电机学 教学CH 三相同步发电机的运行原理.pptx

《电机学 教学CH 三相同步发电机的运行原理.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机学 教学CH 三相同步发电机的运行原理.pptx（106页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1第1页/共106页2第2页/共106页3第3页/共106页4第4页/共106页5第5页/共106页6 同步发电机空载运行的电磁关系为同步发电机空载运行的电磁关系为 建立空载磁场的励磁磁动势建立空载磁场的励磁磁动势Ff的大小和空间分布与电机的结构有关。的大小和空间分布与电机的结构有关。1.空载运行时的电磁过程空载运行时的电磁过程第6页/共106页7第7页/共106页8第8页/共106页9第9页/共106页10增大，可使气隙磁通密度分布较接近正弦波形。增大，可使气隙磁通密度分布较接近正弦波形。第10页/共106页11010444WfNK.E 601pnf 第11页/共106页12)(0fIfE

2、fIE000, 0EUI00EffIF 第12页/共106页13第13页/共106页14第14页/共106页15第15页/共106页16和感应的基波电动势都降为未饱和值的和感应的基波电动势都降为未饱和值的1/ks，即所，即所需磁动势是未饱和时的需磁动势是未饱和时的ks倍（即倍（即Ff=ksF ）。）。oaNsUEoadnaback0第16页/共106页170E0abc1ngd0If(Ff)Ff0F，成本用铜量导体匝数导体截面饱和fffffIIF第17页/共106页18第18页/共106页19第19页/共106页20第20页/共106页21 时轴：时轴：时间相量在其上投影可得瞬时值。时间相量在其

3、上投影可得瞬时值。第21页/共106页22度。度。00E0第22页/共106页23第23页/共106页24第24页/共106页25%uuuuKnu223221100第25页/共106页26第26页/共106页27第27页/共106页28第28页/共106页29气隙磁统aaffFIFI0第29页/共106页30u定子磁势定子磁势 定子三相对称绕组中通入对称三相电流产生定子三相对称绕组中通入对称三相电流产生基波电枢磁势基波电枢磁势Fa ：IpNkFWa135. 1（1） 大小：大小：1.三相同步电机带对称负载后的磁动势三相同步电机带对称负载后的磁动势 （2） 转速：转速： (r/min) pfn6

4、01（3）转向：通电相序）转向：通电相序A、B、C的方向，与转子同向；的方向，与转子同向；（4）极对数：和转子极对数）极对数：和转子极对数p相同，决定于绕组的相同，决定于绕组的节距节距y。第30页/共106页311fF1f12fffFk N i第31页/共106页32第32页/共106页33励磁磁势和电枢磁势的区别励磁磁势和电枢磁势的区别第33页/共106页34第34页/共106页350EI:.:)(,:,:00三者关系的时间相位角与是功角功率角与负载有关的时间相位角与是外功率因数角与电机参数及负载有关的时间相位角与是内功率因数角UEIUIE第35页/共106页36第36页/共106页37第3

5、7页/共106页38AE0AI第38页/共106页39 I第39页/共106页40BI.AI.CI.AE0.CE0.B0.E第40页/共106页41BI.AI.CI.AE0.CE0.B0.EfF第41页/共106页42 =0 时的时空相矢图时的时空相矢图 第42页/共106页43fFaFFafFFFaFaqF第43页/共106页44第44页/共106页45同步发电机负载电流滞后空载电势同步发电机负载电流滞后空载电势90时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴q 轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNSFa A相电流瞬时值达最大值时，相电流瞬时值达最大值时，A相电势瞬时值为相电势瞬

6、时值为零，此时主磁极轴线位于零，此时主磁极轴线位于A相轴线的反向位置，为相轴线的反向位置，为直直轴电枢反应。轴电枢反应。第45页/共106页46 转子磁势和电转子磁势和电枢磁势一同作用在枢磁势一同作用在直轴上，方向相反，直轴上，方向相反，电枢反应为电枢反应为纯去磁纯去磁作用，合成磁势的作用，合成磁势的幅值减小。幅值减小。 这一电枢反应这一电枢反应称为称为直轴去磁电枢直轴去磁电枢反应反应。 第46页/共106页47同步发电机负载电流超前空载电势同步发电机负载电流超前空载电势90时轴AE0.CE0.BE0.CI.BI.AI.d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴助磁电枢反应直轴助磁

7、电枢反应Fa第47页/共106页48 此时此时Ff与与Fa之间之间的夹角为的夹角为0 ，即二者，即二者同相，转子磁势和电同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电轴上，方向相同，电枢反应为枢反应为纯增磁纯增磁作用，作用，合成磁势的幅值加大。合成磁势的幅值加大。 这一电枢反应称这一电枢反应称为为直轴增磁电枢反应直轴增磁电枢反应。 第48页/共106页49 I0 E时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS既有交轴又有直轴去磁电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0Fa滞后励磁电势滞后励磁电势 一锐角

8、一锐角 (5) 一般情况下的电枢反应一般情况下的电枢反应 第49页/共106页50(5) 一般情况下的电枢反应一般情况下的电枢反应 第50页/共106页51第51页/共106页52第52页/共106页53第53页/共106页54不同不同角的电枢反应角的电枢反应 位置位置夹角夹角记作记作电枢反电枢反应性质应性质对电机的影响对电机的影响=负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴+90+900 0交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴+90+900 0直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=-90=-900 0d d轴轴+90+900 0

