第05章p-船舶同步电机

船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系第5章船舶同步电机第一节三相同步发电机的基本类型和结构第二节同步发电机的电枢反应第三节同步发电机的电势方程和相量图第四节同步发电机的运行特性第五节同步电动机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系第一节三相同步发电机的基本类型和结构以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。同步电机与其他电机一样，由定子和转子两大部分组成。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系旋转磁极式同步发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系旋转电枢式同步发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系三相同步发电机（旋转磁极式）定子与三相异步电机的相同，主要有嵌放在铁心槽中的三相对称绕组，转子上装有磁极和励磁绕组。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系当励磁绕组通以直流电流以后，电机内产生转子磁场，如用原动机带动转子旋转，则转子磁场与三相定子绕组间有相对运动，就会在三相定子绕组中感应出交流电势。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系定子部分定子是由定子铁心、定子三相绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。定子铁心由硅钢片叠压而成。定子铁心槽内嵌放三相依次相差120º电角度（或120º/P空间机械角度）的绕组，称为三相电枢绕组，是交流电路部分。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系转子部分转子磁极有两种结构形式隐极式凸极式（也称显极式）船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系自励同步发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系无刷同步发电机励磁系统主发电机G和励磁机LG都是三相同步发电机TYQ相复励调压装置船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系机械端口转子定子绕组定子铁心电端口ABC船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系汽轮发电机结构船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系600MW汽轮发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系国产300MW汽轮发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系国产200MW汽轮发电机定子船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系国产200MW汽轮发电机定子铁心船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系柴油机发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系三相交流同步发电机的基本工作原理当转子由原动机以恒定转速驱动。极性相间的励磁磁场随轴一起旋转，并依次切割定子各相绕组（相当于绕组导体反向切割励磁磁场）。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系定子三相电枢绕组就会感应出大小和方向按周期性变化的交变正弦电动势。由于三相电枢绕组在空间相差120º电角度，三相电动势相位也相差120º。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系空载电动势的有效值为EEkfNm002444/.船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系式中o为每极下的总磁通.空载电动势的频率f与转子的转速n和磁极对数p成正比,即fpn60由以上可得EKne00Ke为电势常数船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系额定容量，连接方式,线电压,额定频率，磁极对数,额定转速,采用绝缘等级,冷却方式,设计标准环境温度等。铭牌数据船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系额定容量：指额定运行时电机的输出功率额定电压：指额定运行时定子的线电压额定电流：指额定运行时定子的线电流船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系额定转速：指额定运行时电机的转速额定功率因数：指额定运行时电机的功率因数额定频率：指额定运行时电枢的频率船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系通常把同步发电机转子转速为同步额定转速条件下，空载电动势E0与励磁电流的关系曲线称为同步发电机空载特性曲线E0=f（If）或称开路特性曲线。第二节同步发电机的电枢反应同步发电机空载运行船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系Er：剩磁电压（在额定转速下使If=0时所测得的电枢开路电压）。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系同步发电机对称负载运行同步发电机定、转子之间的气隙同时出现两个旋转磁场。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系当同步发电机接通负载时,三相电枢绕组的三相电流将产生旋转磁场a,这种旋转磁场称为电枢反应磁场。电枢反应电枢磁场对磁极主磁场的影响称为电枢反应船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系直轴directaxis称d轴交轴quadratureaxis称q轴将空间分成直轴、交轴后再进行分析船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系电枢反应效应与负载性质有关mfNjkE44.410空载电势aI电枢电流aFfF船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系1）电枢电流与空载电势同相位时（即Ψ=0）的电枢反应交轴电枢反应：使合成磁场的轴线从主磁极轴线方向往后偏斜了一个角度。mfNjkE44.410船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系d轴q轴U1U2W2V1W1V2NSfFaFF090电枢反应性质：交轴电枢反应船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系直轴去磁电枢反应：电枢磁场a与磁极磁场o在同一轴线上,但方向相反,起去磁效应使合成磁场o。