同步发电机的基本电磁关系

1第十章同步发电机的基本电磁关系（对称稳态运行）主要内容：1.同步发电机的电枢反应。2．隐极发电机的方程式、相量图、等效电路。3．凸极发电机的方程式、相量图、等效电路。4．同步发电机的运行特性及参数测定。2空载运行：（定子绕组开路，I=0），转子励磁。励磁电流产生的磁通：励磁磁通1nn10()fffIF主磁通漏磁通0§10-1同步发电机的空载运行300AEE0120BEE0240CEE0104.44wEfwK0E：励磁电动势（空载电动势）1nn0()fEfi——空载特性。时，4时，——空载特性。所以也适用于负载情况。标幺值：基值：饱和系数1nn0()fEfi气隙线Gabc00ENUfFfFfi0fi0fFfi（1，1）0NffUUii0ffiKi0()ffF空载特性反映了电机的磁化曲线5§10-2三相同步发电机的电枢反应主要内容：1、电枢反应的概念2、时空相矢图时空相矢图上，各物理量之间的相位关系3、电枢反应的性质直轴以及交轴电枢反应的作用6§10-2三相同步发电机的电枢反应一、电枢反应的定义1101()()ffaiFnEIFn1faFFFEE——气隙电动势aF——电枢反应磁动势气隙磁动势：7二、时空相矢图⒈空间矢量：在空间上按余弦规律分布的量基波物理量（对整个电机而言）①励磁磁势：大小：正比于励磁安匝数位置：位于转子磁极轴线指向：N极方向转速：10fFB（）1()nNSA1fF0BAZBXCY1n8②电枢反应磁势大小：位置：指向：转速：aaFB（）1()n11.35awIwFkp9⒉时间相量：在时间上按余弦规律分布的量基波（有三相之分）；以A相为例①励磁电势（空载电势）大小：位置：依转子位置而定角频率：NSA1fF0BAZBXCY1n+•00AEE01104.44wEfwK10②电枢电流：I00SLSLEEIZZZZ0EILZ：内功率因数角11⒊时空相矢图（步骤）AAZBXCY1nNSt0E1fFANt0EIaF0B1fF0EIaF（1）：依转子位置而定（4）：位于磁势幅值的位置（2）：依电磁感应原理（3）：由内功率因数角确定aFAIBICI)(I1fF12⒊时空相矢图0AE1fF90aFIaF1fF901fFANt0EIaF0B③与之间相差（）特点：①落后于；②与同相位；13三、不同角时的电枢反应0aqFF1fFANt0EIaFFd轴q轴⒈时纵轴，直轴，d轴横轴，交轴，q轴②是实现机电能量转换的必要条件。交轴电枢反应磁势：作用：①使扭斜一个角；141fFAt0EIaFFaF9090adF090adF1fFAt0EIaFF90q轴d轴⒉时直轴电枢反应磁势：作用：①去磁作用；②，不产生切向力。⒊时：加磁作用15⒋时0901faFFFaadaqFFFsinsincoscosadadaqaqFFIIFFII11()fafadaqFFFFFF9001fFANt0EIaFFadFaqFdIqId轴q轴⒌时16aadaqFFFadFaqFFF小结：电枢反应的作用①②：去磁或加磁作用，影响的大小；③：使扭斜，是实现机电能量转换的必要条件；④具体情况视角而定。17§10-3隐极同步发电机的稳态分析主要内容：1.电磁感应过程2.三种分析方法：电势方程式、相量图、等效电路3.参数的物理意义漏抗、电枢反应电抗、同步电抗18§10-3隐极同步发电机的稳态分析一、不考虑饱和（叠加原理）1、电磁感应过程)(励磁电流fi1fF)(定子三相电流系统IaFaEE平衡与arIU0aE0E2、电势方程式（一相）190aaEEEUIrIarLZU0EEaE0aaEEEUIrEEjIxaEUIrjIx（1）漏磁电动势：20（2）电枢反应电动势aarIUEEE0aEaaEaFIaaEjIxax0()aaaaaaasEUIrEEUIrjIxjIxUIrjIxxUIrjIxasxxx—同步电抗：电枢反应电抗∝（3）电势方程式（一相）213、同步电抗：等效参数：综合参数IExaaaaaIFE三相（一相）aaEaxasxxx（1）（2）224、相量图0EEUIarIxIjaxIjsxIj0aaEEEUIrjIx0=aaasEUIrjIxjIxUIrjIxcosUI已知：、、、电机参数例：感性负载23几何关系：1sincossaIxUtgIrUarIU0EsxjIIAOCDEF240000Q：单机运行时，由负载性质决定。①：发感性无功；：发容性无功；②sLZZ：单机运行时，由决定。它决定了电枢反应的性质。③：功角，由输入功率的性质决定。0EU输入机械能：超前于，作发电机运行；U0E输入电能：落后于，作电动机运行。25⒌等值电路0aaasEUIrjIxjIxUIrjIx26二、考虑饱和（磁化曲线非线性，不能应用叠加原理）⒈电磁关系：⒉方程式：)(励磁电流fi1fF)(定子三相电流系统IaFFEE平衡与arIUafFFF1xIjrIUEa27aEUIrjIxcosUI已知：、、、电机参数E①作例：感性负载⒊相量图UUIEarIxIj0)(ffiF28②求（阶梯波）；FUUIEarIxIjF0A)(ffiF29③作（正弦波）FUUIFEarIxIjF0A)(ffiFF基波基波基波基波阶梯形波FkFf)(FkFf30等效条件：与产生的基波磁通相同。