三相同步发电机运行原理PPT学习教案

1、会计学1三相同步发电机运行原理三相同步发电机运行原理2第1页/共107页3第2页/共107页4第3页/共107页5第4页/共107页6第5页/共107页71.空载运行时的电磁过程空载运行时的电磁过程第6页/共107页8第7页/共107页9第8页/共107页10第9页/共107页11第10页/共107页12010444WfNK.E 601pnf 第11页/共107页13)(0fIfE fIE000, 0EUI00EffIF 第12页/共107页14第13页/共107页15第14页/共107页16第15页/共107页17oaNsUEoadnaback0第16页/共107页180E0abc1ngd0

2、If(Ff)Ff0FfffffIFN IN导体截面饱和用铜量 ，成本导体匝数第17页/共107页19第18页/共107页20第19页/共107页21第20页/共107页22第21页/共107页2300E0第22页/共107页24第23页/共107页25第24页/共107页26%uuuuKnu223221100第25页/共107页27第26页/共107页28第27页/共107页29第28页/共107页300ffaaIFIF 气隙磁通第29页/共107页31u定子磁势定子磁势 定子三相对称绕组中通入对称三相电流产生定子三相对称绕组中通入对称三相电流产生基波电枢磁势基波电枢磁势Fa ：IpNkFWa

3、135. 1（1） 大小：大小：1.三相同步电机带对称负载后的磁动势三相同步电机带对称负载后的磁动势 （2） 转速：转速： (r/min) pfn601（3）转向：通电相序）转向：通电相序A、B、C的方向，与转子同向；的方向，与转子同向；（4）极对数：和转子极对数）极对数：和转子极对数p相同，决定于绕组的相同，决定于绕组的节距节距y。第30页/共107页321fF1f12fffFk N i第31页/共107页33结论：结论：励磁磁势和电枢磁势以相同转速，相同励磁磁势和电枢磁势以相同转速，相同转向旋转，彼此无相对运动，共同建立负载时转向旋转，彼此无相对运动，共同建立负载时气隙的合成磁势。气隙的合

4、成磁势。 正是由于电枢磁势和励磁磁势的相对静止，使电正是由于电枢磁势和励磁磁势的相对静止，使电机能产生稳定的气隙磁场和平均力矩，实现机电能量机能产生稳定的气隙磁场和平均力矩，实现机电能量转换。转换。第32页/共107页34第33页/共107页35励磁磁势和电枢磁势的区别励磁磁势和电枢磁势的区别第34页/共107页36第35页/共107页370EI:.:)(,:,:00三者关系的时间相位角与是功角功率角与负载有关的时间相位角与是外功率因数角与电机参数及负载有关的时间相位角与是内功率因数角UEIUIE第36页/共107页38第37页/共107页39第38页/共107页40AE0AI第39页/共10

5、7页41 I第40页/共107页42BI.AI.CI.AE0.CE0.B0.E第41页/共107页43BI.AI.CI.AE0.CE0.B0.EfF第42页/共107页44 =0 时的时空相矢图时的时空相矢图 第43页/共107页45fFaFFafFFFaFaqF第44页/共107页46第45页/共107页47同步发电机负载电流滞后空载电势同步发电机负载电流滞后空载电势90时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴q 轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNSFa A相电流瞬时值达最大值时，相电流瞬时值达最大值时，A相电势瞬时值为相电势瞬时值为零，此时主磁极轴线位于零，此时主磁极轴线

6、位于A相轴线的反向位置，为相轴线的反向位置，为直直轴电枢反应。轴电枢反应。第46页/共107页48 转子磁势和电转子磁势和电枢磁势一同作用在枢磁势一同作用在直轴上，方向相反直轴上，方向相反，电枢反应为，电枢反应为纯去纯去磁磁作用，合成磁势作用，合成磁势的幅值减小。的幅值减小。 这一电枢反应这一电枢反应称为称为直轴去磁电枢直轴去磁电枢反应反应。 第47页/共107页49同步发电机负载电流超前空载电势同步发电机负载电流超前空载电势90时轴AE0.CE0.BE0.CI.BI.AI.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第48页/共107页50 此时此时

