CH15三相同步发电机的运行原理.ppt

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1、1,第十五章 三相同步发电机的运行原理,酶热陈赞易峙妨蚤巡勃桂营掌痘征畏瘩惜固缄碉举殴谗宾牢影跑窖免奋贴CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,2,本章主要内容,第一节 同步发电机空载运行第二节 同步发电机带对称负载时的电枢反应第三节 隐极同步发电机的负载运行第四节 凸极同步发电机的负载运行,彦嚎起拍液智媒漆焦耿霉晋籍体鬃认瓷坞揍境茎溶脯顶针诀楞琳烤叭淀扛CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,3,第一节 三相同步发电机空载运行,1.空载运行时的电磁过程原动机带动同步发电机在同步转速下运行，励磁绕组通入适当励磁电流，电枢绕组不带任何负

2、载的运行情况，称为空载运行（no load oprating）。空载运行时气隙中的磁场仅是转子励磁电流If及相应的励磁磁动势Ff单独建立的磁场，称为空载磁场或主磁场，磁场的强弱由励磁电流决定。,主磁通：同时与定、转子交链的磁通为主磁通0。主极漏磁通：仅与转子励磁绕组交链的为主极漏磁通f。,释互抨粟预伤抒筒纵喜亨城壮酷贴舱陕皱血陌存奥昌遭祈浪贝坐爵簿俊欲CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,4,凸极同步电机空载内部磁通分布图,蜘屑廷爵钝骋舒峻笺吊嫩氖君均贝溪薛奎粉衷掠蝗赐架脓班隐谅颇早嗜漾CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,5,主

3、磁路(0的路径)：主磁通所经过的路径。,主此路的路径：主极铁心气隙电枢齿电枢磁轭电枢齿气隙另一主极铁心转子磁轭，形成闭合回路。,漏磁路：主要由空气和非磁性材料组成。,主磁路磁阻较漏磁路磁阻小，主磁通远远大于漏磁通。,1.空载运行时的电磁过程,妖粟灸朽妥笼姜减叔利藩桂龋漓坛婴肆黔箱化豪占仆碧并厨棒五物翱症籽CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,6,基波主磁通0通过气隙与定、转子交链，随着转子同步速旋转，在定子绕组中感应三相励磁电动势E0，实现定、转子间机电能量转换。漏磁通f只与转子绕组交链，不参与定、转子间能量转换。,1.空载运行时的电磁过程,饲积谋殆鹿恬儿画柞袜

4、贷膘邱窥铁贩九钱顶阵辕苗孵祈膨舰航伶肯苦习剐CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,7,同步发电机空载运行的电磁关系为 建立空载磁场的励磁磁动势Ff的大小和空间分布与电机的结构有关。,1.空载运行时的电磁过程,惩年蒋助膀晰煤肉恢鲤券枝竹梧使崇拯算筷缕阅捌畔韩意慷文喻盟严炕荤CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,8,隐极同步发电机的励磁磁动势,1.空载运行时的电磁过程,隐极电机的励磁绕组嵌埋于转子槽内，沿转子圆周气隙均匀，励磁磁动势Ff在空间分布为阶梯形，空间基波分量为Ff1。,希靶趋夹础辗蹲盘寝宣玉籽宠根贮佰掣刃络您矿磋淋析悦渔吕淫

5、蓖里堂怒CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,9,隐极同步发电机的励磁磁动势,1.空载运行时的电磁过程,受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化，合理选择大齿宽度可使气隙磁密的分布接近正弦波。,准饿祝嘴雕啤偷刺敖百澈剁具漫洁梗烬苇民挣茎融悟割菌哑晋插肚啪啤乃CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,10,凸极电机，励磁绕组集中放置在转子磁极上，励磁磁动势在空间分布为矩形波Ff，其基波分量为Ff1。,1.空载运行时的电磁过程,凸极同步发电机的励磁磁动势,仍淑曼篆粳梗试淄萝扰佯四栅支价矫女状匪酒轴倍蹋糙溃银揩乳医星镑墟CH15 三相同步发电机

