3.1三相交流同步發(fā)電機.ppt

1、第一節(jié) 三相交流同步發(fā)電機,教學要求： 熟悉三相交流發(fā)步發(fā)電機的構(gòu)造和工作原理，理解電樞反應(yīng)的概念，能說明不同性質(zhì)的負載對發(fā)電機外特性的影響，掌握空載特性、外特性和調(diào)節(jié)特性。 3.1.1三相交流同步發(fā)電機的構(gòu)造與工作原理 3.1.2同步發(fā)電機的空載運行及空載特性 3.1.3同步發(fā)電機的負載運行及電樞反應(yīng) 3.1.4同步發(fā)電機的外特性及調(diào)節(jié)特性,一、三相交流同步發(fā)電機的構(gòu)造與工作原理,1、三相交流同步發(fā)電機的構(gòu)造：,（1）定子（電樞）： 定子鐵芯、機座、三相繞組(接星形)。 定子繞組與三相電網(wǎng)連接，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并電網(wǎng)輸送電能。 （旋轉(zhuǎn)磁極式三相同步發(fā)電機的定子也稱“電樞”）,（2）轉(zhuǎn)子（磁極

2、）：轉(zhuǎn)子鐵芯、直流勵磁繞組、滑環(huán)與電刷 勵磁繞組通直流電，產(chǎn)生恒定的主磁通，在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)。,轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)形式,凸極式：有凸出的磁極，簡單,適用于船用柴油機、水輪機作原動機的發(fā)電機。(離心力較大) 轉(zhuǎn)速：500-1500r/min,隱極式：呈圓柱形，結(jié)構(gòu)較復雜、用于高速發(fā)電機（汽輪發(fā)電機） 轉(zhuǎn)速：1500r/min,勵磁系統(tǒng),原動機,主發(fā)電機,轉(zhuǎn)子磁極,定子電樞,2.三相交流同步發(fā)電機的工作原理,a轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)、電刷外加直流電產(chǎn)生磁場 b轉(zhuǎn)子在原動機的帶動下變成旋轉(zhuǎn)的磁極磁場 c定子繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢 d定子三相繞組在空間上互差120，故產(chǎn)生三相感應(yīng)電勢,eA=Emsint e

3、B=Emsin(t120)eC=Emsin（t+120） 空載電動勢有效值： Eo4.44fN,交流電動勢的頻率f,同步發(fā)電機電動勢頻率由原動機的轉(zhuǎn)速n和電機極對數(shù)P決定。 f=pn/60 得空載電動勢為：EoKen 即：空載電動勢的大小與主磁通和轉(zhuǎn)速n 成正比。,3.勵磁方式：給磁極的勵磁繞組提供直流電的裝置-勵磁系統(tǒng) 見書本,自勵式：半導體勵磁 同步發(fā)電機的勵磁電流是由發(fā)電機自已提供,電樞繞組,轉(zhuǎn)子勵磁繞組,三相橋式整流,輔助繞組,他勵：設(shè)有專用勵磁電源的稱為他勵（無刷）。 直流發(fā)電機 無刷同步發(fā)電機,4.銘牌數(shù)據(jù),額定容量：同步發(fā)電機輸出的電功率。 額定電壓：額定運行時定子輸出端的線電壓

4、。 額定電流：額定運行時定子輸出端的線電流。 額定頻率：額定運行時電樞輸出端電能的頻率。 額定轉(zhuǎn)速：額定運行時電機的轉(zhuǎn)速。 溫升（絕緣等級）：電樞額定負載運行時允許最高溫升。 P書163,自勵式：半導體勵磁 同步發(fā)電機的勵磁電流是由發(fā)電機自已提供,電樞繞組,轉(zhuǎn)子勵磁繞組,三相橋式整流,輔助繞組,二、同步發(fā)電機的空載運行及空載特性 1.同步發(fā)電機的自勵起壓,2.自勵起壓條件,（1）必須具有足夠的剩磁，自勵的必要條件 （2）自勵過程構(gòu)成正反饋，方向相同，極性一致 （3）適當整定勵磁回路阻抗 3.自勵起壓存在的實際問題及措施 （1）提高發(fā)電機的剩磁電壓 （2）降低伏安特性 （3）利用復勵電流幫助起壓

5、,4.同步發(fā)電機的空載運行及空載特性E0=f（If）（ 相似磁化曲線）,EoKen 保持額定轉(zhuǎn)速不變，空載電勢E0與空載勵磁電流I f的關(guān)系曲線。 E00 If ； 空載特性的實質(zhì)就是磁化曲線。,同步發(fā)電機的空載額定電壓一般處于空載特性曲線的部分（接近飽和點）,同步電機的轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速no一致,發(fā)電機接負載，定子（電樞）繞組有三相對稱電流通過，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場n0=60f/p； 因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在原動機帶動下達 n=n0 故為同步，磁極磁場0與電樞磁場a同步，且相對靜止。,電樞電流,三、同步發(fā)電機負載運行及電樞反應(yīng)1.同步發(fā)電機負載運行特點,發(fā)電機接負載，定子（電樞）繞組有三相對稱電流通過電樞電流