7、Ff与与Fa之间之间的夹角为的夹角为0 ，即二者，即二者同相，转子磁势和电同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电轴上，方向相同，电枢反应为枢反应为纯增磁纯增磁作用作用，合成磁势的幅值加，合成磁势的幅值加大。大。 这一电枢反应称这一电枢反应称为为直轴增磁电枢反应直轴增磁电枢反应。 第49页/共107页51 I0 E时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS既有交轴又有直轴去磁电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0Fa滞后励磁电势滞后励磁电势 一锐角一锐角 (5) 一般情况下的电枢反应一般情况下

8、的电枢反应 第50页/共107页52(5) 一般情况下的电枢反应一般情况下的电枢反应 第51页/共107页53第52页/共107页54第53页/共107页55第54页/共107页56不同不同角的电枢反应角的电枢反应 位置位置夹角夹角记作记作电枢反电枢反应性质应性质对电机的影响对电机的影响=负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴+90+900 0交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴+90+900 0直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=-90=-900 0d d轴轴+90+900 0直、助直、助增强增强不变不变上升上升C C0

9、00 090900 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 0000 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直助交、直助增强增强下降下降上升上升R R、C CaFafFFaFaqFadFadFaqFadFadFaqFF第55页/共107页57l同步发电机空载时无电枢反应，也无机电同步发电机空载时无电枢反应，也无机电能量转换。能量转换。l负载时，定子电流产生电枢磁场，与转子负载时，定子电流产生电枢磁场，与转子间有相互电磁作用。间有相互电磁作用。l负载性质不同，电枢磁场与转子之间的电负载性质不同，电枢磁场与转子之间的电磁作用

10、也不同。磁作用也不同。三三. .电枢反应对同步电机运行性能的影响电枢反应对同步电机运行性能的影响 第56页/共107页58n1Teml当同步发电机负载电流与空载电动势同相时，当同步发电机负载电流与空载电动势同相时， ，电枢磁动势产生交轴电枢反应，交轴电枢磁场与，电枢磁动势产生交轴电枢反应，交轴电枢磁场与转子电流产生的电磁力由左手定则决定。转子电流产生的电磁力由左手定则决定。0l电磁力方向与转子旋转方向电磁力方向与转子旋转方向相反，此时的电磁转矩为相反，此时的电磁转矩为制动制动转矩。转矩。第57页/共107页59n1Teml当发电机输出有功电流，即输出有功功率时，原当发电机输出有功电流，即输出有

11、功功率时，原动机（如汽轮机或水轮机）必须克服交轴电枢反动机（如汽轮机或水轮机）必须克服交轴电枢反应对转子的制动转矩。应对转子的制动转矩。l负载电流的交轴分量越大，负载电流的交轴分量越大，输出的有功功率就越大，对转输出的有功功率就越大，对转子的制动转矩也越大。为维持子的制动转矩也越大。为维持转子转速（频率）不变，需要转子转速（频率）不变，需要相应增大汽轮机进汽量，用于相应增大汽轮机进汽量，用于克服制动转矩。克服制动转矩。第58页/共107页60n1nadIfAZBXCYl同步发电机负载电流滞后同步发电机负载电流滞后空载电势空载电势90（感性无功电（感性无功电流），电枢磁势产生直轴去流），电枢磁势

12、产生直轴去磁电枢反应。磁电枢反应。l直轴电枢磁场与转子电直轴电枢磁场与转子电流相互作用产生电磁力，流相互作用产生电磁力，但不产生转矩。但不产生转矩。l电枢磁势对转子磁场产生电枢磁势对转子磁场产生去磁作用，使气隙磁场削弱去磁作用，使气隙磁场削弱，发电机端电压降低，若要，发电机端电压降低，若要维持端电压不变，应增加转维持端电压不变，应增加转子的励磁电流。子的励磁电流。第59页/共107页61n1nadIfAZBXCYl同步发电机负载电流超前同步发电机负载电流超前空载电势空载电势90（容性无功电（容性无功电流），电枢磁势产生直轴增流），电枢磁势产生直轴增磁电枢反应。磁电枢反应。l直轴电枢磁场与转子电

13、直轴电枢磁场与转子电流相互作用产生电磁力，流相互作用产生电磁力，但不产生转矩。但不产生转矩。l电枢磁势对转子磁场产生电枢磁势对转子磁场产生增磁作用，使气隙磁场增强增磁作用，使气隙磁场增强，发电机端电压升高，若要，发电机端电压升高，若要维持端电压不变，应减小转维持端电压不变，应减小转子的励磁电流。子的励磁电流。第60页/共107页62不同负载性质时电枢反应磁场与转子电流的相互作用不同负载性质时电枢反应磁场与转子电流的相互作用 第61页/共107页63l要维持发电机转速（频率）不变，必须随有功负载要维持发电机转速（频率）不变，必须随有功负载变化，调节原动机输入功率。变化，调节原动机输入功率。l要维

