15-3三相同步发电机的运行原理解析优秀PPT.ppt

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1、第三节第三节 隐极同步发电机的负载运行隐极同步发电机的负载运行 隐极同步发电机特点隐极同步发电机特点隐极同步发电机特点隐极同步发电机特点：气隙均匀气隙均匀气隙均匀气隙均匀，处于任意位置上，磁阻为常数，处于任意位置上，磁阻为常数，处于任意位置上，磁阻为常数，处于任意位置上，磁阻为常数，产生的气隙磁场产生的气隙磁场产生的气隙磁场产生的气隙磁场B Ba a大小相同。大小相同。大小相同。大小相同。当不考虑磁路饱和时，可以应用叠加原理。当不考虑磁路饱和时，可以应用叠加原理。当不考虑磁路饱和时，可以应用叠加原理。当不考虑磁路饱和时，可以应用叠加原理。11.1.1.1.磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程磁

2、路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程2写出一相回路电压方程式：写出一相回路电压方程式：写出一相回路电压方程式：写出一相回路电压方程式：图图15-13 同步发电机各物理量正方向的规定同步发电机各物理量正方向的规定 1.1.1.1.磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程31）电枢反应电抗）电枢反应电抗 设定子电流有效值为设定子电流有效值为I，则产生的三相合成，则产生的三相合成电枢反应电枢反应磁势磁势的幅值为：的幅值为：2.2

3、.电枢反应电抗与同步电抗电枢反应电抗与同步电抗4电枢反应磁通：电枢反应磁通：电枢反应磁通：电枢反应磁通：电枢反应磁通回路上的磁导：电枢反应磁通回路上的磁导：电枢反应磁通回路上的磁导：电枢反应磁通回路上的磁导电枢反应电势：电枢反应电势：电枢反应电势：电枢反应电势：隐极机不计饱和，不计齿槽轮影响，气隙匀整，故隐极机不计饱和，不计齿槽轮影响，气隙匀整，故隐极机不计饱和，不计齿槽轮影响，气隙匀整，故隐极机不计饱和，不计齿槽轮影响，气隙匀整，故m m 为常数。（为常数。（为常数。（为常数。（a a 在定子上感应电势）在定子上感应电势）在定子上感应电势）在定子上感应电势）故有：故有：故有：故有：1）电枢反

4、应电抗）电枢反应电抗5引入比例系数：引入比例系数：引入比例系数：引入比例系数：比例系数比例系数比例系数比例系数x xa a称电枢反应电抗称电枢反应电抗称电枢反应电抗称电枢反应电抗。考虑到相位关系后，每。考虑到相位关系后，每。考虑到相位关系后，每。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：相电枢反应电势为：相电枢反应电势为：相电枢反应电势为：1）电枢反应电抗）电枢反应电抗即：即：即：即：62）漏电抗漏电抗同理同理同理同理x x 称电枢漏电抗称电枢漏电抗称电枢漏电抗称电枢漏电抗隐极发电机电枢漏磁场隐极发电机电枢漏磁场隐极发电机电枢漏磁场隐极发电机电枢漏磁场73）同步电抗）同步电抗xs 称为隐极同步电机

5、的同步电抗，不计饱和时，称为隐极同步电机的同步电抗，不计饱和时，xs是是一个常值。一个常值。同步电抗的物理意义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。生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势。83.隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路和相量图和相量图和相量图和相量图 1 1）方程式）方程式92 2）等效电路）等效电路ra10raxsj xsra 1 1）等效电路和相量图）等效电路

6、和相量图11第四节第四节 凸极同步电机的的负载运行凸极同步电机的的负载运行 隐极机隐极机隐极机隐极机:气隙匀整，气隙匀整，气隙匀整，气隙匀整，m m 为常数为常数为常数为常数一一.不考虑饱和不考虑饱和1.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论凸极同步机：气隙不匀整在极面下的磁导大，凸极同步机：气隙不匀整在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。两极之间的磁导小。12凸凸凸凸极极极极同同同同步步步步机机机机的的的的气气气气隙隙隙隙不不不不匀匀匀匀整整整整在在在在极极极极面面面面下下下下的的的的磁磁磁磁导导导导大大大大，两两两两极之间的磁导小。极之间的磁导小。极之间的磁导小。极之间的磁导小。同同同

