第同步发电机运行原理.pptx

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1、同步发电机的空载运行 一、空载磁通(又称励磁磁通或主极磁通)空载运行：当原动机拖动发电机以同步速度旋转，励磁绕组通入励磁电流，电枢绕组不带任何负载（即电枢电流等于零）时的运行状态。1.励磁磁动势当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转的磁动势，称为励磁磁动势。因为它随转子一起转动，从定子上看，它也是一个旋转磁动势。励磁磁动势的特点：沿气隙空间分布的波形 波幅恒定 旋转转速为同步转速基波励磁磁动势的特点：第1页/共45页(1)(1)、凸极电机的励磁磁动势、凸极电机的励磁磁动势第2页/共45页(2)、隐极电机的励磁磁动势第3页/共45页 空间参考轴选择定子空间参考轴选择定子A组绕组轴线组绕组

2、轴线+A处，该处处，该处 为为=0，基波励磁磁动势用，基波励磁磁动势用空间向量表示空间向量表示,向量长度等于基波磁动势的副值向量长度等于基波磁动势的副值,向量位置为基波磁动势正波幅所在向量位置为基波磁动势正波幅所在位置，向量以同步角速度位置，向量以同步角速度逆时针方向转动。逆时针方向转动。2.基波励磁磁动势空间矢量第4页/共45页3.基波气隙磁密空间矢量(1)(1)、隐极机：气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势成正比，基波磁动势产生正弦波气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势成正比，基波磁动势产生正弦波磁密，再不考虑磁铁的磁滞涡流效应下，磁密波的相位和磁动势波的相位相同。磁密，再不考

3、虑磁铁的磁滞涡流效应下，磁密波的相位和磁动势波的相位相同。(2)(2)、凸极机：气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的磁密大小与磁动势大小不成正比，气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的磁密大小与磁动势大小不成正比，正弦的基波励磁磁动势产生的磁密波是非正弦分布的，磁密波还要分解基波和一系正弦的基波励磁磁动势产生的磁密波是非正弦分布的，磁密波还要分解基波和一系列谐波，基波磁密和基波磁动势仍然同相位。列谐波，基波磁密和基波磁动势仍然同相位。第5页/共45页二、定子相绕组的感应电动势 气隙磁密气隙磁密 旋转切割定子三相绕组，定子绕组感应旋转切割定子三相绕组，定子绕组感应随时间正弦变化的电动势，用

4、时间相量来表示。由于空间随时间正弦变化的电动势，用时间相量来表示。由于空间坐标选坐标选A相绕组轴线相绕组轴线+A为参考轴，所以时间相量也分析为参考轴，所以时间相量也分析A相感应电动势有效值用相感应电动势有效值用 表示。表示。第6页/共45页相绕组感应电动势的性质:大小:频率：波形：正弦形 相位：滞后 参考相相量第7页/共45页三、空载特性(磁化曲线磁化曲线)注意：空载曲线横坐标是实际的励磁电流，或每极实际磁动势波幅，而不是基波磁动势。定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转速旋转、并通入励磁电流的运行状态称为同步发电机的空载运行，称 的函数关系为空载特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。2 2气隙

5、线气隙线1空载特性空载特性第8页/共45页饱和系数 定义：定义：对应发电机空载特性产生空载额定电压所需要的励磁磁动势Ffo，和对应气隙线产生空载额定电压所需要的励磁磁动势F之比。2 2气隙线气隙线1空载特性空载特性一般=1.11.25第9页/共45页空载特性的意义直接反映磁势与电势间的关系直观反映电机磁路的饱和程度与其它特性一起可求取电机的某些参数第10页/共45页同步发电机的电枢反应同步发电机的电枢反应一、电枢反应的概念：同步电机在空载时，气隙中仅存在着转子磁势。负载以后，除转子磁势外，定子三同步电机在空载时，气隙中仅存在着转子磁势。负载以后，除转子磁势外，定子三相电流也产生电枢磁势。电枢磁

