第八章同步电机PPT讲稿.ppt
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1、第八章同步电机第1页,共72页,编辑于2022年,星期三8.1同步电机的基本工作原理与结构8.1.1 同步电机的基本结构以汽轮发电机为例以汽轮发电机为例:定子铁心定子铁心:硅钢片叠成。:硅钢片叠成。机座:钢板焊接面成,有足够的强度和钢度。机座:钢板焊接面成,有足够的强度和钢度。电枢绕组电枢绕组:三相对称绕组:三相对称绕组铜线制成铜线制成定子定子(电枢电枢)转子铁心:采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成转子铁心:采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环:保护励磁绕组受离心力时不甩出护环:保护励磁绕组受离心力时不甩出励磁绕组:铜线制成励磁绕组:铜线制成滑环:引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组滑环:引励
2、磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环:支持护环,阻止励磁绕组轴向移动中心环:支持护环,阻止励磁绕组轴向移动转子转子第2页,共72页,编辑于2022年,星期三机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC返回第3页,共72页,编辑于2022年,星期三返回第4页,共72页,编辑于2022年,星期三1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 (1 1)定子铁心)定子铁心返回第5页,共72页,编辑于2022年,星期三返回第6页,共72页,编辑于2022年,星期三1 1、汽、汽轮发电轮发电机结构机结构返回第7页,共72页,编辑于2022年,星期三2 2、水轮发电机结构、水轮发电机
3、结构(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机第8页,共72页,编辑于2022年,星期三2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构转子结构转子结构10000kW10000kW水轮机转子水轮机转子第9页,共72页,编辑于2022年,星期三1.1.发电环节发电环节各种电机各种电机 引进引进600MW汽轮发电机汽轮发电机第10页,共72页,编辑于2022年,星期三国产国产300MW汽轮发电机汽轮发电机第11页,共72页,编辑于2022年,星期三国产国产200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子第12页,共72页,编辑于2022年,星期三国产国产200MW汽轮发电机定子铁
4、心汽轮发电机定子铁心第13页,共72页,编辑于2022年,星期三现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机第14页,共72页,编辑于2022年,星期三8.1同步电机的基本工作原理与结构8.1.2 同步电机的基本工作原理与分类一、同步发电机的基本工作原理大小大小:频率频率:励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场,原动机拖动转子以转速场,原动机拖动转子以转速 旋转时,其旋转时,其磁场切割定子绕组而感应交流电动势磁场切割定子绕组而感应交流电动势 .相序相序:由转子的转向决定。:由转子的转向决定。波形波形:由:由 可知,波形可知,波形取决于取决于 的空间分布。的空间分布。第1
5、5页,共72页,编辑于2022年,星期三U2U1W2V1W1V2发电机的物理过程发电机的物理过程可用图示表示可用图示表示旋转示意图1旋转示意图2第16页,共72页,编辑于2022年,星期三二、同步电机的分类按按运行运行方式,同步电机分发电机、电动机和调相机。方式,同步电机分发电机、电动机和调相机。按按结构结构型式,同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。型式,同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电机按磁极形状,又分隐极式和凸极式两种。旋转磁极式同步电机按磁极形状,又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机
6、和柴油发电机等。电机等。汽轮发电机一般作成隐极式,现代汽轮发电机均为汽轮发电机一般作成隐极式,现代汽轮发电机均为2 2极,转速为极,转速为30003000转转/分钟,水轮发电机采用凸极式,极数多,转速低。分钟,水轮发电机采用凸极式,极数多,转速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。第17页,共72页,编辑于2022年,星期三8.1.3 同步电机的额定值对同步发电机额定值之间关系为:对同步发电机额定值之间关系为:额定运行时加在额定运行时加在三相定子绕组上三相定子绕组上的线电压。的线电压。指电机额定运行时,输出功率的保证值。同步发电机是指输
7、出的额定视指电机额定运行时,输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率,单位是在功率或有功功率,单位是KVAKVA或或KWKW。电动机额定容量是指额定条件下转轴上。电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率,单位是输出的机械功率,单位是KWKW。调相机用。调相机用KVAKVA或或KvarKvar表示。表示。在额定运行状在额定运行状态下三相定子态下三相定子绕组的线电流绕组的线电流.第18页,共72页,编辑于2022年,星期三8.2 同步发电机的空载运行电磁关系:电磁关系:空载特性:空载特性:同步发电机被原动机拖动到同步转速,励磁绕组中通入直流同步发电机被原动机拖动到同步转
