同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系

1、1第十章第十章 同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系 （對稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行）（對稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行）n主要內(nèi)容：n1. 同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)。n2隱極發(fā)電機(jī)的方程式、相量圖、等效電路。n3凸極發(fā)電機(jī)的方程式、相量圖、等效電路。n4同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性及參數(shù)測定。2n空載運(yùn)行空載運(yùn)行：（定子繞組開路， I=0） ，轉(zhuǎn)子勵磁。n勵磁電流產(chǎn)生的磁通 ：勵磁磁通 1nn10()fffIF 主磁通漏磁通010-1 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行300AEE0120BEE 0240CEE 0104.44wEfwK0E：勵磁電動勢（空載電動勢）1nn0( )fEf i空載特性。時，4n 時， 空載特

2、性。 所以也適用于負(fù)載情況。標(biāo)幺值：基值 ：飽和系數(shù) 1nn0( )fEf i0NffUUii0ffiKi0()ff F 空載特性空載特性反映了電機(jī)的磁化曲線5n10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) n主要內(nèi)容主要內(nèi)容：n1、電樞反應(yīng)的概念n2、時空相矢圖 時空相矢圖上，各物理量之間的相位關(guān)系n3、電樞反應(yīng)的性質(zhì) 直軸以及交軸電樞反應(yīng)的作用6n10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) n一、電樞反應(yīng)的定義一、電樞反應(yīng)的定義 1101()()ffaiFnEIF n1faFFFE E氣隙電動勢aF電樞反應(yīng)磁動勢 氣隙磁動勢：7n二、時空相矢圖二、時空相矢圖n

3、 空間矢量：在空間上按余弦規(guī)律分布的量空間矢量：在空間上按余弦規(guī)律分布的量 基波物理量 （對整個電機(jī)而言） 勵磁磁勢勵磁磁勢： 大小：正比于勵磁安匝數(shù) 位置：位于轉(zhuǎn)子磁極軸線 指向： N極方向 轉(zhuǎn)速： 10fFB （ ）1( )n8電樞反應(yīng)磁勢電樞反應(yīng)磁勢 大?。?位置： 指向： 轉(zhuǎn)速：aaFB （ ）1( )n11.35awIwFkp9n 時間相量：在時間上按余弦規(guī)律分布的量時間相量：在時間上按余弦規(guī)律分布的量 n基波（有三相之分）；以A相為例 n 勵磁電勢（空載電勢）勵磁電勢（空載電勢） 大小： 位置：依轉(zhuǎn)子位置而定 角頻率： 00AEE01104.44wEfw K10n 電樞電流：電樞電

4、流：I00SLSLEEIZZZZ：內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角 11n 時空相矢圖（步驟）時空相矢圖（步驟）1fF0EIaF（1） ：依轉(zhuǎn)子位置而定：依轉(zhuǎn)子位置而定（4） ：位于磁勢幅值的位置：位于磁勢幅值的位置（2） ：依電磁感應(yīng)原理：依電磁感應(yīng)原理（3） ：由內(nèi)功率因數(shù)角確定：由內(nèi)功率因數(shù)角確定12n 時空相矢圖時空相矢圖 0AE1fF90aFIaF1fF90 與 之間相差（ ）特點(diǎn)： 落后于 ； 與 同相位；13n 三、三、 不同不同 角時的電樞反應(yīng)角時的電樞反應(yīng)0aqFFd軸 q軸 n 時縱軸，直軸，d軸橫軸，交軸，q軸 是實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的必要條件。交軸電樞反應(yīng)磁勢交軸電樞反應(yīng)磁勢：作用

5、： 使 扭斜一個角 ；1490adF090 adFq軸 d軸 n 時 n直軸電樞反應(yīng)磁勢直軸電樞反應(yīng)磁勢：作用： 去磁作用； ，不產(chǎn)生切向力。n 時：加磁作用15n 時 0901faFFF aadaqFFF sinsincoscosadadaqaqFFIIFFII11()fafadaqFFFFFF900d軸 q軸 n 時16 aadaqFFFadFaqFFFn小結(jié)：電樞反應(yīng)的作用小結(jié)：電樞反應(yīng)的作用 ：去磁或加磁作用，影響 的大??； ：使 扭斜，是實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的必要條件； 具體情況視 角而定。1710-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析隱極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析n主要內(nèi)容：n1.電磁感應(yīng)過程n2.