7、同一一一一电电电电枢枢枢枢磁磁磁磁势势势势波波波波作作作作用用用用在在在在气气气气隙隙隙隙不不不不同同同同处处处处，会会会会遇遇遇遇到到到到不不不不同同同同的的的的磁阻，产生不同的磁密。磁阻，产生不同的磁密。磁阻，产生不同的磁密。磁阻，产生不同的磁密。=F=F，=BS=BS1.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论131.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论 凸极电机气隙不均匀，凸极电机气隙不均匀，处于不同位置，产生的气处于不同位置，产生的气隙磁场隙磁场Ba不同，处于不同，处于d，q轴上时，分别产生出如图所轴上时，分别产生出如图所示的磁势：示的磁势：14凸极同步电机电枢反磁通及所

8、经磁路及磁导凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导直轴电枢磁导直轴电枢磁导交轴电枢磁导交轴电枢磁导1.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论15双双双双反反反反应应应应理理理理论论论论电电电电枢枢枢枢基基基基波波波波磁磁磁磁势势势势FaFa分分分分解解解解为为为为直直直直轴轴轴轴上上上上的的的的直直直直轴轴轴轴电电电电枢枢枢枢反反反反应应应应磁磁磁磁势势势势FadFad和和和和交交交交轴轴轴轴上上上上的的的的交交交交轴轴轴轴电电电电枢枢枢枢反反反反应应应应磁势磁势磁势磁势FaqFaq。依依依依据据据据直直直直轴轴轴轴和和和和交交交交轴轴轴轴的的的的磁磁磁磁导导导导，分分分分别别别别求求求

9、求出出出出直直直直轴轴轴轴和和和和交交交交轴轴轴轴的的的的磁通密度波及磁通。磁通密度波及磁通。磁通密度波及磁通。磁通密度波及磁通。求求求求出出出出在在在在每每每每相相相相定定定定子子子子绕绕绕绕组组组组中中中中直直直直轴轴轴轴电电电电枢枢枢枢反反反反应应应应电电电电势势势势EadEad和和和和交轴电枢反应电势交轴电枢反应电势交轴电枢反应电势交轴电枢反应电势EaqEaq。双双双双反反反反应应应应理理理理论论论论的的的的基基基基础础础础是是是是，当当当当不不不不计计计计饱饱饱饱和和和和时时时时，适适适适用用用用叠叠叠叠加加加加原理，用双反应法来分析凸极同步电机。原理，用双反应法来分析凸极同步电机。

10、原理，用双反应法来分析凸极同步电机。原理，用双反应法来分析凸极同步电机。1.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论16双反应理论绽开图双反应理论绽开图1.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论F Fa a171.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论双反应理论相矢图表示双反应理论相矢图表示18 依据双反应理论，不考虑饱和凸极同步电机的电磁过程依据双反应理论，不考虑饱和凸极同步电机的电磁过程依据双反应理论，不考虑饱和凸极同步电机的电磁过程依据双反应理论，不考虑饱和凸极同步电机的电磁过程如下如下如下如下:1.1.电磁过程和双反应理论电磁过程和双反应理论19在电枢绕组任一相都存在在

11、电枢绕组任一相都存在oO2.2.方程式方程式一相回路方程式为一相回路方程式为20 依据电磁关系，直轴电流重量依据电磁关系，直轴电流重量依据电磁关系，直轴电流重量依据电磁关系，直轴电流重量IdId产生直轴电枢反应产生直轴电枢反应产生直轴电枢反应产生直轴电枢反应磁势重量磁势重量磁势重量磁势重量FadFad基波幅值为基波幅值为基波幅值为基波幅值为 3.3.3.3.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213.3.3.3.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引入比例系数

12、、计入相位关系：引入比例系数、计入相位关系：所以所以 22同理同理同理同理 所以所以 引入比例系数、计入相位关系引入比例系数、计入相位关系3.3.3.3.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23x xadad 、x xaqaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应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电抗，它们分别反映出上述直轴和交轴电枢反应磁电抗，它们分别反映出上述直轴和交轴电枢反应磁电抗，它们分别反映出上

13、述直轴和交轴电枢反应磁通的强弱。通的强弱。通的强弱。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，由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多，由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多，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同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也都大同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也都大同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也都大得多，所以得多，所以得多，所以得多，所以电抗电抗电抗电抗 x xadad x xaqaq 。3.3.3.3.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直轴同步电抗与交轴同步电抗

14、直轴同步电抗与交轴同步电抗24直轴同步电抗为直轴同步电抗为直轴同步电抗为直轴同步电抗为 x xd d=x xadad+x x 交轴同步电抗为交轴同步电抗为交轴同步电抗为交轴同步电抗为 x xq q=x xaqaq+x x x xd d和和和和x xq q表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为1 1A A时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电势。时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电势。时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电势。时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电势。隐极机同步电机隐极机同

