15-3三相同步发电机的运行原理解析

1第三节隐极同步发电机的负载运行隐极同步发电机特点：气隙均匀，处于任意位置上，磁阻为常数，产生的气隙磁场Ba大小相同。aF当不考虑磁路饱和时，可以应用叠加原理。2fIfF00EIaFaEEEaarI1.磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程3写出一相回路电压方程式：aarIUEEEE0图15-13同步发电机各物理量正方向的规定1.磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程41）电枢反应电抗设定子电流有效值为I，则产生的三相合成电枢反应磁势的幅值为：IpNkFWa135.1aaaEFI电枢反应气隙磁通合成旋转磁势2.电枢反应电抗与同步电抗5电枢反应磁通：amaF：电枢反应磁通回路上的磁导m电枢反应电势：隐极机不计饱和，不计齿槽轮影响，气隙均匀，故m为常数。（a在定子上感应电势）故有：IFEaaaaWafNK.E14441）电枢反应电抗IpNkFWa135.1IaFaEa6引入比例系数：IExIxEaaaa比例系数xa称电枢反应电抗。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：aaxIjE1）电枢反应电抗IFEaaaIEa即：72）漏电抗IaFaEEaxIjE同理x称电枢漏电抗aF)(aa)(隐极发电机电枢漏磁场83）同步电抗xxxasxs称为隐极同步电机的同步电抗，不计饱和时，xs是一个常值。xxxas并且有同步电抗的物理意义：表征地对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势。9aarIUEEEEE0saaasaaxIjxxIjEExxxxIjExIjE;3.隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路和相量图saxIjrIUE01）方程式10aEEEaarIUEEE0EEEa0xIjxIjrIUEaa02）等效电路aaxIjExIjEUI0EaxIjxIjra11IUIraIxsjUIxsra0E0E1）等效电路和相量图xIjxIjrIUEaa0xxxassaxIjrIUE012第四节凸极同步电机的的负载运行隐极机:气隙均匀，m为常数IExEFIaaaaa一.不考虑饱和1.电磁过程和双反应理论凸极同步机：气隙不均匀．在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。13凸极同步机的气隙不均匀．在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。同一电枢磁势波作用在气隙不同处，会遇到不同的磁阻，产生不同的磁密。=F，=BS1.电磁过程和双反应理论141.电磁过程和双反应理论凸极电机气隙不均匀，处于不同位置，产生的气隙磁场Ba不同，处于d，q轴上时，分别产生出如图所示的磁势：aF15凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导adF)(adad)()(aqaqadF)(直轴电枢磁导交轴电枢磁导1.电磁过程和双反应理论16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。根据直轴和交轴的磁导，分别求出直轴和交轴的磁通密度波及磁通。求出在每相定子绕组中直轴电枢反应电势Ead和交轴电枢反应电势Eaq。双反应理论的基础是，当不计饱和时，适用叠加原理，用双反应法来分析凸极同步电机。1.电磁过程和双反应理论17双反应理论展开图1.电磁过程和双反应理论aqFNSaF0Fa181.电磁过程和双反应理论双反应理论相矢图表示19根据双反应理论，不考虑饱和凸极同步电机的电磁过程如下:fIfF00EIqIdIadFaqFadaqadEaqEEEarI1.电磁过程和双反应理论200EadEaqEE在电枢绕组任一相都存在aqEIUoO’adE0EEaaqadrIUEEEEE02.方程式一相回路方程式为21根据电磁关系，直轴电流分量Id产生直轴电枢反应磁势分量Fad基波幅值为adWadIPNk.F1351IqIdIadFaqFadaqadEaqEE3.直轴同步电抗与交轴同步电抗22dIadFadadEadadadadadRFFadWadfNK.E1444dadadadIFE3.直轴同步电抗与交轴同步电抗引入比例系数、计入相位关系：addadxIjE所以dadIE23同理qaqaqaqIFE所以qaqIEqIaqFaqaqE引入比例系数、计入相位关系aqqaqxIjE3.直轴同步电抗与交轴同步电抗24aqqaqaddadxIjExIjExad、xaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，它们分别反映出上述直轴和交轴电枢反应磁通的强弱。由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多，同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也都大得多，所以电抗xadxaq。3.直轴同步电抗与交轴同步电抗25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。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。3.直轴同步电抗与交轴同步电抗26一相回路电压方程式为：aqqaqaddadxIjExIjExxxaddxxxaqqaaqadRIUEEEEE03.凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图27xIjxIjxIjrIUEaqqadda0xIjxIjxIjxIjrIUqdaqqaddaqqddaxIjxIjrIUE0xIjEqdIII3.凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图28IUarId轴qqddaxIjxIjrIUE0dI0EqIddxIjqqxIjRQq轴qqqIxxIRQcos而思路：由R点做垂线，交于Q，则RQ与水平线间锐角为。ISqqxIRQSRcos3.凸极同步发电机的相量图293.凸极同步发电机的相量图方法：假设已知U，I及角、xd，xq求（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0E30IUarIqxIjQEq轴dIqIqqddaxIjxIjrIUE0qqxIjddxIj0EaqIxUUIxtgcossin13)计算：功角：与的夹角U0E3.凸极同步发电机的相量图31已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数ra、xd、xq。1)已知内功率因数角ψ按照电势方程式的关系作出相量图2)未知内功率因数角ψ1）利用方程式求出ψ：2）利用公式求出ψ：qaQxIjIrUEcossinarctanUIrUIxaq3.凸极同步发电机的相量图32二.考虑饱和对于实际同步电机，由于交轴方面气隙较大，交轴磁路可以认为不饱和，直轴磁路则要受饱和的影响。如果近似认为直轴和交轴方面的磁场相互没有影响，则可利用双反应理论，即交、直轴各自的合成磁动势及感应电动势可分别根据实际饱和情况由空载特性求取，求取的电磁关系如下33其中Fd、Fad、Faq均为折算到励磁绕组的等效励磁磁动势。用Fd和Faq查图15-20b所示空载特性得Ed和Eaq，则电枢任一相的电动势平衡方程式为aaqdrIUEEEEEE34若算得或或均为脉振。而或圆形旋转磁势。xtFFmsinsinxtFFmsincos)sin()cos(xtFFm)cos(xtFFm)sin(xtFFm判断磁势的性质：)cos(35.1)cos(35.1111xtIpNKxtIpNKfWW幅值不等、转向不同——椭圆形旋转磁势35判断磁势的性质：A、（电源三相对称），绕组故障ABC断线010010101160cos2sin32120sin21202cos2sin120sinsinsin120sinsinsinsin00xtFxtFxxtFfffxtFfxtFffiiimmmCBAmBmAcBAC可知如图脉振36ABC断线01100110110011060cos21cos60cos60cos221coscos120cos21coscos21120sin120sinsinsin0120sinsin0xtFxtFxtFxtFxtxtFxtxtFfffxtFfxtFfftIitIiimmmmmmCBAmBmAcmBmAC可知如图正相旋转反相旋转椭圆形旋转磁场，正向旋转，超前电流相转向滞后电流相)cos(35.1)cos(35.1111xtIpNkxtIpNkfWW