xdkII0qI0fifkikINI0kEI90adaFF0aqFadF所以 ， ， ， 起去磁作用。 短路電流只有直軸分量短路電流只有直軸分量。47akEUIrjIxjI xkIaF90aF1fFFxI jEk0E此時，其相量圖如右。0fkiEI1faFFF0.1 0.2x1kI0.10.2E一般 ，當 時， 故短路特性為一條直線。所以磁路不飽和磁路不飽和。48n三、零功率因數(shù)特性三、零功率因數(shù)特性1cos0()( )fnn

14、IUf i，滯后 ，常數(shù)時，0ar aEUI rj I xUj I xafFFF11faFFFfaaFFK Ffffaiiifai：電樞反應(yīng)磁勢的等效勵磁電流。：電樞反應(yīng)磁勢的等效勵磁電流。 EUI x 分析： 49AEF：特性三角形，普梯三角形特性三角形，普梯三角形 fifi0NUUfaifkiIxBCAFEK空載特性零功率因數(shù)特性fffaiiiEUI x50n四、參數(shù)測取四、參數(shù)測取n 漏抗漏抗 ：由空載特性和零功率因數(shù)特性求取。()()EAxI相值相值O FOKpxx(1.11.3)pxxpxx普梯電抗普梯電抗 fi負載時，轉(zhuǎn)子漏磁比空載時大，實際測得的 大于理論值。隱極機：凸極機：51

15、n 同步電抗的不飽和值同步電抗的不飽和值：n由空載特性和短路特性求取。n凸極機：短路時，dkII0qI 0kdEj I x0()()dkExI相值相值空載特性短路特性fikI0E0EkIfi00Edx注意注意：由于電機短路時， 磁路不飽和，所以得到的 為不飽和值。此時， 從氣隙線獲得。 52n 短路比短路比 ：由空載特性和短路特性求取。cKNffkNcIiiIK時000fNfkkNiUUiII時時0kNdcNNIExKII0NNdNE UI xU1dkx空載特性短路特性fikI0E0E00fiNUfifkiacbdNIkNI氣隙線53n 對電機特性的影響：對電機特性的影響： （電機運行性能好）； 電機的靜態(tài)穩(wěn)定性好； 轉(zhuǎn)子定子成本高。cKcKdxUcKdxmfFffwicK54n10-6 用轉(zhuǎn)差法測同步電機的同步電抗用轉(zhuǎn)差法測同步電機的同步電抗=同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率 1(1) 0()finn開路 ，0fi 00E qqddaxI jxI jr IU00ar ddq qUjI xjI xNU、(2) 定子加三相對稱電壓，約 (0.020.15) UI(3) 測 、步驟：55nd軸：nq軸： ddq0fumax2Umax2Imin2Imin2UU(b)(a