6、势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这相电流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。种现象称之为电枢反应。电枢反应：电枢磁动势对主极磁场基波的影响。电枢反应：电枢磁动势对主极磁场基波的影响。d-q坐标系统的建立应用时-空相量图分析第11页/共45页 二、电枢反应的性质电枢反应的性质与电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置有关。这一相对位置与激磁电动势E0和负载电流 I 之间的相位差（内功率因数角）有关。1)电动势E0和负载电流 I 同相位，0；2)负载电流 I 滞后电动势E0 900，900；3)负载电流 I 超前电动势E0 900，-

7、900；4)负载电流 I滞后电动势E0 一角度，00 900第12页/共45页1）内功率因数角=00 时轴+90+900 0FFad轴q轴 A轴A AX X Z ZB BCYFfNS 交轴电枢反应电流正，则首端出，末端进第13页/共45页2）内功率因数角=900时轴d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应Fa电流正，则首端出，末端进第14页/共45页3）内功率因数角=-900时轴d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴助磁电枢反应直轴助磁电枢反应Fa电流正，则首端出，末端进第15页/共45页4）内功率因数角00900 时轴d轴q轴 A轴A

8、 AX XZ ZB BCYFfNS既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0Fa电流正，则首端出，末端进第16页/共45页5）电枢磁势和电枢电流分量 Y=Y=Y=Y=+=+=coscossinsinIIFFIIFFIIIFFFqaaqdaadqdaqada交轴分量直轴分量第17页/共45页3、决定电枢反应性质的主要因素从上分析：电枢反应性质主要取决于内功率因数角 0，为交轴电枢反应。90o （滞后）,为直轴去磁电枢反应。90o（超前）,为直轴助磁电枢反应。为任意角时，既有交轴电枢反应，又有直轴电枢反应。当同步发电机供给滞后电流时，电枢磁势除了一部分产生交轴电枢反应外，还有一部分产生直轴去磁

9、电枢反应；当电机供给超前电流时，电枢磁势除了一部分产生交轴电枢反应外，还有一部分产生直轴增磁电枢反应。第18页/共45页4、电枢反应的电磁物理实质 交轴电枢磁势和励磁磁势作用产生电磁力，形成电磁转矩，影响转子转速，即定子电流的频率。直轴电枢磁势和励磁磁势作用也产生电磁力，但不形成电磁转矩，仅改变主磁通的大小，影响端电压。第19页/共45页（1）.交轴电枢磁势的作用n1Tem=0=00 0,交轴电枢磁势和励磁磁势作用产生电磁力,形成制动性质的电磁转矩Tem。当T1=Tem时，n1=C,即f1=CIQ变化时，电磁转矩Tem随之变化，要保持 n1=C，则调节T1，调节输入的有功功率。励磁磁势超前电枢

10、磁势第20页/共45页(2).直轴电枢磁势的作用n1nadIfAZBXCYNS=90=900 0,直轴电枢磁势也产生电磁力，但不形成电磁转矩。为去磁电枢反应，主磁通减少，端电压下降，要保持端电压不变，则要调节励磁电流。第21页/共45页隐极同步发电机的负载运行1.1.不计饱和影响不计饱和影响(1)(1)电磁过程电磁过程第22页/共45页隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的气隙是均匀分布的。电枢磁势作用在任一位置，其效果是一样的。Xa 称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况下,如果 Xa 越大，电枢反应电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此 Xa 的大小可以说明电枢反应的强弱。电枢

11、电流除了产生主磁通外，还要产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对应产生电势 E，X为漏电抗。(2)电磁关系第23页/共45页所以在三相对称电流通过电枢绕组后，所产生的匝链定子绕组的磁通为（+），两者在电枢绕组中所产生的全部电势为称为隐极同步电机的同步电抗，电势方程式第24页/共45页已知发电机的端电压、负载电流和功率因数已知发电机的端电压、负载电流和功率因数coscos 及参数及参数R Ra a、X Xs s当功率因数cos滞后时的相量图相量图相量图三个角度间的关系：=+第25页/共45页根据相量图的相量关系，将电压按角分解成Usin和Ucos后，可以得到的计算公式：（）第26页

