电机学小结.

主要内容直流电机同步电机异步电机交流绕组变压器2014电机学小结120141203zengchengbi直流电机直流电机结构特点：通过换向器和电刷将交流变成直流；直流发电机工作原理；直流电动机工作原理；直流电机感应电势特点：电枢线圈内电势、电流方向是交流电，电刷两端是直流。2同步电机第十四章掌握结构特点与额定值第十五至第十七章都要求掌握三相同步发电机的运行原理同步发电机的稳态运行特性及参数的测定同步发电机并联运行第十八章同步发电机的异常运行分析及处理要求掌握同步电机的序阻抗和暂态电抗第十九章同步电动机熟悉同步电动机的优缺点与调相机的特点3第十五章三相同步发电机的运行原理一.结构特点:（1）与异步电机相比特点：气隙大因为同步电机双边励磁，气隙大，同步电抗小，电机的稳定运行好；异步电机单边励磁，转子边感应电势，气隙小，励磁电流小，效率高,功率因数高；（2)转子特点：隐极发电机，气隙均匀，汽轮发电机一般采用。凸极发电机，气隙不均匀,适合于中速或低速旋转场合一般水轮发电机采用凸极。4二.电枢反应1.什么叫电枢反应？电枢反应的性质有哪些？电枢反应的性质由什么决定？电枢磁动势对气隙磁动势的影响；电枢反应的性质有去磁、助磁和交磁。电枢反应的性质取决于这两个磁势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电势和电枢电流之间的相位差，即角度有关，角主要由决定于负载的性质。52.根据负载，利用时空相矢图判断电枢反应的性质当=90°时，产生去磁电枢反应，发电机端电压将降低；当=-90°时，产生助磁电枢反应，发电机端电压将升高；当=0°时，产生交磁电枢反应，发电机频率将降低；若要保持频率不变，应增加原动机输入。6三.隐极同步发电机的负载运行1.电磁过程fIfF00EIaFaEEEaarI72.电枢反应电抗与同步电抗定子绕组匝数增加，xs，励磁绕组匝数增加，xs=C；气隙增大，xs；饱和程度，xs。xxxasaaNx2183.隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路和相量图saxIjrIUE0UIxsra0EIUIraIxsj0E带感性负载9四.凸极同步电机的的负载运行1.电磁过程和双反应理论双反应理论——电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直轴电枢反应磁势Fad和交轴上的交轴电枢反应磁势Faq。fIfF0IqIdIadFaqFadaqadEaqEEEarI102.直轴同步电抗与交轴同步电抗直轴同步电抗为xd=xad+x交轴同步电抗为xq=xaq+xxd和xq表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为1A时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电势。由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大，所以电抗xdxq。隐极机同步电机xs*在0.9~3.5；凸极同步机xd*在0.6~1.6（交轴xq*在0.4~1.0）。隐极机同步电机可看成凸极同步电机xd=xq=xs的一种特例113.凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图qqddaxIjxIjrIUE012（1）作，UIIUqaQxIjrIUE)2(arIqxIjQEq轴dIqIqdIII)3(qqddaxIjxIjrIUE0)4(qqxIjddxIj0E所在的方向q轴，确定QE第十六章同步发电机的稳态运行特性及参数的测定一.空载特性与短路特性1.空载特性E0=f(If)或E0=f(Ff)电机额定运行于曲线刚好弯曲处，电机的磁路不过于饱和并且材料充分利用。