6、 三種分析方法： 電勢方程式、相量圖、等效電路n3.參數(shù)的物理意義 漏抗、電樞反應(yīng)電抗、同步電抗18n10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析隱極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析n一、不考慮飽和一、不考慮飽和（疊加原理）n 1、電磁感應(yīng)過程、電磁感應(yīng)過程 n2、電勢方程式（一相）、電勢方程式（一相）190aaEEEUIrIarLZU0EEaE0aaEEEUIrEEjIx aEUIrjIx （1 1）漏磁電動勢：）漏磁電動勢：20（2）電樞反應(yīng)電動勢）電樞反應(yīng)電動勢 aar IUEEE0aEaaE aFIaaEjIx ax0 () aaaaaaasEUIrEEUIrjIxjIxUIrjI xxUIrjIxasxx

7、x 同步電抗 ：電樞反應(yīng)電抗（3）電勢方程式（一相）電勢方程式（一相）21n3、同步電抗、同步電抗 ：等效參數(shù) ：綜合參數(shù) IExaaaaaIFE 三相（一相）aaE axasxxx（1）（2）22n4、相量圖、相量圖0aaEEEUIrjIx 0 =aaasEUIrjIxjIxUIrjIxcosUIn已知： 、 、 、電機(jī)參數(shù)n例：感性負(fù)載23n幾何關(guān)系：幾何關(guān)系：1sincossaIxUtgIrU240000Q ：單機(jī)運(yùn)行時，由負(fù)載性質(zhì)決定。：發(fā)感性無功；：發(fā)容性無功；sLZZ：單機(jī)運(yùn)行時，由 決定。它決定了電樞反應(yīng)的性質(zhì)。：功角，由輸入功率的性質(zhì)決定。0EU輸入機(jī)械能： 超前于 ，作發(fā)電機(jī)

8、運(yùn)行；U0E輸入電能： 落后于 ，作電動機(jī)運(yùn)行。25n 等值電路等值電路0 aaasEUIrjIxjIxUIrjIx26n二、考慮飽和二、考慮飽和 （磁化曲線非線性，不能應(yīng)用疊加原理）n 電磁關(guān)系：電磁關(guān)系：n 方程式：方程式： )(勵磁電流fi1fF)(定子三相電流系統(tǒng)IaFFEE平衡與ar IUafFFF1x I jr IUEa27aEUIrjIx cosUIn已知： 、 、 、電機(jī)參數(shù)E 作n例：感性負(fù)載 相量圖相量圖28n求 （階梯波）；F29n 作 （正弦波）FF 基波基波基波基波階梯形波FkFf)(FkFf30等效條件： 與 產(chǎn)生的基波磁通相同。1fFfF1fffFKF波形系數(shù) 1

9、afKK折和系數(shù)31 作 aF1faFFF1fafFK F1fF 作0E 作 32n 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率U 0100NNEUUU3310-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析凸極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析n主要內(nèi)容：n1、雙反應(yīng)理論n2、電磁感應(yīng)過程n3、分析方法：電勢方程式、相量圖n4、參數(shù)的物理意義及其大小關(guān)系 直軸以及交軸電樞反應(yīng)電抗、 直軸以及交軸同步電抗34n一、一、 凸極電機(jī)不能采用隱極電機(jī)的分析方法凸極電機(jī)不能采用隱極電機(jī)的分析方法隱極機(jī)特點(diǎn)：n10-4 10-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析凸極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析FBaFaB氣隙 均勻，由 ， 與 同相位。aIEax 由于 ， 是恒定參數(shù)。凸

10、極機(jī)特點(diǎn)：aBaFax氣隙 不均勻， 不同時，同一個 產(chǎn)生的 不同，因而 不是常數(shù)。3590 036d軸q軸290aFab37n二、二、 雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論（ Blondel）aadaqFFF，adqIII addadadaqqaqaqIFEIFE 三相三相38fi1fF00EIdIadFadadEqIaqFaqaqEEaU Ir （ 勵 磁 電 流 ）系 統(tǒng)定 子 三相 電 流()系 統(tǒng)系 統(tǒng)與平 衡三、不考慮飽和時凸極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析三、不考慮飽和時凸極同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析1.1.電磁過程電磁過程0adaqaEEEEUIr39n 電勢方程式：電勢方程式：dadadadIFE， ，aa