1fFfFfFfffffFkF1定子转子1fffFKF——波形系数1afKK——折和系数31④作aF1faFFF1fafFKFUUI1fFF0EEarIxIjfFfFDCBaaFk90aF90aFFA)(ffiF01fF⑤作0E⑥作32⒋电压调整率△U0100NNEUUU33§10-4凸极同步发电机的稳态分析主要内容：1、双反应理论2、电磁感应过程3、分析方法：电势方程式、相量图4、参数的物理意义及其大小关系直轴以及交轴电枢反应电抗、直轴以及交轴同步电抗34一、凸极电机不能采用隐极电机的分析方法隐极机特点：§10-4凸极同步发电机的稳态分析FBaFaB①气隙均匀，由，与同相位。aIEax②由于，是恒定参数。凸极机特点：aBaFax气隙不均匀，不同时，同一个产生的不同，因而不是常数。35aFaB1aBd轴q轴aFaB1aB90036d轴q轴290aFab37二、双反应理论（Blondel）aadaqFFF，adqIIIaddadadaqqaqaqIFEIFE三相三相adF1adBd轴q轴aqF1aqB38fi1fF00EIdIadFadadEqIaqFaqaqEEaUIr（励磁电流）系统定子三相电流()系统系统与平衡三、不考虑饱和时凸极同步发电机的稳态分析1.电磁过程0adaqaEEEEUIr39⒉电势方程式：dadadadIFE，，aaqadrIUEEEE0addadEjIxaqqaqEjIxEjIxadxaqx―直轴和交轴电枢反应电抗qaqaqaqIFE，，40——直轴和交轴同步电抗dadxxx0adadqaqEUIrjIxjIxjIx()adqdadqaqUIrjIIxjIxjIx()()adadqaqUIrjIxxjIxxaddqqUIrjIxjIxqaqxxxdxqx41⒊电抗的大小以及物理意义2dqaqxaqxqx211adaddxw211aqaqqxwadaqxxdqxxad2dqdxxadx42⒋相量图0addqqEUIrjIxjIx0dddqaqqdqEjIxjIxUIrjIxjIx0()QddqaqEEjIxxUIrjIx0ddaqqEjIxUIrjIxUI已知：、、、参数，例：感性负载431sincosqaIxUtgIrU0coscosaddEUIrIx44§10-5同步发电机的运行特性及参数测定主要内容：1、运行特性空载特性、短路特性、零功率因数特性2、由运行特性求取电机参数的方法漏抗（普梯电抗）、d轴同步电抗、短路比45§10-5同步发电机的运行特性及参数测定一、空载特性饱和系数：10()fnnIUfi，，空载特性fi0E0E00fiNUfi气隙线00ffNiEKiU46二、短路特性分析：1,0,()kfnnUIfi时0U0ar0asksEUIrjIxjIxdkII0qI0fifkikINI0kEI90adaFF0aqFadF所以，，，起去磁作用。短路电流只有直轴分量。47akEUIrjIxjIxkIaF90aF1fFFxIjEk0E此时，其相量图如右。0fkiEI1faFFF0.1~0.2x1kI0.10.2E一般，当时，故短路特性为一条直线。所以磁路不饱和。48三、零功率因数特性1cos0()()fnnIUfi，滞后，常数时，0araEUIrjIxUjIxafFFF1EUxIjaFIFaF1fF1faFFFfaaFFKFfffaiiifai：电枢反应磁势的等效励磁电流。EUIx分析：49△AEF：特性三角形，普梯三角形fifi0NUUfaifkiIxBCAFEK空载特性零功率因数特性fffaiiiEUIx50四、参数测取⒈漏抗：由空载特性和零功率因数特性求取。()()EAxI相值相值fifi0NUUfaifkiIxBCAFEK空载特性零功率因数特性o'短路点OFOKpxx(1.11.3)pxxpxx普梯电抗fi负载时，转子漏磁比空载时大，实际测得的大于理论值。隐极机：凸极机：51⒉同步电抗的不饱和值：由空载特性和短路特性求取。凸极机：短路时，dkII0qI0kdEjIx0()()dkExI相值相值空载特性短路特性fikI0E0EkIfi00Edx注意：由于电机短路时，磁路不饱和，所以得到的为不饱和值。此时，从气隙线获得。52⒊短路比：由空载特性和短路特性求取。cKNffkNcIiiIK时000fNfkkNiUUiII时时0kNdcNNIExKII0NNdNEUIxU1dkx空载特性短路特性fikI0E0E00fiNUfifkiacbdNIkNI气隙线53对电机特性的影响：①↑→↓→↓（电机运行性能好）；②↑→电机的静态稳定性好；③↑→↓→↓→↑→↑→转子↑→定子↑→成本高。cKcKdxUcKdxmfFffwi