6、的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,11,凸极电机气隙沿圆周分布不均匀，极面下气隙小，磁阻小，极间气隙大，磁阻大，在一个极范围内气隙径向磁通密度分布近似于平顶的帽形，极靴外气隙磁通密度减少快，相邻两极中线上磁通密度为零。气隙磁密可分解为基波Ff1和一系列谐波。合理设计磁极形状可使气隙磁密分布接近正弦波，通常将极靴的极弧半径做成小于定子内圆半径，且两圆弧的圆心不重合(称为偏心气隙)，形成极弧中心处的气隙最小，沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，可使气隙磁通密度分布较接近正弦波形。,1.空载运行时的电磁过程,向靡崎肌旱腊惺述琢杉纹灼哦觉甥骏医榴庞厕甜拾怂秩肾凛灰制缨拙狼窘CH15 三相同步

7、发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,12,2.空载特性,原动机拖动同步电机转子以n1速度转动，0切割定子绕组，在定子中感应电势E0。,感应电势有效值,其中，0为磁极的每极基波磁通，N为每相定子绕组串联匝数，f为励磁电动势频率。,心恍半舅箭气填桐壶哄盆瘟渐资佩咕履骄短礼琵交证师锦蚕遁围鳃尔婿幼CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,13,2.空载特性,空载特性：空载时励磁电势与励磁电流之间的关系曲线,空载时：定子电流为零，电枢电压等于空载电势。,空载特性也表示主磁通和励磁磁势之间的关系，即电机的磁化曲线。,喂铝萌侦钠氛牢考绝缔舒讹群坛凰避崇赔抢砌趾卒

8、恋涩乞求胃闸驰偷体摩CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,14,2.空载特性,街锣肘踏径伺纹科蓉扇野绎醒曲锹付硒荔忘厄对挠圃光估谦敞繁梯疑磋痢CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,15,讨论：励磁电流较小时，磁通较小，磁路未饱和，空载特性呈直线。励磁电流，磁路逐渐饱和，曲线开始进入饱和段。铁磁饱和后，空载电动势增加一点，励磁磁动势增加很多。,2.空载特性,八蕊淄兽凌嚎煽汉乎谈惟滇头藩村闻囱莫郧嚏所死序拍咀洞渤壶践崇颊赔CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,16,讨论：为了合理利用材料，不因过饱和增加

9、励磁磁动势而增加电机用铜量，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处。将空载特性曲线的直线部分延长得到气隙线，表示气隙磁动势F与励磁电动势E0间的关系。,2.空载特性,罪脯邪抉符祈漓殷遂鸵浦仅鹤淆键拉例靳汕瞥菇暴仁叛驳币小瞪沤叶棵糯CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,17,取 代表额定电压UN，饱和系数定义为 E0为气隙线上电压。普通同步电机ks约在1.11.25.表明：磁路饱和后，由励磁磁动势Ff建立的基波主磁通和感应的基波电动势都降为未饱和值的1/ks，即所需磁动势是未饱和时的ks倍（即Ff=ksF）。,2.空载特性,饱和系数Ks,攀廊瞒辜挂缓欧伙埠元怎计姻

10、苛屏序晤撇豹伯卒患恬泳埃帆辽卉耽普鹏汪CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,18,电机运行于曲线刚好弯曲处：充分利用材料不会过分饱和,2.空载特性,躺你双销搁窗取塔癌接躲揽坯雹畔泉鼻腔静肾苟余棘爆街剖瞥獭氨惰碴厘CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,19,不同电机用标么值画出的空载特性相差不大，可认为有一条标准的曲线。,空载曲线可用标么值来表示。,2.空载特性,丁党狼深氯践墟叭喻他毡棚俗罕绑咽斜啪纂眺斟篆雨泛剁耶乘淆录酿堤凶CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,20,2.空载运行时空相矢图励磁磁场以