如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节困难；如饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且铁心利用率较低，铁心耗材较多。132.短路特性短路特性曲线I=f(If)因为短路时，短路电流仅受电机本身阻抗的限制，由于电枢电阻很小可以忽略，即短路电流为纯电感电流，电枢反应为纯去磁作用，此时的气隙合成磁势很小，处于不饱和状态。所以，短路特性为一直线。I0INIfKIf短路特性与空载特性可以求取xd不饱和值14短路比及短路比大小与运行性能、电机成本的关系空载电势等于额定电压时的励磁电流称空载额定励磁电流Ifo，在励磁电流为If0时做三相稳定短路试验测得的短路电流Ik，与额定电流IN之比叫短路比Kc。fkfNkCIIIIK0短路比又可定义成：空载时使空载电压为额定值的励磁电流If0与短路时使短路电流为额定值的励磁电流Ifk的比值。15Kc大，xd小，气隙大，电机尺寸大；励磁磁势大，成本高。但短路电流大；当负载变化时，(I变化时)，Ixd阻抗压降变化小，电压变化率小；稳定性好。*dsCxKK短路比及短路比大小与运行性能、电机成本的关系16三.零功率因数负载特性：)(;cos;;1fNIfUconstIInnUIfIfQA0由空载特性及零功率因数负载特性求xd饱和值空载特性及零功率因数特性曲线求定子漏电抗17四.同步发电机的运行特性外特性)(;cos;;1IfUconstconstInnfUI0UNcos=0.8(滞后)cos=0.8(超前)cos=1IN%1000NNUUEu在感性负载和纯电阻负载时，外特性是下降的，这是由于电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降所引起。在容性负载且内功率因数角为超前时，由于电枢反应的增磁作用和容性电流的漏抗电压上升，外特性亦可能是上升的。18调整特性)(;cos;;1IfIconstUUnnfNIf0U=UNcos=0.8(滞后)cos=0.8(超前)cos=1INIfN•cos=0.8(滞后)和cos=1，当I↑，电枢反应去磁作用↑，要保持U=const应使If↑。•cos=0.8(超前)当I↑，电枢反应助磁作用↑，要保持U=const应使If↓。19五.稳态参数的实验测定用转差法可以测出凸极同步电机的纵轴同步电抗xd和横轴同步电抗xq值。测定原理：定子外加三相对称电压→三相对称电流→圆形旋转磁场Fa，速度n1，转子此时速度为n，故Fa与转子间有相对运动。当Fa与转子d轴一致时，Rad小，xd大，电流表读数最小，电压表读数最大。当Fa与转子q轴一致时，Raq小，xq大，电流表读数最大，电压表读数最小。minmaxIUxdmaxminIUxq20第十七章同步发电机并联运行一.并联投入的条件与方法1.条件发电机的励磁电势应与电网电压相等即E0Ⅱ=U2Ⅱ=UI发电机的频率与电网频率相等fⅡ=fI并联合闸瞬间，发电机与电网的对应相的电压应同相位，亦即与发电机与电网回路电势为零相序相同波形相同21一.并联投入的条件与方法2.投入并联的方法准确同步法：准确同步法并网时无冲击电流，但很麻烦，对危急情况不适用。自同步法：用于事故状态下的并车。操作简便迅速，不需增添设备，但冲击电流大。22二.同步发电机的功角特性1.隐极发电机的有功功角特性sin0semxUEmP功角特性曲线电压降低或励磁电流增加曲线如何变化？PemδmUE0/xs0当功角=90º时，电磁功率达到最大值，它正比于励磁电压，反比于同步电抗900180023无功功角关系当E0，U，xs一定时，Q=f(δ)Pemδ0QPemQSSxUmxUEmQ20cos当Q0，发电机发出感性无功（吸收容性）。当Q0，发电机吸收感性无功（发出容性）。24Pemδ0321ememdqdemPPxxmUxUEmP22sin)11(sin202.凸极同步发电机的功角特性励磁功率E0磁阻功率，由于dq轴气隙不均匀引起253.