第九章同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行原理

第九章同步電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行原理第1頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月2第2頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月3§9-1空載磁路和空載特性主磁通

磁極漏磁通主磁路（主磁通所經(jīng)磁路）：氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極、磁極軛勵(lì)磁磁勢(shì)和勵(lì)磁磁場(chǎng)第3頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月4一、同步電機(jī)氣隙磁路特點(diǎn)氣隙磁場(chǎng)：(凸極、隱極）基波氣隙磁場(chǎng)幅值：每極基波磁通量：第4頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月5極弧系數(shù)：計(jì)算極弧系數(shù)：

空載時(shí)氣隙的基波磁感應(yīng)強(qiáng)度的平均值與實(shí)際氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度之比值每極基波磁通量：第5頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月6空載磁路的計(jì)算目的與方法：安培環(huán)路定律：主磁路分為五段：氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極、磁極軛電機(jī)的磁化曲線：第6頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月7Φ二、空載特性

在一定的轉(zhuǎn)速下，空載端電壓隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系即：氣隙線電機(jī)的磁路飽和系數(shù)：第7頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月8空載特性的作用①可以反映電機(jī)設(shè)計(jì)是否合理，電機(jī)的磁路是否過于飽和或者材料有沒有充分利用。②空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹)可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。③可通過測(cè)取空載特性來判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。電樞反應(yīng)第8頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月9旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)第9頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月10旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)第10頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月11旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)第11頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月12三相合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)：1）、磁勢(shì)是空間運(yùn)動(dòng)的；2）、磁勢(shì)的幅值恒定用空間矢量表示時(shí)，磁勢(shì)矢量頂點(diǎn)的軌跡是圓；3）、磁勢(shì)運(yùn)動(dòng)的速度 同步轉(zhuǎn)速：4）、磁勢(shì)運(yùn)動(dòng)的方向：從電流超前相轉(zhuǎn)到電流滯后相5）、磁勢(shì)合成矢量位置：當(dāng)某相的電流為最大時(shí)，此時(shí)磁勢(shì)的軸線在該相繞組的軸線上返回圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：由三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱交流電產(chǎn)生第12頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月13§9-2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)空載時(shí)：勵(lì)磁磁勢(shì)，勵(lì)磁電勢(shì)E0負(fù)載時(shí)：三相感應(yīng)電勢(shì)，頻率f=pn/60，三相電樞電流，電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì)基波：幅值Fa=1.35IWkW1/p

、轉(zhuǎn)向同磁極的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速n1=60f/p=n

與磁極的轉(zhuǎn)速相等電樞磁勢(shì)的基波與磁極勵(lì)磁磁勢(shì)相對(duì)靜止，共同產(chǎn)生氣隙合成磁場(chǎng)回顧電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同向、同速旋轉(zhuǎn)！第13頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月14同步電機(jī)的電樞反應(yīng)：定義：同步電機(jī)的電樞反應(yīng)：同步電機(jī)電樞磁勢(shì)基波對(duì)磁極主磁場(chǎng)的影響電樞反應(yīng)磁場(chǎng)：電樞磁勢(shì)基波單獨(dú)通過氣隙所建立的磁場(chǎng)

第14頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月15一、負(fù)載性質(zhì)對(duì)電樞反應(yīng)的影響性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)作用：

1）扭歪主磁場(chǎng)

2）交軸磁勢(shì)與主磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，必要條件1、電流與勵(lì)磁磁勢(shì)同相?直軸與交軸第15頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月162、電流滯后勵(lì)磁磁勢(shì)直軸去磁電樞反應(yīng)第16頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月17超前勵(lì)磁磁勢(shì)直軸增磁電樞反應(yīng)3、電流第17頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月18交軸電樞反應(yīng)直軸增磁電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)第18頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月19二、雙軸電樞反應(yīng)分析法1、一般負(fù)載情況時(shí)電樞磁勢(shì)的分解滯后勵(lì)磁磁勢(shì)角電流第19頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月20直軸、交軸電樞磁場(chǎng)特點(diǎn)：