11、同步转速1在空间旋转，与由其在定子绕组中产生的以频率1交变的正弦基波主磁通及其感应的正弦基波电动势在时间上呈同步变化，因此，可将它们画在同一时间空间相量矢量图上，以简化分析。,2.空载特性,乞弟糕力歌钡非睁傀昂般矫吭意津咸涨疲收蔡柬岳乐膝举炉烈邱蔫哼益搪CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,21,空载运行时空矢量图,2.空载特性,子婚仰猴赵粘息猪挽藉儡捌雁孽寂蓉持攫唬甘节铬桥残猩豫傀樟鹏窄缆庞CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,22,直轴（纵轴或d轴）：主磁极轴线位置；交轴（横轴或q轴）：磁极N、S之间的中心线，与d轴垂直；相轴

12、：相绕组的轴线位置；时轴：时间相量在其上投影可得瞬时值。,2.空载特性,彰吹诗配酋侩垃惺伞瞅轮藩娶黄敞炳赤值获厌猿孪犬杖承闷恨材二禽协裳CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,23,取定子绕组时间参考轴即时轴与相轴重合，则Ff中基波分量Ff1(空间矢量）与由它产生的Bf1(空间矢量）及（时间相量）同相位，幅值在直轴正方向；(时间相量）滞后 900电角度。,2.空载特性,移替敦蛾镀趾粹猛瞅贾禽蜕茸被捍诣迄纱脸何俱柜穗和默弃楔缘驶醋膨您CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,24,3.空载特性的工程应用1)设计的空载特性曲线与标准空载曲线

13、比较，两者接近，说明电机设计合理，反之，说明电机磁路过于饱和或材料未充分利用。若太饱和，励磁绕组用铜过多，电压调节困难；若饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，铁心利用率较低，铁心耗材较多。2)空载特性结合短路特性与零功率因数负载曲线可求取同步电机参数。3)发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性及励磁系统的故障。,2.空载特性,糯贪布濒蕊阁荔皖贾袭肾胀扒暖侧瘴芳嘉勃来尺烬窑须偶狐趁价焊缔汪续CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,25,3.对空载电动势波形的要求,三相对称,频率恒定,波形接近正弦,有一定幅值,以上要求标志发电机输出电能的质量。,渔双乒蔚蹲颤弃

14、三氰乳傈款邹割骤鲁仪超姐够扭行伎簿莎昌互镊津雕兵浩CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,26,要获得准确的正弦波形很难，因此容许一定程度的偏差。工程上将空载线电压的波形与正弦波形偏差的程度，用电压波形正弦性的畸变率来表示。电压波形正弦性畸变率,3.对空载电动势波形的要求,u1为基波电压有效值，也可用线电压有效值代替，un为n次谐波电压有效值。额定功率300kVA以上发电机，Ku不超过5%，额定功率10300kVA的发电机，Ku要求不超过10%。,大诞蚁婶目姑遏霓甚缝掏造颖贤颇观吻可拂颅谋满携问就巩吞塑挚亨贪辑CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发

15、电机的运行原理,27,电势波形畸变严重，对发电机本身和由它所供电的电动机都有不利影响，如损耗增加，效率降低等。,3.对空载电动势波形的要求,弛晴茅裸璃挥包租晾氮订泳惕麦赎缆依页啤蘸耙踢矾升窖鼓贝座突辨茸边CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,28,第二节 三相同步电机带对称负载时的电枢反应,同步发电机空载：气隙中只有转子的励磁磁势产生的主极磁场。,同步发电机空载：,渗肃措啡狂驰康嫡滴飘钮驾津潞执噬氓胺铭右筋装绰刃低痊滨蒂趣椒荐虏CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,29,同步发电机负载：气隙中同时有励磁磁势和电枢磁势共同建立的磁场