9、直、助直、助增强增强不变不变上升上升C C0 00 090900 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L- -90900 00 xaq电抗与匝数平方及磁导的乘积成正比。电抗与匝数平方及磁导的乘积成正比。2adadxN2aqaqxN2. 直轴同步电抗与交轴同步电抗直轴同步电抗与交轴同步电抗 第91页/共106页922. 直轴同步电抗与交轴同步电抗直轴同步电抗与交轴同步电抗 第92页/共106页93 直轴同步电抗为直轴同步电抗为 xd =xad+x 交轴同步电抗为交轴同步电抗为 xq =xaq+x xd和和xq表征了当对称三相直轴或交轴电流每

10、表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为相为1A时，三相总磁场在电枢绕组中每相感时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电势。应的电势。 隐极机同步电机隐极机同步电机xs*在在0.93.5，凸极同步机，凸极同步机xd*在在0.61.6（交轴（交轴xq*在在0.41.0）。）。 隐极机同步电机可看成凸极同步电机隐极机同步电机可看成凸极同步电机xd = xq =xs的一种特例。的一种特例。 2. 直轴同步电抗与交轴同步电抗直轴同步电抗与交轴同步电抗 第93页/共106页943.磁路不饱和时凸极同步发电机的回路电磁路不饱和时凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图压方程式和相量图 一相回路电压方程式为：一相回

11、路电压方程式为： aqqaqaddadxIjExIjE xxxadd xxxaqq 0adaqaEEEEEUI rqdIII第94页/共106页95aqqaqaddadxI jExI jExxxaddxxxaqqxIjE0dqaadaqEUI rj I xj I xj I xqdIIIdqdqaadaqUI rj I xj I xj I xj I x0dqadqEUI rjI xjI x0adaqaEEEEEU Ir第95页/共106页96IU d轴qqddaxI jxI jrIUE0实际应用中实际应用中,E0， 未知未知dI0EqIddxI jqqxI j无法分成无法分成 和和 IdIqIq

12、qqIxxIRQcos而已知已知 、 如何确定如何确定 相相位，即如何求出位，即如何求出 ? ?IU0ERQ ar I思路：由思路：由R点做点做 垂线，垂线，交于交于Q，则，则RQ与水平与水平线间锐角为线间锐角为 I第96页/共106页97IU d轴)( )()( 0qddqaqddqqdaqdqdqqddaqqddaxxI jx I jr IUxxI jxIIjr IUxI jxI jxI jxI jr IUxI jxI jr IUEdI0EqIddxI jqqxI j已知已知 、 如何确定如何确定 相位，即如何求出相位，即如何求出 IU0ERQ ar Iqaqddx I jr IUxxI

13、jE)(0相量相量 和和 相互垂直，相互垂直， 所所以相量以相量 与与 同相，把上式右边合成就能同相，把上式右边合成就能找到找到 的位置。的位置。0EdI)(qddxxI j0E0Eqx I j第97页/共106页98IU d轴qqddaxI jxI jrIUE0dI0EqIddxI jqqxI j作图步骤作图步骤 ar Iqx I j第98页/共106页99相量图作图方法：假设已知相量图作图方法：假设已知U，I及及 角、角、Xd，Xq求求（1）作）作 ，UI0 EIU qaQXIjRIUE )2(aRI qXIj QE q轴qIdIqdIII )3(qqddaXIjXIjRIUE 0)4(q

14、qXIj ddXIj 0 E aqIRUUIXtg cossin13)、计算：、计算：4)功角功角 ： 与与 的夹角的夹角U0 E所在的方向所在的方向q轴，确定轴，确定 QE 第99页/共106页100（1）作）作 ，UIqaQXIjRIUE )2(qdIII )3(qqddaXIjXIjRIUE 0)4(aqIRUUIXtg cossin1计算计算 ：功角功角 ： 与与 的夹角的夹角U0 E所在的方向所在的方向q轴，确定轴，确定 QE 第100页/共106页101凸极发电机的相量图凸极发电机的相量图 已知发电机的端电压、负载电流和功率因已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数数及参数ra

15、 、xd、xq 。 1、已知内功率因数角、已知内功率因数角按照电势方程式的关系作出相量图。按照电势方程式的关系作出相量图。2、未知内功率因数角、未知内功率因数角利用公式求出利用公式求出：cossinarctanUIrUIxaq第101页/共106页102二二. .考虑饱和考虑饱和 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。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如果近似认为直轴和交轴方面的磁场相互没有影响

16、，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 第102页/共106页103 其中其中F d、F ad、F aq均为折算到励磁绕组的等均为折算到励磁绕组的等效励磁磁动势。用效励磁磁动势。用F d和和F aq查图查图15-20b所示空所示空载特性得载特性得Ed和和Eaq，则电枢任一相的电动势平衡，则电枢任一相的电动势平衡方程式为方程式为 aaqdrIUEEEEEE二二. .考虑饱和考虑饱和 第103页/共106页104 由于交轴气隙大，磁路仍设想为线性，则上式改写由于交轴气隙大，磁路仍设想为线性，则上式改写为为aqqadxI jxI jrIUE考虑饱和时凸极同步发电机的相矢图考虑饱和时凸极同步发电机的相矢图 二二. .考虑饱和考虑饱和 第104页/共106页105 本章内容结束本章内容结束第105页/共106页106感谢您的观看！第106页/共106页