12、/共45页Raxs只要去掉只要去掉 R Ra a 即可得到简化等效电路即可得到简化等效电路等效电路等效电路第27页/共45页2.计及饱和影响非线性系统，磁势叠加，产生合成磁势，感生气隙电势。第28页/共45页凸极同步发电机的负载运行 当凸极同步发电机在对称负载下运行时，气隙中也存在着两种旋转磁势，即转子上磁极磁势和定子上电枢磁势。由于凸极电机中，转子直轴和交轴上的气隙不等，在分析电枢磁势影响时，必须按照前面所分析的将磁势分解成直轴和交轴两个分量，然后和处理隐极电机一样，不计及磁路的饱和现象，应用迭加原理认为它们各自独立地产生相应的磁通，并在电枢绕组内产生感应电势。第29页/共45页1.1.电磁

13、过程电磁过程第30页/共45页直轴气隙小磁导大交轴气隙大磁导小双反应理论：双反应理论：磁动势Fa分解成沿直轴和交轴方向的两个分量，分别求它们的作用，最后将效果叠加。直轴交轴同样大小的电枢磁动势作用在d轴和q轴上，所产生的电枢磁场将有明显的差别2、电枢反应：电枢磁动势作用在不同的位置，产生不同的效果第31页/共45页直轴电枢磁势固定地作用在直轴磁路上，对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通ad。交轴电枢磁势固定地作用在交轴磁路，也对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通aq。磁通ad与aq分别切割定子绕组而在其中感应出电势Ead及Eaq。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以Ead正比于ad，Eaq正比于a

14、q，因此，第32页/共45页注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所以Xad较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁阻大，所以Xaq较小。当直轴及交轴的同步电抗相等时，就是隐极电机。和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗各和定子漏抗相加，便可以得到直轴同步电抗和交轴同步电抗，即第33页/共45页可以把漏抗压降分解成两个分量，即：整理得：3.电势方程式这样，产生的端电压为：第34页/共45页 这就是凸极发电机的电动势平衡方程式，这样我们就可以作出相应的相量图。但是很明显，要做出向量图还缺 和 两个分量。也就是要知道 与 之间的夹角。第35页/共45页第36页/共45页 已知发电机的端电压、负载电流

15、和功率因数及参数ra、xd、xq 。(1(1）已知内功率因数角）已知内功率因数角按照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1 1）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：4.4.凸极发电机的相量图的作法凸极发电机的相量图的作法第37页/共45页第38页/共45页2 2）利用公式求出）利用公式求出：第39页/共45页例题6-1例题例题 6-1 有一台凸极同步发电机，电枢电阻略去不计，试计算发电机额定电压、额定千伏安、（滞后）时发电机的空载电动势 ，并作出相量图。解解 以电压相量为基准相量，即 外功率因数角 内功率因数角 电流的直轴和交轴

16、分量：第40页/共45页另外，内功率因数角还可用公式求取：空载电动势：第41页/共45页利用几何关系求发电机的励磁电动势E0OAB第42页/共45页例题6-2例题例题 6-2 6-2 有一台三相汽轮发电机，有一台三相汽轮发电机，P PN N=25000=25000千瓦，千瓦，U UN N=10.5=10.5千伏，千伏，(滞后），滞后），Y接线，同步电抗接线，同步电抗 忽略电枢电阻，试求额定负载下发电机的空载相电动势忽略电枢电阻，试求额定负载下发电机的空载相电动势E0 和和 之间的夹角之间的夹角，之间的夹角之间的夹角，并画出相量图。，并画出相量图。解：外功率因数角解：外功率因数角 以电压相量为基准，即以电压相量为基准，即空载电动势和功角空载电动势和功角内功率因数角内功率因数角 第43页/共45页利用几何关系求发电机的励磁电动势E0oABC第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页