6、Ia，電樞磁場a 電樞磁場對磁極磁場的影響叫電樞反應(yīng)。當所接的負載性質(zhì)不同產(chǎn)生的電樞反應(yīng)結(jié)果也不一樣，可能產(chǎn)生對電樞主磁場的不同作用效果。,電樞電流,2、同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)分析,電樞電流影響電樞反應(yīng)的性質(zhì)：電樞電流 Ia與空載電勢Eo的關(guān)系有：同相位、滯后和超前三種。 與之對應(yīng)的電樞反應(yīng)的性質(zhì)有：交軸、直軸去磁和直軸增磁三種。 Ia與Eo的夾角為內(nèi)功率因數(shù)角,前極靴（左）去磁、后極靴增磁，合成磁場扭斜角，為交軸電樞反應(yīng)。,交軸反應(yīng)（同相位）,(1）0 Ia與Eo同相（阻性負載）,a與o方向相反，合成磁場減少，為直軸去磁電樞反應(yīng)。,直軸去磁（滯后）,(2) 90Ia滯后Eo90（感性負載）,a

7、與o同向，合成磁場增強，為直軸增磁電樞反應(yīng)。,直軸增磁（超前）,(3)90Ia超前Eo90（容性負載）,一般負載多為感性，電樞電流滯后電動勢Eo （090） 電樞電流Ia分成兩個量 Iq與Eo同相交軸電樞反應(yīng) Id與Eo垂直直軸去磁電樞反應(yīng)。 結(jié)果：一般性負載既有交磁反應(yīng)，又有去磁反應(yīng)，且負載的功率因數(shù)越低，去磁反應(yīng)越嚴重。,一般情況,四、同步發(fā)電機的外特性及調(diào)節(jié)特性,1外特性U=f（I） 電阻性負載，交軸電樞反應(yīng)，電流增加，端電壓稍有下降； 感性負載，交軸和去磁電樞反應(yīng)，電流增加，端電壓下降； 容性負載，交軸和增磁電樞反應(yīng)，電流增加，端電壓增加。,負載的功率因數(shù)越低，去磁反應(yīng)越嚴重，端電壓下

8、降越利害。,電壓下降率： U%=(Uo-UN)/UN100%,2調(diào)節(jié)特性If=f（I）,為保持端電壓基本不變，勵磁電流隨負載電流變化。,電樞反應(yīng)去磁，則勵磁電流應(yīng)增加，反之則減小。,同步發(fā)電機有功功率、無功功率的調(diào)節(jié),同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩與功率的平衡： 空載 帶負載 原動機輸入轉(zhuǎn)矩Tin=To Tin=To+T阻（電磁轉(zhuǎn)矩） 原動機輸入功率Pin=Po Pin=Po +Pe （電磁功率）,原動機,勵磁系統(tǒng),主發(fā)電機,發(fā)電機輸出的功率包括：有功功率和無功功率,由于一般負載均為感性負載：既有功功率和無功功率 無功功率的影響：感性負載的直軸去磁反應(yīng)使主磁通下降，端電壓下降。 有功功率的影響：因Ia與Eo

9、同相交磁反應(yīng)， Ia受電磁力作用，使T阻（電磁轉(zhuǎn)矩）Tin， Pin=Po +Pe （電磁功率）發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速n下降，端電壓下降，頻率也下降。,同步發(fā)電機負載運行時的調(diào)節(jié)： 改變無功功率：調(diào)節(jié)勵磁電流 改變有功功率：改變原動機的油門開度,同步發(fā)電機獨立運行有3個特點： 1.有功功率和無功功率完全由負載決定； 2.頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，電壓隨勵磁電流而變化； 3.負載變化將引起頻率（有功）或電壓（無功）的相應(yīng)變化。,同步發(fā)電機的并聯(lián)運行,與無窮大電網(wǎng)并聯(lián): 電網(wǎng)與單機容量比非常大，U、f不受單機調(diào)節(jié)影響。 并聯(lián)運行：是指兩臺以上發(fā)電機同時向同一電網(wǎng)供電的工作狀態(tài)。 并聯(lián)條件：三個相等（電壓、頻率、相位） U1=U2 f1=f2 1=2 一個一致（相序）,同步發(fā)電機的并聯(lián):,有功功率的調(diào)節(jié)：減小原運行機的油門，增加新并機油門，要同時調(diào)節(jié)。 無功功率的調(diào)節(jié)：減小原運行機勵磁電流，增加新并機勵磁電流，要同時調(diào)節(jié)。,同步發(fā)電機的解列：同步發(fā)電機退出運行解列,減小解列機油門，增加繼續(xù)運行機的油門，要同