14、持发电机输出端电压不变，必须随无功负载的要维持发电机输出端电压不变，必须随无功负载的变化调节转子的励磁电流。变化调节转子的励磁电流。l一般同步发电机是阻感负载，一般同步发电机是阻感负载， ，负载电流，负载电流既有交轴分量，也有直轴分量，所以既产生交轴电枢既有交轴分量，也有直轴分量，所以既产生交轴电枢反应，也产生直轴电枢反应。反应，也产生直轴电枢反应。900第62页/共107页64l 隐极同步电机定转子之间的气隙均匀分布，凸隐极同步电机定转子之间的气隙均匀分布，凸极同步电机定转子之间气隙分布不均匀，所以极同步电机定转子之间气隙分布不均匀，所以对于隐极电机和凸极电机需采用不同的分析方对于隐极电机和

15、凸极电机需采用不同的分析方法来分析它们的同步电抗。法来分析它们的同步电抗。第63页/共107页651.磁路不饱和时隐极同步发电磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过机的电磁过程程 fIfF00EIaFaEEaaIraaxI jExI jE电枢反应电势：电枢反应电势：定子漏电势：定子漏电势：第64页/共107页66根据基尔霍夫定律，写出一相回路电压方程式：根据基尔霍夫定律，写出一相回路电压方程式： aarIUEEEE0同步发电机各物理量正方向的规定同步发电机各物理量正方向的规定 1.磁路不饱和时隐极同步发电磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过机的电磁过程程 u电势方程电势方程（三相对称，讨论一相）（三

16、相对称，讨论一相）第65页/共107页67其中其中 U定子绕组的端电压，定子绕组的端电压， I定子电流，定子电流， ra定子绕组的电阻。定子绕组的电阻。 1.磁路不饱和时隐极同步发电磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过机的电磁过程程 aarIUEEEE0u电势方程电势方程第66页/共107页68u 电枢反应电抗电枢反应电抗 设定子电流有效值为设定子电流有效值为I，则产生的三相合成，则产生的三相合成电电枢反应磁势枢反应磁势的幅值为：的幅值为：其中其中N:每相串联匝数每相串联匝数IpNkFWa135. 12.电枢反应电抗与同步电抗电枢反应电抗与同步电抗 电枢反应磁通：电枢反应磁通： ：电枢反应磁通回

17、路上的磁导。：电枢反应磁通回路上的磁导。amaF m第67页/共107页69aWafNK.E1444u 电枢反应电抗电枢反应电抗2.电枢反应电抗与同步电抗电枢反应电抗与同步电抗 第68页/共107页70IExIxEaaaa aaxIjE 电枢反应电抗电枢反应电抗第69页/共107页71aaExIu 电枢反应电抗：电枢反应电抗：l数值上表示单位相电流在定子一相绕组上所引起数值上表示单位相电流在定子一相绕组上所引起的电枢反应电势的大小。的电枢反应电势的大小。l时间上，电势落后产生它的磁通相位时间上，电势落后产生它的磁通相位90。aaEjIx 电枢反应电抗电枢反应电抗第70页/共107页72IEIj

18、xE漏电抗漏电抗第71页/共107页73xxxas xs称为隐称为隐极同步电机的极同步电机的同步电抗同步电抗，它是对称稳态，它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数。不计饱和时，综合参数。不计饱和时，xs是一个常是一个常值。值。xxxas并且有物理意义：物理意义：表征对称负载下单位电枢电流三相联表征对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势。2.电枢反应电抗与同步电抗电枢反应电抗与同步电抗 第72页/共107页743.磁路不饱和时隐极同步发电机的回路电磁路不

19、饱和时隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路和相量图压方程式、等效电路和相量图 0aaEEEEUI raaEjI xEjI xsx同步电抗同步电抗aasEEjI xxjI x saxxx0asEUI rj I x第73页/共107页75假设已知假设已知U，I及及 角，求角，求0E作作 ，UIIU ( , )均与均与 同向同向aFa IaFa ， 分别滞后分别滞后 , , a aEE090aEEaaRIUEEE00EaEEaRI 0aEEE EsaXIjRIUE0SjIXj I X E0，I 之间的夹角为之间的夹角为 第74页/共107页76IU aFa aEE0EEaEaRI Eaj I X

