第3章同步发电机的基本方程.

第3章同步发电机的基本方程浙江工业大学信息学院王晶2是电力系统最重要的元件，它把机械能转化成电能，向电网发出交流电，是同步发电机最主要的运行方式。同步发电机浙江工业大学信息学院王晶3300MW水氢冷发电机结构发电机励端外端盖发电机内端盖浙江工业大学信息学院王晶4300MW水氢冷发电机结构转子定子绕组定子铁心冷却水管浙江工业大学信息学院王晶5汽轮发电机组浙江工业大学信息学院王晶6三峡左岸电站水轮机转子吊装水轮发电机组浙江工业大学信息学院王晶7第3章同步发电机的基本方程发电机3-0本章框架前提原始方程派克变换稳态浙江工业大学信息学院王晶8第3章同步发电机的基本方程axybzcffQQDDDD定子气隙定子绕组转子转子绕组励磁回路转子横轴阻尼绕组转子纵轴阻尼绕组浙江工业大学信息学院王晶9一理想同步电机第3章二正方向的选取3-1基本前提三等值电路浙江工业大学信息学院王晶10一理想同步电机(1)忽略磁路饱和、磁滞、涡流等的影响，认为电机铁芯部分的导磁系数为常数；3.1节axybzc浙江工业大学信息学院王晶11axybzc(2)电机转子在结构上对于纵轴和横轴分别对称；3.1节一理想同步电机(续1)横轴纵轴浙江工业大学信息学院王晶12（3）定子的abc三相绕组的空间位置互差120电角度，在结构上完全相同，它们均在气隙中产生正弦分布的磁动势；3.1节一理想同步电机(续2)axybzc浙江工业大学信息学院王晶13（4）电机空载、转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势在定子绕组所感应的空载电势是时间的正弦函数；3.1节一理想同步电机(续3)axybzc浙江工业大学信息学院王晶14（5）定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感，即认为电机的定子和转子具有光滑的表面。3.1节一理想同步电机(续4)axybzc浙江工业大学信息学院王晶15二正方向的选取1定子3.1节2转子3感应电势4转子与定子的相对位置浙江工业大学信息学院王晶16axybzcabc1定子绕组ax、by和cz轴彼此相差120°3.1节二正方向的选取(续1)浙江工业大学信息学院王晶17磁链的正方向：轴线的正方向轴线的正方向：正方向电流产生的磁链方向电流的正方向：流出abc，流入xyz3.1节1定子(续1)axybzcabcIIN浙江工业大学信息学院王晶18dq2转子极中心线d轴，称为纵轴或直轴极间轴q轴，称为横轴或交轴q轴比d轴滞后90°励磁绕组：f-f纵轴阻尼绕组：D-D横轴阻尼绕组：Q-Q3.1节二正方向的选取(续2)ffDDDDQQ浙江工业大学信息学院王晶19正方向电流产生的磁链方向与dq轴轴线的正方向一致3.1节2转子(续1)dqffDDDDQQIIN浙江工业大学信息学院王晶203感应电势dtde/3.1节二正方向的选取(续3)右手安培定则NIIe浙江工业大学信息学院王晶214转子与定子的相对位置tdt000为t=0时的初始角为常数时，=t+03.1节二正方向的选取(续4)axybzcabcdqff浙江工业大学信息学院王晶22三等值电路vavbvciaibicifLfrfvfef3.1节iDLDrDeDiQLQrQeQeaecebLaLbLcrrrACBffaxybzcN浙江工业大学信息学院王晶23本节结束点此进入下一节作业浙江工业大学信息学院王晶24一原始方程第3章二电感系数3-2同步发电机的原始方程三总结浙江工业大学信息学院王晶25一原始方程1电势方程3.2节2磁链方程浙江工业大学信息学院王晶261电势方程cccccbbbbbaaaaaridtdrievridtdrievridtdriev3.2节vavbvciaibiceaecebrLaarLbbrLcc一原始方程(续1)ifLfrfvfefiDLDrDeDiQLQrQeQ浙江工业大学信息学院王晶27QQQQQQDDDDDDfffffffirdtdireirdtdireirdtdirev003.2节1电势方程(续1)vavbvciaibiceaecebrLaarLbbrLccifrfLDLfvfefiDrDeDiQLQrQeQ浙江工业大学信息学院王晶28QQQQQQDDDDDDfffffffirdtdireirdtdireirdtdirev00电势方程fDQabcRsfDQabcfDQabcrrvvii00ΨΨvfDQ=[-vf00]Tcccccbbbbbaaaaaridtdrievridtdrievridtdriev☆☆3.2节1电势方程(续2)注意？