同步发电机运行原理课件

第十章

同步发电机运行原理招电力专业人才，上电力英才网主要内容1同步电机的基本知识2空载和负载时同步电机的磁场3隐极同步发电机电动势方程、同步电抗、相量图4同步发电机功率及转矩方程郝雯娟10.1同步电机基本知识一、同步电机的基本工作原理及特点同步发电机的基本原理结构定子：电枢铁心、电枢绕组转子：磁极铁心、励磁绕组原理励磁绕组通入直流电流，电机里就产生了磁场；原动机拖动主磁极以恒速

n逆时针旋转，磁场与定子上的导体之间就有了相对运动，于是，在定子绕组里便感应出交流电动势。10.1同步电机基本知识二、同步电机类型1.按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。2.按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。其中旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。10.1同步电机基本知识二、同步电机类型10.1同步电机基本知识三、同步电机基本结构10.1同步电机基本知识三、同步电机基本结构（1）定子铁心10.1同步电机基本知识三、同步电机基本结构（1）定子铁心10.1同步电机基本知识三、同步电机基本结构（2）转子在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。四、同步发电动机铭牌数据、额定值10.1同步电机基本知识发电机电动机一、空载运行时主磁极磁场及空载特性10.2空载和负载时同步电机的磁场什么是同步发电机空载运行？同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流电流If，定子绕组开路的运行称为空载运行。空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立。一、空载运行时主磁极磁场及空载特性10.2空载和负载时同步电机的磁场感应电势的频率：感应电势的有效值：一、空载运行时主磁极磁场及空载特性10.2空载和负载时同步电机的磁场由图可见，当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载特性呈直线（将其延长后的射线称为气隙线）。随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为了合理地利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场★当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流。当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度旋转的旋转磁势。旋转电枢磁势的形成二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场★电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应。(增磁、去磁或交磁)二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场★电枢反应励磁磁势和电枢磁势的区别二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场★电枢反应★内功率因数角ψ：相量E0A

和IA

之间的相位差ψ，称为内功率因数角。电枢反应的情况决定于空间相量和之间的夹角，而这一夹角又和时间相量E0A

和IA

之间的相位差ψ相关连。二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场★三个角几个基本概念二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场几个基本概念★四个轴三个空间轴相轴：每相绕组的轴线位置相绕组轴线（相轴）正方向：规定当相绕组首端电流流出，尾端流入时，按右手螺旋关系，拇指所指方向规定为相绕组轴线正方向。二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场几个基本概念★四个轴三个空间轴d轴（纵轴、直轴）：主磁极轴线位置转子d轴（直轴）正方向：规定N极磁力线穿出的方向为转子d轴正方向；d二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场几个基本概念★四个轴三个空间轴q轴（横轴、交轴）：与d轴成90º电角度的轴转子q轴正方向：由d轴逆转子转向转过90º规定为转子q轴正方向。dqd、q坐标轴是随转子旋转的。二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场几个基本概念★四个轴一个时间轴时轴参考轴正方向的选取一般是任意的，但令时轴参考轴正方向与空间参考轴A正方向重合，会给分析带来方便。时空相量图j二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场1.

电枢电流与励磁电势同相(ψ=0

)d二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场1.

电枢电流与励磁电势同相(ψ=0

)A相电势最大A相电流最大ψ=0A相磁势F最大，空间位置在A轴上电枢磁势轴线与励磁磁势轴线垂直二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场时空相量图j二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场1.

电枢电流与励磁电势同相(ψ=0

)时空相量图jAqd★ψ=00：Fa和Ff1之间的夹角为90度，即二者正交，转子磁势作用在直轴上，而电枢磁势作用在交轴上，这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用

影响：扭歪主磁场交轴磁势与主磁场相互作用产生电磁转矩，实现机电能量转换的必要条件！！发电机有有功功率输出至电网，处于发电运行状态，此时发电机不发出无功功率二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场时空相量图jAqd交轴电枢反应二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场2.

电枢电流滞后励磁电势90°(ψ=90°)A相电势最大A相电流为0ψ=90°电枢磁势轴线与励磁磁势轴线同在直轴轴线，方向相反二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场时空相量图jAqd二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场时空相量图jAqd影响：去磁不产生切向作用力和电磁转矩，不进行机电能量转换。二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场3.

电枢电流超前励磁电势90°(ψ=-90°)A相电势最大A相电流为0ψ=-90°电枢磁势轴线与励磁磁势轴线同在直轴轴线，方向相同二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场时空相量图jAqd二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场时空相量图jAqd影响：增磁不产生切向作用力和电磁转矩，不进行机电能量转换。ψ二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场4.一般情况0<ψ<90°电枢电流滞后励磁电势ψ度时空相量图jAqd二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场4.一般情况0<ψ<90°dqψ交轴电枢磁势：直轴电枢磁势：二、对称负载运行时的电枢反应10.2空载和负载时同步电机的磁场4.一般情况0<ψ<90°dqψ影响：横轴电枢反应磁动势将改变磁场分布，使定转子之间产生切向电磁转矩，进行机电能量转换。纵轴电枢反应磁动势起去磁作用，使合成气隙磁动势减小。一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图与外电压平衡一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图电枢反应电动势和漏电动势电枢反应电抗，为比例系数，反映综合影响参数漏电抗一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图转子磁场与电枢磁场分别在定子绕组中感应电势。其为考虑了电枢反应影响后发电机的内电动势，是与气隙合成磁动势相对应的气隙电动势。一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图同步电抗的物理意义：表征在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的电动势。隐极发电机的等效电路

ra:定子绕组相电阻(Ω)xσ:定子漏抗(Ω)

一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图一、不计磁路饱和时的分析10.3隐极同步发电机的电动势方程、同步电抗、相量图隐极发电机的相量图取U∠0°为参考相量功率角或转矩角内功率因数角功率因数角一、功率方程10.5同步发电机功率及转矩方程二、损耗及效率10.5同步发电机功率及转矩方程三、电磁功率Pδ10.5同步发电机功率及转矩方程式中表示电枢电流在横轴上的分量，其