波形對(duì)稱、易于確定！任意角度磁路直接計(jì)算困難！第20頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月21雙反應(yīng)理論（雙軸電樞反應(yīng)分析法）交軸電樞磁勢(shì)：直軸電樞磁勢(shì)：雙反應(yīng)理論：對(duì)于凸極同步電機(jī)，將電樞磁勢(shì)分解成直軸分量和交軸分量，分別求出直軸和交軸電樞反應(yīng)，然后再合成起來作用效果。第21頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月222、磁勢(shì)電勢(shì)矢量圖時(shí)間矢量圖:（每相）時(shí)軸（時(shí)間矢量最大時(shí)刻）空間矢量圖：相軸（繞組軸線）時(shí)空矢量圖：好處?第22頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月233、電樞磁勢(shì)的折合由于交軸、直軸磁路不相同，即使Ff、Fad、Faq三者幅值相等時(shí)，所建立的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值和分布規(guī)律各不相同電樞磁勢(shì)和勵(lì)磁磁勢(shì)產(chǎn)生基波磁場(chǎng)的能力不等效電樞反應(yīng)計(jì)算時(shí)必須加以折算第23頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月24（1）直軸電樞反應(yīng)的折合直軸電樞磁勢(shì)折合系數(shù)：單位安匝所建立的基波磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相比Kad*Fad

折算后可與Ff

合成直軸磁勢(shì)：折合的意義？第24頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月25（2）交軸電樞反應(yīng)的折合交軸電樞磁勢(shì)折合系數(shù)：交軸磁勢(shì)：Fq=Kaq*Faq

Kad、Kaq的求算

直接磁場(chǎng)分析，很復(fù)雜?。ㄊ菢O弧寬度的函數(shù)，同時(shí)與極靴形狀、氣隙大小的函數(shù)）

查表法第25頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月26電樞磁勢(shì)折合系數(shù)：第26頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月27§9-3電壓平衡式和矢量圖一、電壓平衡式和等值電路電樞磁勢(shì)Fa、勵(lì)磁磁勢(shì)Ff

產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，感應(yīng)氣隙電勢(shì)E

電樞磁勢(shì)Fa

產(chǎn)生電樞漏磁場(chǎng)，感應(yīng)漏磁感應(yīng)電勢(shì)E

1、等值電路：第27頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月282、電壓平衡式：3、矢量圖：Eδ分析？凸極隱極？飽和？第28頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月29二、不飽和凸極同步發(fā)電機(jī)途徑：雙反應(yīng)理論+疊加原理勵(lì)磁磁勢(shì)Ff、直軸電樞磁勢(shì)Fad、交軸電樞磁勢(shì)Faq分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E0、Ead、Eaq，電磁關(guān)系：磁路不飽和，Ead、Eaq與Id、Iq成線性關(guān)系第29頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月

電摳反應(yīng)磁場(chǎng)由三相電樞磁勢(shì)合成，因此電樞反應(yīng)電抗包含了相繞組的自感電抗和相間的互感電抗30

磁路不飽和，Ead、Eaq與Id、Iq成線性關(guān)系，相位上電勢(shì)滯后90o？xad：直軸電樞反應(yīng)電抗

xaq：交軸電樞反應(yīng)電抗

物理意義：三相的單位直軸或交軸電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在每相電樞繞組中所感應(yīng)的電勢(shì)引入電抗第30頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月31同步電抗直軸同步電抗：xd=xad+x

交軸同步電抗：xq=xaq+x

同步電抗是對(duì)應(yīng)電樞總磁場(chǎng)(包括電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng))的電抗。復(fù)雜的電磁現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為電路的方法！第31頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月32功率角：功率因數(shù)角：內(nèi)功率因數(shù)角：矢量圖：Ψ的確定？例題19-1第32頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月33三、計(jì)及飽和的凸極同步發(fā)電機(jī)飽和非線性！電抗變化運(yùn)用雙反應(yīng)理論分析（不計(jì)直、交軸相互影響）勵(lì)磁磁勢(shì)Ff、直軸電樞磁勢(shì)Fad

直軸合成磁勢(shì)Fd交軸電樞磁勢(shì)Faq

交軸合成磁勢(shì)Fq空載特性氣隙線第33頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月34矢量圖：沒有了！第34頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月35矢量圖：例題19-2第35頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月36四、隱極式同步發(fā)電機(jī)氣隙均勻無需折合γ=0.75近似相等！

無需雙反應(yīng)理論，勵(lì)磁磁勢(shì)與電樞磁勢(shì)直接相加！第36頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月371、磁路不飽和直軸、交軸電樞反應(yīng)電抗：xad=xaq電樞反應(yīng)電抗：xa=xad=xaq同步電抗：xs=xa+x

1)、電壓平衡式2)、等值電路3)、矢量圖：第37頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月382、計(jì)及飽和電磁關(guān)系：

由負(fù)載條件和空載特性，可解算隱極同步發(fā)電機(jī)！查空載特性第38頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月39已知：U、I、，求E0步驟：1)求2)確定