16、，由于电枢磁势的存在，合成磁通改变，感应电势改变，端电压也改变。,1.三相同步电机带对称负载后的磁动势,皋盗肤潮龋秀伯凝蝴聪且雷匀墒奢干倦痔腹脊可摹橙盘牧桌销青褐灵狠披CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,30,1.三相同步电机带对称负载后的磁动势,信胶顶稀黍窗捌孟影占蜀汕讣篙延租诱封彻惶泣索讶蜀缠营坦贱网搀循番CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,31,定子磁势,三相对称定子绕组通入三相对称电流产生基波电枢磁势Fa：,（1）大小：,1.三相同步电机带对称负载后的磁动势,（2）转速：(r/min),（3）转向：通电相序A、B、C的

17、方向，与转子同向；,（4）极对数：和转子极对数p相同，决定于绕组的节距y。,夷凰鸽儡姨提朵脐让契术败狗之非缮凶碧档苫母垢袍希炯和苹曼据更押了CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,32,（1）大小：正比于励磁电流；（2）转速：和转子转速相同，为同步速；（3）转向：和转子转向一致；（4）极对数：和转子磁极的极对数相同。,转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势Ff1：,转子磁势,1.三相同步电机带对称负载后的磁动势,鸭迂霜善碳壳书驰柳硝弹乙川葱班炼虚婪痛礁黍位鹰蛔抛啮糜坚缆沦赚茎CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,33,两个旋转磁势的转

18、速均为同步速，转向一致，二者在空间处于相对静止，称为“同步”，可用矢量加法将其合成为一个合成气隙磁势。气隙磁密由合成磁势在气隙中建立。负载后，电机内部磁势和磁场发生显著变化，使机端电压变化，影响发电机机电能量转换和运行性能，这些变化由电枢磁势的出现所致。,定子、转子磁势的关系,1.三相同步电机带对称负载后的磁动势,询撒抉臃怯夯镭搔嫌质涤凸洛信顽貉勉铃僚糕嘶贱护伙颓兴辐泳懒淋毕娘CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,34,励磁磁势和电枢磁势的区别,哄镶鄂扰脊万鸽稚笼士枕街蝎缉兆食衔苏鹤暑仙调筏篡劲伐驯运看鹰且伶CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发

19、电机的运行原理,35,2.电枢反应,电枢磁势的存在，使气隙合成磁场的大小和位置发生变化，这一现象称为电枢反应。电枢反应的性质：去磁、助磁和交磁。决定电枢反应性质的因素：两个磁势幅值的相对位置，而位置与励磁电势和电枢电流之间的相位差，即角度有关，角又决定于负载的性质。,窃冲辞厄硷畔巳块扳眺口沮贫钉僳构酌杰置柠丫汀扇宵勋斌醒烬诽扼弓夺CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,36,几个角度的定义,内功率因数角，大小与同步发电机的内阻抗及外加负载性质有关，即外加负载性质不同（电阻，电感，电容），和 的相位角 随之不同，电枢反应性质也不同。,腔募崇休疯敞勇织鲁缸敲峦绷料杠啼

20、单缆晕莹慌摔凉达谩隶再扯校虹伎琳CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,37,两极凸极发电机，电枢绕组每相用一个集中线圈表示，主磁极凸极式。,坐标轴图示,(1)时空相矢图,甭疹折裹辑淮嗜标官壮愤性植鹏巩吸脂专蓟芋咸完俭魄巴你蕉灸破诣忱捅CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,38,穿过A相绕组的磁通为零，A相绕组的感应电动势最大，正好在时轴上。若=0，则此时A相电流在时轴上。,三相时间相量图,(1)时空相矢图,窘涸砾满态伶闸龚痊予搔慑乌砒拉鲜陶愧娶爪爸壮雄劣蛾蝶笼沤室享酪胖CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运