20、 XIj 磁势矢量部分：磁势矢量部分：Ff 超前超前E0900fFaF Fa 第75页/共107页77UI 0EaEE EaXIj XIj aaRIUEEE 00aEEE XIjXIjRIUEaa 0UIXsRaIUIRaIXsjsaXI jRIUE0 0E 0E 第76页/共107页78不考虑饱和时隐极同步发电机的相矢图等效电路不考虑饱和时隐极同步发电机的相矢图等效电路 第77页/共107页79不考虑饱和时隐极同步发电机的等效电路和相量图不考虑饱和时隐极同步发电机的等效电路和相量图 3.磁路不饱和时隐极同步发电机的回路电磁路不饱和时隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路和相量图压方程式、等

21、效电路和相量图 第78页/共107页80第79页/共107页81第80页/共107页82UUjxrIEa或或 jxrIUEa第81页/共107页83第82页/共107页84凸极同步机的气隙不均匀凸极同步机的气隙不均匀在极面下的磁导大，在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。两极之间的磁导小。同一电枢磁势波作用在气隙不同处，会遇到不同同一电枢磁势波作用在气隙不同处，会遇到不同的磁阻，产生不同的磁密。的磁阻，产生不同的磁密。 =F ， =BS。IExEFIaaaaa 第83页/共107页85双反应理论双反应理论电枢基波磁势电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直分解为直轴上的直轴电枢反应磁势分量轴电枢反应磁势

22、分量Fad和交轴上的交轴电枢反应和交轴上的交轴电枢反应磁势分量磁势分量Faq。 第84页/共107页86l电枢磁势作用在直轴时：电枢磁势作用在直轴时：极弧下气隙磁场接极弧下气隙磁场接近正弦分布近正弦分布。l电枢磁势作用在交轴时：电枢磁势作用在交轴时：极弧下气隙磁场呈极弧下气隙磁场呈马鞍形分布马鞍形分布。l电枢磁势作用在直轴或交轴时：气隙磁场波电枢磁势作用在直轴或交轴时：气隙磁场波形对称分布，电枢反应大小不难求出。形对称分布，电枢反应大小不难求出。第85页/共107页87第86页/共107页88 双反应双反应理论理论电枢基波磁势电枢基波磁势Fa分解分解为直轴为直轴上的直轴电枢反应磁势上的直轴电枢

23、反应磁势Fad和交轴上的交轴和交轴上的交轴电枢反应磁势电枢反应磁势Faq。 根据直轴和交轴的磁导，根据直轴和交轴的磁导，分别求出分别求出直轴和交直轴和交轴的磁通密度波及磁通。轴的磁通密度波及磁通。 求出在每相定子绕组中直轴电枢反应电势求出在每相定子绕组中直轴电枢反应电势Ead和交轴电枢反应电势和交轴电枢反应电势Eaq。 双反应理论的基础是，当不计饱和时，适用双反应理论的基础是，当不计饱和时，适用叠加叠加原理，用双反应法来分析凸极同步电机原理，用双反应法来分析凸极同步电机。第87页/共107页89第88页/共107页900EadEaqEEaaqadrIUEEEEE0在电枢绕组任一相都存在在电枢绕

24、组任一相都存在一相回路电压方程式一相回路电压方程式: 第89页/共107页91dI11.35waddNKFIp114.44adwadEfNKdadadIF1dadadadIFE1qaqaqaqIFE1qaqdadIEIE,第90页/共107页922. 直轴同步电抗与交轴同步电抗直轴同步电抗与交轴同步电抗 第91页/共107页93aqqaqaddadxI jExI jEadxaqxxxxaddxxxaqqqaqdadIEIE,第92页/共107页94：直轴电枢反应磁通所经路径磁导。：直轴电枢反应磁通所经路径磁导。adaq aqad2adadxN2aqaqxN第93页/共107页95第94页/共107页96 aqqaqaddadxIjExIjE xxxadd xxxaqq 0adaqaEEEEEUI rqdIII第95页/共107页97aqqaqaddadxI jExI jExxxaddxxxaqqxIjE0dqaadaqEUI rj Ixj I xj I xqdIIIdqdqaadaqUI rj I xj I xj I xj I x0dqadqEUI rjI xjI x0adaqaEEEEEU Ir第9