F

3)求4)求

E0第39頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月40(在W1中)電抗的基本概念分析與討論X和L的定義X和L的大小決定因素電抗、電感名稱的理解磁路飽和對(duì)電抗的影響第40頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月41§9-4電樞反應(yīng)電抗和漏抗一、電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）1、直軸電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）xadId建立直軸電樞磁場(chǎng)：Fad建立的氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度：每極基波磁通：每相感應(yīng)電勢(shì)：令：則：第41頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月42直軸電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）xad：1、xad的物理意義：三相單位直軸電流產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在每相電樞繞組中所感應(yīng)的電勢(shì)2、磁路不飽和，常數(shù)，計(jì)及磁壓降，其值要小3、由結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，正比于W2/δ4、電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，是m相的合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其值既包括自感電抗，又包括互感電抗5、

當(dāng)某相電流為最大時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線與該相繞組的軸線重合，即每相繞組的磁通與電流同相位。所以，感應(yīng)電勢(shì)滯后磁通也即滯后電流90°。第42頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月432、交軸電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）xaqIq建立交軸電樞磁場(chǎng)：同理：交軸電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）∵∴3、隱極同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）xa勵(lì)磁磁勢(shì)正弦分布，所以電樞反應(yīng)電抗（不飽和值）電勢(shì)：第43頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月44二、電樞反應(yīng)電抗（飽和值）

飽和電樞反應(yīng)電抗也可用來表示電壓平衡關(guān)系，但飽和后同步電機(jī)一般采用空載特性和磁勢(shì)電勢(shì)矢量圖來分析電樞反應(yīng)電抗、同步電抗隨飽和程度的變化而變分析計(jì)算方法：空載特性+向量圖

第44頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月45漏磁：槽部：槽漏磁 齒頂漏磁端接部分：基本漏抗：諧波磁場(chǎng)：諧波漏抗：總漏抗：三、電樞繞組漏抗

與基波同頻第45頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月46§9-5外特性和調(diào)節(jié)特性一、外特性：

在一定的轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流時(shí)，端電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律。變化的原因：1、電樞反應(yīng)2、電阻和漏抗的壓降第46頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月47電壓調(diào)整率：在額定電壓下和額定負(fù)載工況下，切除負(fù)載而不改變勵(lì)磁電流時(shí)，端電壓變化相對(duì)額定電壓的百分比。E與U的大小關(guān)系？第47頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月48二、調(diào)節(jié)特性：

轉(zhuǎn)速不變，維持電壓不變時(shí)，勵(lì)磁電流隨負(fù)載電流變化的規(guī)律容性？第48頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月49§9-6短路特性和短路比同步發(fā)電機(jī)的短路特性是將同步電機(jī)定子繞組出線端短路后，定子電流隨勵(lì)磁電流變化的特性．短路試驗(yàn)也是同步電機(jī)的基本試驗(yàn)之一（短路比、同步電抗）．實(shí)驗(yàn)方法：輸出短接，拖到同步速，通入勵(lì)磁電流，改變勵(lì)磁電流，記錄短路電流第49頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月50

三相穩(wěn)定短路時(shí)，短路電流與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系。一、短路特性：短路特性是一條直線！第50頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月51二、短路運(yùn)行分析：交軸電流為0，去磁作用使氣隙磁場(chǎng)很弱，磁路不飽和！ra很??！第51頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月52穩(wěn)態(tài)短路時(shí)磁勢(shì)If與Ik近似成正比第52頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月53短路時(shí)端電壓U=0，氣隙電動(dòng)勢(shì)Eδ等于電機(jī)漏阻抗壓降Eδ

較小，Bδ較小合成磁動(dòng)勢(shì)Fδ較小去磁作用，電機(jī)磁路不飽和，不飽和電抗短路電流Ik與If近似成正比，數(shù)值不大穩(wěn)態(tài)短路的運(yùn)行特點(diǎn)：第53頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月54三、短路比：額定轉(zhuǎn)速條件下空載電壓為UN時(shí)的勵(lì)磁電流為If0短路比定義一：指勵(lì)磁電流為If0時(shí)的三相穩(wěn)定短路電流IK0與額定電流IN之比短路比定義二：空載額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流If0與三相短路電流等于額定電流時(shí)的勵(lì)磁電流IfK之比第54頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月55代入短路比公式？在短路試驗(yàn)時(shí)第55頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月56短路比的幾個(gè)結(jié)論短路比隨電機(jī)的飽和程度而增加，同時(shí)又隨電抗Xd的增大而減?。ㄔ褦?shù)、氣隙）短路比的大小對(duì)電機(jī)影響較大（短路電流、電壓變化率、并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性、體積重量）短路比的選擇要兼顧運(yùn)行性能和電機(jī)造價(jià)兩個(gè)方面第56頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2