8、速,励磁绕组中通入直流电流电流 ,定子绕组开路的运行称为,定子绕组开路的运行称为空载运行空载运行。空载电动势空载电动势 大小:大小:第19页,共72页,编辑于2022年,星期三8.3 同步电机的电枢反应电枢反应电枢反应:电机带上负载后,电枢磁动势的基波在气隙中使气隙电机带上负载后,电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应这种影响称为电枢反应.电枢反应的性质,取决于电枢磁动势基波电枢反应的性质,取决于电枢磁动势基波 和励磁磁动势基波和励磁磁动势基波 之间的相对位置,即与空载电动势之间的相对位置,即与空载电动势 和电枢电流和电枢电流
9、之间的夹角之间的夹角 有关有关.励磁磁势和电枢磁势的区别励磁磁势和电枢磁势的区别基波波基波波形形大小大小位置位置转速转速转向转向励磁磁动励磁磁动势势正弦波正弦波恒定,由励恒定,由励磁电流决定磁电流决定由转子位置由转子位置决定决定由原动机的转速由原动机的转速决定决定由原动机由原动机决定决定电枢反应电枢反应磁动势磁动势正弦波正弦波恒定,由电恒定,由电枢电流决定枢电流决定由电流瞬时由电流瞬时值决定值决定由磁极对数和电由磁极对数和电流频率决定流频率决定由电流相由电流相序决定序决定第20页,共72页,编辑于2022年,星期三.3.1 时的电枢反应d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1
10、V2NSW轴轴V轴电枢反应性质:电枢反应性质:交轴电枢反应空载电动势空载电动势 和和电枢电流电枢电流 同同相位相位.第21页,共72页,编辑于2022年,星期三d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴8.3.2 时的电枢反应空载电动势空载电动势 超超前电枢电流前电枢电流 电枢反应性质:电枢反应性质:直轴去磁电枢反应第22页,共72页,编辑于2022年,星期三d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴8.3.38.3.3 时的电枢反应时的电枢反应空载电动势空载电动势 滞后滞后电枢电流电枢电流 电枢反应性质:电枢反应性质:直轴助
11、磁电枢反应第23页,共72页,编辑于2022年,星期三d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴8.3.4 一般情况下的电枢反应空载电动势空载电动势 超前超前电枢电流电枢电流 角角,电枢反应性质:电枢反应性质:既有交轴,还有直轴去磁电枢反应第24页,共72页,编辑于2022年,星期三此种情况下此种情况下-直轴分量直轴分量-交轴分量交轴分量-直轴分量直轴分量电流产生的合成磁动势电流产生的合成磁动势-交轴分量交轴分量电流产生的合成磁动势电流产生的合成磁动势第25页,共72页,编辑于2022年,星期三8.3.4 一般情况下的电枢反应(总结)上升上升下降下降 上升上升
12、下降下降下降下降下降下降不变不变不变不变下降下降R、C增强增强交轴直交轴直轴助磁轴助磁d、q轴R、L削弱削弱交轴直交轴直轴去磁轴去磁d、q轴C增强增强直轴直轴助磁助磁d轴L削弱削弱直轴直轴去磁去磁d轴R波形波形畸变畸变交轴交轴q轴 负载性负载性质质对电机的影响电枢反应性质记作记作夹角夹角 位置位置第26页,共72页,编辑于2022年,星期三8.3.5 电枢反应与机-电能量转换 电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象,它不仅是电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象,它不仅是引起端电压变化的主要原因,而且也是电机实现机引起端电压变化的主要原因,而且也是电机实现机-电能量转换电能量转换的
13、枢纽。的枢纽。输出的有功功率越大,有功分量电流就越输出的有功功率越大,有功分量电流就越大,交轴电枢反应越强,大,交轴电枢反应越强,越大,这就越大,这就要求原动机输入更大的驱动转矩,维持电要求原动机输入更大的驱动转矩,维持电机的转速不变。机的转速不变。第27页,共72页,编辑于2022年,星期三 说明发电机带感性说明发电机带感性(或容性或容性)无功负载无功负载时时,不需要原动机增加能量不需要原动机增加能量.但是直轴去磁(或助磁)电枢反应对气隙磁场但是直轴去磁(或助磁)电枢反应对气隙磁场有去磁(或助磁)作用,致使电压下降(或上升)。有去磁(或助磁)作用,致使电压下降(或上升)。为维持电压恒定所需的
14、励磁电流也需要相应增加为维持电压恒定所需的励磁电流也需要相应增加(或减小)。(或减小)。直轴电枢反应磁场与励磁电流直轴电枢反应磁场与励磁电流共同作用共同作用,在励磁绕组上产生电磁在励磁绕组上产生电磁力力,但不能形成电磁转矩但不能形成电磁转矩.第28页,共72页,编辑于2022年,星期三 一般情况下,发电机既带有功负载,又带感性无功负载,有一般情况下,发电机既带有功负载,又带感性无功负载,有功电流的变化影响发电机的转速及频率,无功电流的变化影响发功电流的变化影响发电机的转速及频率,无功电流的变化影响发电机的电压。电机的电压。综上所述,交轴电枢反应的存在是实现机综上所述,交轴电枢反应的存在是实现机
15、电能量转换的关电能量转换的关键。键。为了保持发电机的频率和电压的稳定,必须随负载变化及时调为了保持发电机的频率和电压的稳定,必须随负载变化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。节发电机的输入功率和励磁电流。第29页,共72页,编辑于2022年,星期三8.4.1 凸极同步发电机的电动势方程和相量图8.4 同步电机的负载运行一、凸极同步发电机的电动势方程电磁关系:电磁关系:不计磁路饱和时有下列关系不计磁路饱和时有下列关系由于由于且令且令则电动势平衡方程则电动势平衡方程-直轴同步电抗直轴同步电抗-交轴同步电抗交轴同步电抗分别表征在对称负载下,单位直轴或交轴三分别表征在对称负载下,单位直轴或交轴三相电流