11、qadr IUEEEE0addadEjI x aqq aqEjI x Ej I x adxaqx直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗qaqaqaqIFE， ，40直軸和交軸直軸和交軸同步電抗同步電抗 dadxxx0adadq aqEUIrjIxjI xjI x()adqd adq aqUIrj IIxjI xjI x()()adadqaqUIrjIxxjIxxaddq qUIrjI xjI xqaqxxxdxqx41n 電抗的大小以及物理意義電抗的大小以及物理意義 211adaddxw211aqaqqxwadaqxxdqxx42n 相量圖相量圖0addqqEUIrjI xjI x0dddqaqqdqEjI

12、xjI xUIrjI xjI x0()QddqaqEEjIxxUIrjIx0ddaqqEjI xUIrjI xUI已知： 、 、 、參數(shù)， n例：感性負(fù)載431sincosqaIxUtgIrU0coscosaddEUIrI x4410-5 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性及同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性及 參數(shù)測定參數(shù)測定n主要內(nèi)容：n1、運(yùn)行特性 空載特性、短路特性、零功率因數(shù)特性n2、由運(yùn)行特性求取電機(jī)參數(shù)的方法 漏抗（普梯電抗）、d軸同步電抗、短路比45n10-5 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性及參數(shù)測定同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性及參數(shù)測定 n一、一、 空載特性空載特性 n飽和系數(shù)：10( )fnnIUf i，空載特性fi0

13、E0E00fiNUfi氣隙線00ffNiEKiU46n二、二、 短路特性短路特性 n分析：1,0,( )kfnn UIf i時0U 0ar 0asksEUIrjIxjI xdkII0qI0fifkikINI0kEI90adaFF0aqFadF所以 ， ， ， 起去磁作用。 短路電流只有直軸分量短路電流只有直軸分量。47akEUIrjIxjI xkIaF90aF1fFFxI jEk0E此時，其相量圖如右。0fkiEI1faFFF0.1 0.2x1kI0.10.2E一般 ，當(dāng) 時， 故短路特性為一條直線。所以磁路不飽和磁路不飽和。48n三、零功率因數(shù)特性三、零功率因數(shù)特性1cos0()( )fnn

14、IUf i，滯后 ，常數(shù)時，0ar aEUI rj I xUj I xafFFF11faFFFfaaFFK Ffffaiiifai：電樞反應(yīng)磁勢的等效勵磁電流。：電樞反應(yīng)磁勢的等效勵磁電流。 EUI x 分析： 49AEF：特性三角形，普梯三角形特性三角形，普梯三角形 fifi0NUUfaifkiIxBCAFEK空載特性零功率因數(shù)特性fffaiiiEUI x50n四、參數(shù)測取四、參數(shù)測取n 漏抗漏抗 ：由空載特性和零功率因數(shù)特性求取。()()EAxI相值相值O FOKpxx(1.11.3)pxxpxx普梯電抗普梯電抗 fi負(fù)載時，轉(zhuǎn)子漏磁比空載時大，實際測得的 大于理論值。隱極機(jī)：凸極機(jī)：51

15、n 同步電抗的不飽和值同步電抗的不飽和值：n由空載特性和短路特性求取。n凸極機(jī)：短路時，dkII0qI 0kdEj I x0()()dkExI相值相值空載特性短路特性fikI0E0EkIfi00Edx注意注意：由于電機(jī)短路時， 磁路不飽和，所以得到的 為不飽和值。此時， 從氣隙線獲得。 52n 短路比短路比 ：由空載特性和短路特性求取。cKNffkNcIiiIK時000fNfkkNiUUiII時時0kNdcNNIExKII0NNdNE UI xU1dkx空載特性短路特性fikI0E0E00fiNUfifkiacbdNIkNI氣隙線53n 對電機(jī)特性的影響：對電機(jī)特性的影響： （電機(jī)運(yùn)行性能好）； 電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性好； 轉(zhuǎn)子定子成本高。cKcKdxUcKdxmfFffwicK54n10-6 用轉(zhuǎn)差法測同步電機(jī)的同步電抗用轉(zhuǎn)差法測同步電機(jī)的同步電抗=同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率 1(1) 0()finn開路 ，0fi 00E qqddaxI jxI jr IU00ar ddq qUjI xjI xNU、(2) 定子加三相對稱電壓，約 (0.020.15) UI(3) 測 、步驟：55nd軸：nq軸： ddq0fumax2Umax2Imin2Imin2UU(b)(a