CH三相同步發(fā)電機的運行原理

CH三相同步發(fā)電機的運行原理1目前一頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點2第一節(jié)同步發(fā)電機的空載運行

以同步轉(zhuǎn)速n

1，且轉(zhuǎn)子勵磁If

，而定子I=0，稱為空載運行。1.空載磁場——主磁場

同步電機的空載磁場目前二頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點3凸極同步電機空載內(nèi)部磁通分布圖目前三頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點4若主磁場B0

在氣隙中正弦分布，且以同步速n1旋轉(zhuǎn)，則在定子繞組中產(chǎn)生對稱三相電動勢

有效值：頻率：空載電動勢，激磁電動勢。三相對稱電動勢目前四頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點52.空載特性

n1=cE0=f(If)

Ff

∝

If

E0

∝

0

電機的磁化曲線

0=f(F

f)同步電機的空載特性

0較小時，磁路不飽和，空載曲線的下部是一條直線；隨o的增大，鐵心逐漸飽和，空載曲線彎曲。氣隙線：不計鐵心磁阻的空載特性曲線?？蛰d特性是同步電機的一條基本特性。目前五頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點6取代表額定電壓UN，飽和系數(shù)定義為

E′0為氣隙線上電壓。普通同步電機kμ約在1.1～1.25.表明：磁路飽和后，由勵磁磁動勢Ff建立的基波主磁通和感應(yīng)的基波電動勢都降為未飽和值的1/k

μ

，即所需磁動勢是未飽和時的kμ倍（即Ff=kμF）。

飽和系數(shù)Kμ

目前六頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點7第二節(jié)對稱三相負(fù)載時同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)一.接三相對稱負(fù)載時的物理過程

空載時，同步電機的氣隙磁場是由勵磁磁動勢所產(chǎn)生的主磁場B0。}(空載電動勢或激磁電動勢)目前七頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點8直軸（縱軸或d軸）：主磁極軸線位置；交軸（橫軸或q軸）：磁極N、S之間的中心線，與d軸垂直；相軸：相繞組的軸線位置；時軸：時間相量在其上投影可得瞬時值。

目前八頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點9二.電樞反應(yīng)：電樞磁動勢的基波對氣隙磁場的影響電樞反應(yīng)使氣隙磁場空間位置發(fā)生變化，直接關(guān)系到電機的機電能量轉(zhuǎn)換。

電樞反應(yīng)的去磁或增磁，對電機的運行性能產(chǎn)生影響。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交磁，去磁或增磁）取決于電樞磁動勢和主磁場在空間的相對位置。這一相對位置決定于空載電動勢和負(fù)載電流的之間的相位差，稱為內(nèi)功率因數(shù)角。目前九頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點101.=0

時

定子繞組電動勢、電流及磁動勢在此時刻，A相電動勢、電流達(dá)到最大值，電樞磁動勢的軸線與A相繞組軸線重合，同時也與q軸重合，即Faq=Fa，稱為交軸電樞反應(yīng)磁動勢。同步發(fā)電機的交軸電樞反應(yīng)目前十頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點11定子繞組電動勢、電流和磁通的時間相量圖各相電動勢、電流和磁通間的相位關(guān)系是相同的，所以后邊只畫出一相。定子繞組電動勢、電流和磁通的時間相量圖目前十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點12在時-空統(tǒng)一矢量圖中，電樞磁動勢Fa（空間矢量）與電樞電流（時間相量）同相位；空載磁通與勵磁磁動勢Ff同相位。時-空統(tǒng)一矢量圖時-空統(tǒng)-矢量圖目前十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點13氣隙合成磁場與主磁場的相對位置相對于主磁場，氣隙合成磁場的軸線偏移了一個角度，且幅值有所增加。這是由于電樞磁動勢（Fa=Faq）的作用造成的，稱之為交磁作用。氣隙合成磁場與主磁場的相對位置圖目前十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點142.Ψ≠0時

電流滯后電動勢電流滯后電動勢的向量圖目前十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點15電流超前電動勢電流超前電動勢的向量圖目前十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點16同步發(fā)電機負(fù)載電流滯后空載電勢90°時軸ψd軸q軸A軸AXZBCYFfNSFaA相電流瞬時值達(dá)最大值時，A相電勢瞬時值為零，此時主磁極軸線位于A相軸線的反向位置，為直軸電樞反應(yīng)。=900的電樞反應(yīng)

目前十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點17=900的電樞反應(yīng)

轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，合成磁勢的幅值減小。這一電樞反應(yīng)稱為直軸去磁電樞反應(yīng)。

=900時的時空相矢圖

目前十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點18同步發(fā)電機負(fù)載電流超前空載電勢90°時軸ψ直軸助磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AXZBCYFfNSFa=－900的電樞反應(yīng)

目前十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點19

此時Ff與Fa之間的夾角為0，即二者同相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相同，電樞反應(yīng)為純增磁作用，合成磁勢的幅值加大。這一電樞反應(yīng)稱為直軸增磁電樞反應(yīng)。

=-900時的時空相矢圖

=－900的電樞反應(yīng)

目前十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點20不同負(fù)載性質(zhì)時電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子電流的相互作用三.機電能量轉(zhuǎn)換交軸電樞反應(yīng)磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生阻力轉(zhuǎn)矩。直軸電樞反應(yīng)磁場對轉(zhuǎn)子磁場起去磁或助磁作用，不阻礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。目前二十頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點21直軸電樞反應(yīng)的影響直軸電樞反應(yīng)磁場由定子電流的無功分量產(chǎn)生的，雖與轉(zhuǎn)子繞組也產(chǎn)生電磁力，但不形成轉(zhuǎn)矩，不妨礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，只對轉(zhuǎn)子磁場起去磁或增磁作用，為維持定子的端電壓，就必須相應(yīng)調(diào)節(jié)（增加或減?。┺D(zhuǎn)子勵磁電流（直流電流）。交軸電樞反應(yīng)的影響交軸電樞反應(yīng)磁場是由定子電流的有功分量產(chǎn)生的，產(chǎn)生的交軸電樞磁場對轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩，阻礙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；定子輸出有功功率越大，有功電流分量就越大，交軸電樞反應(yīng)磁場就越強，所產(chǎn)生的阻力轉(zhuǎn)矩也越大，這就需要原動機輸出更多動力，才能克服電磁阻轉(zhuǎn)矩，以維持發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變。目前二十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點22結(jié)論：p199為了維持發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動機的輸入功率；為了維持發(fā)電機定子的端電壓，必須隨著無功功率的變化，相應(yīng)的調(diào)節(jié)（增加或減小）轉(zhuǎn)子勵磁電流（直流電流）。目前二十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點23第三節(jié)隱極式同步發(fā)電機

同步發(fā)電機負(fù)載運行時物理量的關(guān)系一、不考慮磁飽和時

在分析了負(fù)載時同步發(fā)電機內(nèi)部的磁場情況，結(jié)合KVL定律，列電壓方程，作相量圖和等效電路；隱極式與凸極式分開分析。目前二十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點241.電壓方程式

采用發(fā)電機慣例規(guī)定正方向，可寫出電壓方程式Xa：電樞反應(yīng)電抗；：電樞漏電抗。

同步電抗表征穩(wěn)態(tài)時電樞反應(yīng)磁場和電樞漏磁場兩個效應(yīng)的綜合參數(shù)，不計飽和時，為常值。目前二十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點25直軸電樞反應(yīng)去磁+交磁電樞反應(yīng)2.相量圖90°電動勢的向量圖目前二十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點26已知和電機參數(shù)，畫相量圖的步驟

用壓降表示的電動勢的向量圖目前二十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點27等效電路

同步電抗

a)反映了a和σ的作用

b)磁路不飽和時為常數(shù)c)圖16-12隱極同步電機的等效電路目前二十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點28二、考慮磁路飽和時

非線性，迭加原理不適用。已知磁動勢F’，由電機的空載特曲線求得電動勢E。勵磁磁動勢在空間是梯形波，F(xiàn)f是其幅值，而電樞磁動勢在空間是正弦波，F(xiàn)a是基波磁動勢的幅值。為了利用空載特性，應(yīng)把Fa換算到勵磁磁動勢。隱極同步電機磁動勢分布圖目前二十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點29對于汽輪發(fā)電機，ka=0.93~1.03，主要取決于大齒的寬度。

ka的意義：產(chǎn)生同樣大小的基波氣隙磁場時，一安匝的電樞磁動勢相當(dāng)與多少安匝的梯形波勵磁磁動勢。正弦波磁動勢幅值；等效梯形波磁動勢的幅值。電樞磁動勢換算系數(shù)是k

a

目前二十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點30電壓方程和磁動勢方程式

由于磁路飽和，不能單獨的計算激磁電動勢E0和電樞反應(yīng)電動勢Ea，而只有合成電動勢E’（氣隙電動勢）。漏磁場路徑主要為氣隙，沒有飽和問題。*考慮飽和的另一方法是根據(jù)運行點的飽和程度，找出相應(yīng)的Xs(飽和)，即把空載特性在工作點線性化。圖16-14同步電機的空載特性曲線目前三十頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點31電壓相量圖和磁動勢矢量圖