16、产生的总电枢磁场在电枢每一相绕组相电流产生的总电枢磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。中感应的电动势。第30页,共72页,编辑于2022年,星期三二、凸极同步发电机的相量图作图步骤作图步骤第31页,共72页,编辑于2022年,星期三8.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路一、电动势方程电磁关系:电磁关系:不计磁路饱和时有下列关系不计磁路饱和时有下列关系令令电动势平衡方程电动势平衡方程-同步电抗同步电抗 表征在对称负载下,单位三相电流产表征在对称负载下,单位三相电流产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。的电动势。第32页,共72页,编辑
17、于2022年,星期三二、等效电路和相量图等效电路等效电路相量图相量图根据相量图可求出根据相量图可求出第33页,共72页,编辑于2022年,星期三 当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为简化等效电路简化等效电路,对应的相量图称为对应的相量图称为简化相量图简化相量图思考题 分别作出汽轮同步发电机带分别作出汽轮同步发电机带阻性阻性、纯感纯感性性、纯容性纯容性、电感性电感性、电容性电容性负载时的简负载时的简化相量图?并说明各种情况下化相量图?并说明各种情况下电枢反应电枢反应的性质?的性质?第34页,共72页,编辑于2022年,星期三8.4.3 同步发电机特性一、空
18、载特性定义定义:空载特性是发电机的基本特性之一。空载特性是发电机的基本特性之一。它一方面表征了磁路的饱和情况,另一它一方面表征了磁路的饱和情况,另一方面把它和短路特性、零功率因数负载方面把它和短路特性、零功率因数负载特性配合,可确定电机的基本参数、额特性配合,可确定电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。定励磁电流和电压变化率等。实际生产中,它还可以检查三相实际生产中,它还可以检查三相电枢绕组的对称性、匝间短路、判断电枢绕组的对称性、匝间短路、判断励磁绕组和定子铁心有无故障等。励磁绕组和定子铁心有无故障等。第35页,共72页,编辑于2022年,星期三二、短路特性定义定义:短路时的等效电路短
19、路时的等效电路短路特性曲线短路特性曲线 短路特性与短路特性与空载特性配合可空载特性配合可以求出电机的同以求出电机的同步电抗。步电抗。第36页,共72页,编辑于2022年,星期三三、外特性定义定义:外特性曲线外特性曲线 当发电机带当发电机带阻性阻性和和感性负载感性负载时,外特时,外特性是下降的,原因是电枢反应的去磁作性是下降的,原因是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降用和电枢漏阻抗产生了电压降.带带容性容性负载时且(发电机负载的容负载时且(发电机负载的容抗大于同步电抗)时,外特性是上升的,抗大于同步电抗)时,外特性是上升的,原因是电枢反应的助磁作用和容性电流原因是电枢反应的助磁作用和容性
20、电流在漏抗上的压降。在漏抗上的压降。第37页,共72页,编辑于2022年,星期三四、调节特性定义定义:调整特性曲线调整特性曲线 在在感性感性和和阻性阻性负载时,随着负载电流的增负载时,随着负载电流的增加,必须增加励磁电流,补偿电枢反应的去加,必须增加励磁电流,补偿电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降,保持端电压恒定;对磁作用和漏阻抗压降,保持端电压恒定;对容性容性负载,随着负载电流的增加,必须减小励磁电负载,随着负载电流的增加,必须减小励磁电流。流。在功率因数一定情况下在功率因数一定情况下,根据调整特性根据调整特性曲线曲线,可确定在负载变化范围内可确定在负载变化范围内,维持电压维持电压不变所需的励磁
21、电流的变化范围。运行人不变所需的励磁电流的变化范围。运行人员可利用调整特性曲线员可利用调整特性曲线,使系统中无功功率使系统中无功功率的分配更合理一些。的分配更合理一些。第38页,共72页,编辑于2022年,星期三并联运行的含义8.5 同步电机的并联运行1 1、提高供电的可靠性;、提高供电的可靠性;2 2、提高供电的经济性;、提高供电的经济性;3 3、提高电能的质量。、提高电能的质量。无穷大电网的含义 将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上,或通过变压将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上,或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上,共同向负荷供电。器、输电线接在电力系统的公共
22、母线上,共同向负荷供电。并联运行的优点并列方法1.1.准同期法准同期法2.2.自同期法自同期法第39页,共72页,编辑于2022年,星期三8.5.1 并联运行的条件一、准同期并列的条件1.1.待并发电机的电压与电网电压大小相等;待并发电机的电压与电网电压大小相等;2.2.待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同;待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同;3.3.待并发电机电压频率与电网电压频率相同;待并发电机电压频率与电网电压频率相同;4.4.待并发电机的相序与电网的相序相同。待并发电机的相序与电网的相序相同。上述条件(上述条件(4 4)一般在安装发电机时,根据发电机的转向确定了发)一般在安装
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