QDfcbaQDfQDfcbaQDfcbaiiiiiirrrrrrdtddtddtddtddtddtdvvvvvv000000000000000000000000000000//////定子电阻矩阵转子电阻矩阵浙江工业大学信息学院王晶29QDfcQcDcfbQbDbfaQaDafcbacccbcabcbbbaacabaacbaiiiLLLLLLLLLiiiLLLLLLLLLQDfQQQDQfDQDDDffQfDffcbaQcQbQaDcDbDafcfbfaQDfiiiLLLLLLLLLiiiLLLLLLLLL2磁链方程LSSLSRLRSLRR3.2节一原始方程(续2)定子的自感系数定子绕组的互感系数定子与转子绕组的互感系数定子与转子绕组的互感系数转子的自感系数转子绕组的互感系数axybzcff浙江工业大学信息学院王晶30fDQabcRRRSSRSSfDQabciiLLLLΨΨ磁链方程☆☆3.2节2磁链方程(续1)浙江工业大学信息学院王晶31磁链方程电势方程3.2节一原始方程(续3)fDQabcRRRSSRSSfDQabciiLLLLΨΨfDQabcRsfDQabcfDQabcrrvvii00ΨΨ12个方程18个变量6个电压变量已知求解6个磁链变量6个电流变量浙江工业大学信息学院王晶32二电感系数定子绕组自感和互感系数3.2节axybzc转子绕组自感和互感系数定子绕组与转子各绕组间的互感系数复习浙江工业大学信息学院王晶331定子各相绕组的自感系数3.2节axybzc观察aLaa是转子位置角的周期函数，周期为p；b转子垂直位置时Laa出现最大值；c转子水平位置时Laa出现最小值；dLaa是转子位置角的偶函数。二电感系数(续1)a浙江工业大学信息学院王晶34090˚180˚270˚360˚Laa)120(2cos)120(2cos2cos202020llLllLllLccbbaal0•l0和l2为常数•l0l2•隐极机的l2=03.2节1定子各相绕组的自感系数(续1)注意l2浙江工业大学信息学院王晶352定子三相绕组间的互感3.2节二电感系数(续2)axybzc观察a互感系数Lbc恒为负值；bLbc是转子位置角的周期函数，周期为p；c转子垂直位置时Lbc绝对值最小；d转子水平位置时Lbc绝对值最大；by对cz浙江工业大学信息学院王晶36090˚180˚270˚360˚0Lbc3.2节2定子三相绕组间的互感(续1)注意)120(2cos)120(2cos2cos202020mmLmmLmmLabacbcm2m0•m0和m2为常数•m0m2•隐极机的m2=0•m2=l2浙江工业大学信息学院王晶373转子各绕组的自感和互感LfQ=LDQ=0Lff、LDD和LQQ、LfD均为常数3.2节二电感系数(续3)ffDDDDQQffDDDDQQaLaf是转子位置角的周期函数，周期为2p；b转子d轴与定子a相绕组轴线重合时，互感系数Laf最大；c转子d轴与定子a相绕组轴线反向时，互感系数Laf最小；d转子水平位置时Laf为0；浙江工业大学信息学院王晶384定子绕组与转子各绕组间的互感3.2节二电感系数(续4)axLafffLaDLaQDDDDQQ观察ff浙江工业大学信息学院王晶3910-1090˚180˚270˚360˚Laf)120cos()120cos(cosafcfafbfafafmLmLmL3.2节4定子绕组与转子各绕组间的互感(续1)maf浙江工业大学信息学院王晶40)120cos()120cos(cosaDcDaDbDaDaDmLmLmL)120sin()120sin(sinaQcQaQbQaQaQmLmLmL定子绕组与纵轴阻尼绕组间的互感定子各绕组与横轴阻尼绕组间的互感3.2节4定子绕组与转子各绕组间的互感(续2)浙江工业大学信息学院王晶41QDfcbaQQQcQbQaDDDfDcDbDafDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL00003.2节二电感系数(续5)常数为t的函数，周期变化浙江工业大学信息学院王晶423.2节三总结磁链方程电势方程fDQabcRRRSSRSSfDQabciiLLLLΨΨfDQabcRsfDQabcfDQabcrrvvii00ΨΨ浙江工业大学信息学院王晶43(1)定、转子绕组间的互感系数发生周期性变化；(2)定子各绕组的自感和互感系数发生周期性变化；(3)磁链方程中含大量的变系数；(4)电势方程是一组变系数的微分方程。3.2节三总结(续1)fDQabcRsfDQabcfDQabcrrvvii00ΨΨfDQabcRRRSSRSSfDQabciiLLLLΨΨ变系数微分方程，求解困难浙江工业大学信息学院王晶44派克变换美国工程师Park1929年3.2节三总结(续2)浙江工业大学信息学院王晶45旋转坐标变换3.2节三总结(续3)派克变换如果能让定子落在与转子同步旋转的坐标系上，电感应该为常数如何把定子变换到与转子同步旋转的坐标系上呢？定子电感、定子和转子互感为t周期函数的原因：转子不对称，定子与转子之间有相对运动。浙江工业大学信息学院王晶46本节结束点此进入下一节作业浙江工业大学信息学院王晶47一坐标变换和dq0系统第3章二电势方程的派克变换3-3dq0坐标系的同步电机方程三磁链方程的派克变换四派克方程*五采用标幺制的派克方程浙江工业大学信息学院王晶48一坐标变换和dq0系统)120cos()120cos(cos)cos(0mcmbmmaIiIiItIiθabcaibicimI1abc系统和通用相量同步转速旋转的通用相量mI3.3节a相电流初始相位角浙江工业大学信息学院王晶492通用相量和dq0系统0t0t相对于dq轴静止mIdq轴??3.3节一坐标变换和dq0系统(续1)