15、步电机隐极机同步电机隐极机同步电机x xs*s*在在在在0.93.50.93.5；凸极同步机凸极同步机凸极同步机凸极同步机x xd*d*在在在在0.61.60.61.6（交轴（交轴（交轴（交轴x xq*q*在在在在0.41.00.41.0）。）。）。）。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x xd d=x xq q=x xs s的一的一的一的一种特例。种特例。种特例。种特例。3.3.3.3.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25一相回

16、路电压方程式为：一相回路电压方程式为：一相回路电压方程式为：一相回路电压方程式为：3.3.凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图 263.3.凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图 27 d轴轴RQ q轴轴思路：由思路：由思路：由思路：由R R点做点做点做点做 垂线，垂线，垂线，垂线，交于交于交于交于QQ，则，则，则，则RQRQ与水平线间与水平线间与水平线间与水平线间锐角为锐角为锐角为锐角为 。S3.3.凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图 283.3.凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图 方法：方法：

17、假设已知假设已知U，I及及 角、角、xd，xq求求（1 1）作）作 ，q轴轴 所在的方向所在的方向q轴，轴，确定确定 29 q轴轴 3)计算计算：功角功角 ：与与 的夹角的夹角3.3.凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图 30已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数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)1)已知内功率因数角已知内功率因数角已知内功率因数角已知内功率因数角依据电势方程式的关系作出相量图依据电势方程式的关系作出相量图依据电势方程式的关系作出相量图依据电势方程式的关系作出相量图2)2)未知内功率因数角未知内功率因数角未知内功率因数角未知内功率

18、因数角1 1）利用方程式求出）利用方程式求出）利用方程式求出）利用方程式求出：2 2）利用公式求出）利用公式求出）利用公式求出）利用公式求出：3.3.凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图 31二二.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，交对于实际同步电机，由于交轴方面气隙较大，交对于实际同步电机，由于交轴方面气隙较大，交对于实际同步电机，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轴磁路可以认为不饱和，直轴磁路则要受饱和的轴磁路可以认为不饱和，直轴磁路则要受饱和的轴磁路可以认为不饱和，直轴磁路则要受饱和的影响。影响。影响。影响。假如近似认为直轴

19、和交轴方面的磁场相互没有影假如近似认为直轴和交轴方面的磁场相互没有影假如近似认为直轴和交轴方面的磁场相互没有影假如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、直轴各自的合响，则可利用双反应理论，即交、直轴各自的合响，则可利用双反应理论，即交、直轴各自的合响，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依据实际饱和状况成磁动势及感应电动势可分别依据实际饱和状况成磁动势及感应电动势可分别依据实际饱和状况成磁动势及感应电动势可分别依据实际饱和状况由空载特性求取，求取的电磁关系如下由空载特性求取，求取的电磁关系如下由空载特性求取，求取的电磁关系如下由空载特性

20、求取，求取的电磁关系如下 32其中其中其中其中F F d d、F F adad、F F aqaq均为折算到励磁绕组的等均为折算到励磁绕组的等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。用效励磁磁动势。用效励磁磁动势。用F F d d和和和和F F aqaq查图查图查图查图15-20b15-20b所示空所示空所示空所示空载特性得载特性得载特性得载特性得E Ed d和和和和E Eaqaq，则电枢任一相的电动势平衡方，则电枢任一相的电动势平衡方，则电枢任一相的电动势平衡方，则电枢任一相的电动势平衡方程式为程式为程式为程式为 33 若算得若算得若算得若算得或或或或或或或或

21、均为脉振。均为脉振。均为脉振。均为脉振。而而而而或或或或圆形旋转磁势。圆形旋转磁势。圆形旋转磁势。圆形旋转磁势。推断磁势的性质：推断磁势的性质：推断磁势的性质：推断磁势的性质：幅值不等、转向不同幅值不等、转向不同幅值不等、转向不同幅值不等、转向不同椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势34推断磁势的性质：推断磁势的性质：A、（电源三相对称），绕、（电源三相对称），绕组故障组故障A AB BC C断线断线断线断线脉振脉振脉振脉振35A A A AB B B BC C C C断线断线断线断线正相旋转正相旋转正相旋转正相旋转反相旋转反相旋转反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椭圆形旋转磁场，正向旋转，超前电流相转向滞后电流相椭圆形旋转磁场，正向旋转，超前电流相转向滞后电流相椭圆形旋转磁场，正向旋转，超前电流相转向滞后电流相36