功角δ的双重物理意义在时间上：端电压和励磁电势之间的相位差在空间上：合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。稳定运行时，Ff和F之间无相对运动，恒定。δ：①与的夹角②转子磁极中心轴线与气隙磁极中心轴线的夹角（与的夹角）FfFU0E26三.并列运行时有功功率的调节与静态稳定1.有功功率调节并联于无穷大电网的同步发电机要调节有功功率输出，只有调节原动输入。在功率极限角范围内，输入转矩越大，有功功率输出越大。功角越大，发出感性无功越小。2.静态稳定什么是静态稳态？静态稳定的判据；0ddPPemsyn在电机稳定区域内，Psyn越大，越小，电机稳定性越好。27同步发电机与无穷大电网并联运行，稳定性判断：(1)短路比大的同步电机，其同步电抗小，和短路比小的同步电机比，在有功功率相同的情况下，功角要小些，故短路比大的同步电机稳定性较好；(2)输出有功功率相同时，过励状态状态下功角较小，故过励状态下稳定性好；(3)轻载时功角较小，故轻载时稳定性好。三.并列运行时有功功率的调节与静态稳定28四.并列运行时无功功率的调节与V型曲线1.无功功率调节：调节励磁电流If↑→功角δ↓→感性Q↑（有功功率P2不变）。调无功也是提高系统稳定性的一个有效手段2.V形曲线定义：并联于无穷大电网运行的同步发电机，输出有功功率为定值时，定子电流随激磁电流变化的规律，即：I=f(If).29曲线：IIf0欠励过励正常励磁领先滞后cos=1不稳定区Pem2Pem1Pem0发感性无功（吸收容性无功）012emememPPP30①曲线最低点的连线，即cosφ=1，向右倾斜；（为什么？）②不稳定区域，边缘连线向右倾斜；=900→不稳定区→失去同步;③励磁电流增大时，定子电流变化的规律。④为什么有功输出增加，曲线向上抬？曲线分析调原动机输入，使角变化→Q变化，静态稳定能力变化。稳定范围内P↑→感性Q↓，↑静态能力下降，维持静态稳定不变，必须相应增大If;调无功→只需调励磁，有功不变。31第十八章同步发电机的异常运行分析要求掌握：同步电机序阻抗和暂态电抗1.同步电机序阻抗正序电抗隐极机：x+=xs正序电阻r+=ra（每相定子绕组电阻）凸极机：x+介于xd及xq间，数值决定于正序旋转磁场与转子的相对位置。当发生三相对称稳态短路，电枢反应磁场在直轴，x+=xd（不饱合）。32转子上有阻尼绕组xD：为阻尼绕组漏抗且设各量已折到定子边，则直轴负序电抗为：xd-xadxDfxdDfaddxxxxxx1111若直轴无阻尼绕组：dfaddxxxxx111负序电抗33转子上有阻尼绕组xD：为阻尼绕组漏抗且设各量已折到定子边，则交轴负序电抗为：xq-xaqxxDqDaqqxxxxx111若交轴无阻尼：qaqqxxxx34负序电抗负序电抗根据不同情况去直轴和交轴负序电抗之间的值由于存在励磁绕组或阻尼绕组的作用，负序电抗总是小于同步电抗。从物理意义来说，负序磁场以两倍同步速相对转子旋转，转子上的励磁绕组和阻尼绕组都会感应两倍频率的电势和电流，按楞次定律，这些感应电流都产生削弱定子负序磁场的作用，使气隙中的负序磁场减小很多。由此可见，负序电抗标么值小于正序电抗标么值，但比定子漏抗标么值大。35负序电抗2.同步电机的暂态电抗和次暂态变电抗fDaddxxxxx1111faddxxxx111xdxadxxDfx直轴次暂态电抗等效电路36xqxaqxxD交轴次暂态电抗等效电路由于无阻尼绕组xq=x'qqqdddxxxxxxx'''''2.同步电机的暂态电抗和次暂态变电抗37第十九章同步电动机1.同步电动机特点:n=n1不变,n1=60f/p（调f可以调速）功率因数可以任意调节（调If）与异步电动机比，气隙大，电抗小，过载能力强。(xd小，Pemax大）。静态稳定好Tmax∝U；异步电动机T∝U2:η高。382.同步调相机调相机的调节只要调节励磁电流，就能灵活地调节无功功率的性质和大小。电力系统在大多数情况下呈感性，故调相机通常都是在过励状态，作为无功功率电源，提供感性