2）电枢电流落后于空载电动势90时的电枢反应船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系d轴q轴U1U2W2V1W1V2NSfF电枢反应性质：直轴去磁电枢反应aF船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系直轴增磁电枢反应：电枢磁场a与磁极磁场o在同一轴线上,且方向相同,起增磁效应使合成磁场大于主磁场o。3）电枢电流超前于空载电动势90的电枢反应船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系d轴q轴U1U2W2V1W1V2NSfF电枢反应性质：直轴增磁电枢反应aF船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系4）通常情况下,发电机的负载多为一般电感性负载,即电枢电流落后于空载电动势的角度ψ小于90。一般电感性负载的电枢反应既有去磁效应又有交磁效应。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系d轴q轴U1U2W2V1W1V2NSfFaF090电枢反应性质：既有交轴,还有直轴去磁电枢反应船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系第三节同步发电机的电势方程和相量图同步发电机负载运行时，气隙中存在两个旋转磁场，即电枢磁场和主极磁场。这两个磁场各自在定子绕组中感应电势，这些电势的总和减去定子漏阻抗压降后，就可得到发电机的端电压。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系iRueeea0正弦电动势e0、ea和eσ是分别由转子旋转磁通0、电枢旋转磁通a和电枢绕组漏磁通σ产生的，Ra是电枢绕组的电阻。其电压平衡方程式为船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系相量分别表示为EEEUIRa.....0X=E/I称为电枢漏电抗;Xa=Ea/I称为电枢反应电抗。EjXIaa..相量分别表示为EjXI..和船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系电枢电路的相量电压方程可写为......0.)(IjXRUIjXIjXRIUEsaaa同步电抗Xs=Xa+X,同步阻抗Zs=Ra+jXs.船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系通常RaXs,可忽略,最常用的简化电压方程为EUjXIs...0船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系电感性负载的简化相量图相量E0和U之间的相位差角θ称为功率角船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系电阻性负载的简化相量图船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系电容性负载的简化相量图船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系直轴directaxis称d轴交轴quadratureaxis称q轴将空间分成直轴、交轴后再进行分析船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系当凸极式同步发电机负载运行时，由于其气隙不均匀，因此当同一电枢磁势作用在直轴将比作用在交轴时得到较大的电枢磁势。1凸极式同步发电机船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系当电枢磁势作用在直轴与交轴之间的任意位置时，需要将电枢磁势分解成直轴分量和交轴分量。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系直轴及交轴电枢磁场是同主极磁场相互独立地存在于同一磁路中，它们将各自产生对应的磁通，并在定子绕组里感应对应的电势。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系将凸极式同步发电机的电枢反应分解为直轴分量和交轴分量，从而导出两个同步电抗。双反应法再分别求出每一同步电抗所产生的电压降，这一方法称为双反应法。船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系不计磁饱和时，根据双反应理论，把电枢磁动势Fa分解成直轴和交轴磁动势Fad、Faq，分别求出其所产生的直轴、交轴电枢磁通、和电枢绕组中相应的电动势、，再与主磁通所产生的激磁电动势相量相加，便得一相绕组的合成电动势(通常称为气隙电动势)。adaqadEadE0E0E直轴directaxis交轴quadratureaxis船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系上述关系可表示如下：fIfF00EEadEadadFaFIaqaqEaqFEXIj船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系不计磁饱和时UjXRIEEEaaqad)(0adadIEaqaqIE船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系adEaqE可以用相应的负电抗压降来表示并考虑aqadaIIIadadadXIjEaqaqaqXIjE船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系式中，Xd和Xq分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗，它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反应的一个综合参数。qaqdadaaaqaqadadaaaqaqadadaaaXIjXIjrIUXXIjXXIjrIUXIjXIjXIjrIUE)()(0船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系qaqdadaaXIjXIjrIUE0凸极式同步发电机的电势方程为：船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系IIadIaUEojIadXaqjIaXqjIaqXqIaraaq图5-11感性负载时凸极式同步发电机电势相量图fadaqqaqdadaaXIjXIjrIUE0船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系凸极式同步发电机简化相量图船舶电气设备与系统课件2020/6/29轮机工程学院船电系2隐极式同步发电机qaqdadaaaqaqadadaaaqaqadadaaaXIjXIjrIUXXIjXXIjrIUXIjXIjXIjrIUE