隱極同步電機磁動勢--電動勢向量圖目前三十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點32第四節(jié)凸極同步發(fā)電機凸極同步電機的特點：氣隙不均勻，直軸氣隙小，交軸氣隙大。相同大小的磁樞磁動勢作用于不同的氣隙位置時，產(chǎn)生不同的磁密。采用雙反應(yīng)理論分析凸極同步電機。凸極同步電機磁場分布圖

凸極同步電機氣隙沿電樞圓周不均勻，采用雙反應(yīng)理論來分析。目前三十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點33一.雙反應(yīng)理論

雙反應(yīng)理論——電樞基波磁勢Fa分解為直軸上的直軸電樞反應(yīng)磁勢Fad和交軸上的交軸電樞反應(yīng)磁勢Faq。根據(jù)直軸和交軸的磁導(dǎo)，分別求出直軸和交軸的磁通密度波及磁通。求出在每相定子繞組中直軸電樞反應(yīng)電勢Ead和交軸電樞反應(yīng)電勢Eaq。雙反應(yīng)理論的基礎(chǔ)是，當(dāng)不計飽和時，適用疊加原理，用雙反應(yīng)法來分析凸極同步電機。目前三十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點34Ff、Fad和Faq幅值相同，但產(chǎn)生的基波磁密明顯不同。引入折算系數(shù)kad和kaq。若Ff=kad

Fad=kaq

Faq則產(chǎn)生基波磁密相同。凸極同步電機磁動勢在dq軸作用的效果目前三十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點35作用于直軸上作用于交軸上直軸電樞反應(yīng)磁場Bad1交軸電樞反應(yīng)磁場Baq1

實際上，前面考慮電樞磁場的去磁、助磁及交磁時，已涉及這一問題，那時沒考慮各分量磁動勢所對應(yīng)的氣隙磁密的差異。

當(dāng)電樞磁動勢作用于交、直軸間的任意位置時，可將之分解成直軸分量和交軸分量，先分別求出直、交軸電樞反應(yīng)，最后再把它們的效果疊加起來——雙反應(yīng)理論。目前三十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點361、電壓方程二.磁路不飽和時的情況

E0：勵磁電動勢；Ead：直軸電樞反應(yīng)電動勢；Eaq：交軸電樞反應(yīng)電動勢；Ea：電樞反應(yīng)電動勢；E’：合成電動勢；E：漏抗電動勢。目前三十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點37按發(fā)電機慣例寫出電壓方程式為：Xad：直軸電樞反應(yīng)電抗Xad=Ead/Id，單位直軸電流產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)電動勢。Xaq：交軸電樞反應(yīng)電抗Xaq=Eaq/Iq，單位交軸電流產(chǎn)生的交軸電樞反應(yīng)電動勢。目前三十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點38而且有：是表征對稱負(fù)載運行時電樞漏磁和直軸或交軸電樞反應(yīng)的一個綜合參數(shù)。目前三十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點39

：功率因數(shù)角；：功率角。：內(nèi)功率因數(shù)角；直軸電樞反應(yīng)電動勢在直軸上，與激磁電動勢在同一軸上。=？2.相量圖凸極同步電機的電動勢相量圖目前三十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點40目前四十頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點41目前四十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點423.等效電路該等效電路在計算凸極同步電機在電網(wǎng)中的運行性能和功角時常常用到。凸極同步電機的虛構(gòu)等效電路目前四十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點43磁路飽和時

Ed為勵磁磁動勢和直軸電樞反應(yīng)磁動勢共同作用所產(chǎn)生。三.考慮磁路飽和時的情況也可在不飽和模型中采用

Xd

的飽和值來考慮直軸飽和的影響。目前四十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點44

其中Fd、Fad、Faq均為折算到勵磁繞組的等效勵磁磁動勢。用Fd和Faq查圖空載特性得Ed和Eaq，則電樞任一相的電動勢平衡方程式為

目前四十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十一點45四、直軸和交軸同步電抗

電樞繞組電抗同繞組有效匝數(shù)的平方成正比，與所經(jīng)路徑的磁導(dǎo)成正比。Xd=Xad+Xσ∝(kw1N1)2

ΛdΛ

d=Λad+ΛσXq