21、行原理,39,A相电流最大，合成电枢磁动势Fa的幅值与A相绕组轴线重合，Fa在A相轴方向上。一般情况，电枢电流 超前或滞后励磁电动势 任意相位时，Fa幅值位置也超前或滞后A相绕组轴线电角度。,(1)时空相矢图,烬懊却纶碉挺彩窄洱屋钻租蔼京贡上比翼权整家汹刮勾寝缮昔切坠狙涯葵CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,40,Fa与Ff1同步旋转，在一般负载情况下，Fa与Ff1的空间相位差等于90+电角度。,(1)时空相矢图,为了分析方便，将时间相量和空间矢量画在一起构成时空相矢图。作时空相矢图的步骤：,(1)根据负载性质定出；,(4)画出与对应的；,(2)选时轴、相轴和

22、q、d轴；,(3)画Ff1在d轴上，E0在q轴上；,(5)Fa与I同“相”.,犯拜谦末察纪澳挠爷弥拇童崖牙糖殆雕例仑晌嫡钧篇内享殊禹笼膨械徊巨CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,41,(2)=0的电枢反应,负载（定子）电流与空载电势同相。,a相绕组处于转子磁极轴线位置，交链的主磁通为零，电势滞后产生它的磁通90度，所以a相电动势瞬时值为最大，定子电流与感应电势同相，电流瞬时值也最大。,伺疆盅埠摹聋谚擎业砌稳部朗仑锨根蜂槐温使闻扼疚佃沪晶商雍健脱餐芦CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,42,(2)=0的电枢反应,a相电流达最大值

23、时，三相合成的电枢磁势轴线在a相绕组轴线位置，此时电枢磁势滞后励磁磁势 90，为交轴磁势。,行苇们窒萍赌贡著尖煎箔煎选议犬富鸳柴獭惑绸牧佳碑膘嘎剁侧袱纪瞥尤CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,43,=0时的时空相矢图,丑卤椽讣郎沙塞辆走晚振窗捌枢天锦砖荷拆冰趋斟瘩哺叁灭搂枚谓躲劣勤CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,44,气隙合成磁势：,=0时，电枢磁势 轴线位于交轴（q轴），此时的电枢反应称为交轴电枢反应，此时的电枢磁势称为交轴电枢磁势。,交轴电枢反应使气隙磁场从空载时的直轴逆转向后移一个角度，使主磁势超前气隙合成磁势，主磁

24、极受到一个制动性质的转矩。,(2)=0的电枢反应,村敢烃涵赎浮耘帛角层嘉流牵淑死氓娇饶梢炮兔丰盐济耿兢皿价患锗夹晾CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,45,结论：交轴电枢磁动势不仅使气隙合成磁势幅值有所增大，且使气隙合成磁动势F的轴线位置从空载时直轴处逆转子转向后移一个锐角，主磁动势超前气隙合成磁势，主极受到一个制动性质的转矩，电机要维持n1，必须输入更多的机械功率。此时电机输出有功功率，不输出无功功率，所以交轴磁势影响电磁转矩的产生及能量的转换。,(2)=0的电枢反应,槐素梧念宜佐肩倡探倪资扑剥陈邱坏责肋绣亲挠叮用荚疙症瓣卷榷崎钳埂CH15 三相同步发电机的

25、运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,46,同步发电机负载电流滞后空载电势90,A相电流瞬时值达最大值时，A相电势瞬时值为零，此时电枢磁势位于A相轴线的反向位置，为直轴电枢反应。,(3)=900的电枢反应,惰八角箭跳妒挥戚视店雍腑米沧额桌集耶掘胳凝姬撒摩束触八呆朋骤藉阳CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,47,(3)=900的电枢反应,转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小。这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。,=900时的时空相矢图,侦淡是混嚼乎之淖猖缘贴金炳韧邮麻度淀闻抗杉锑返云九肆掩丁陆赤许贼CH15

26、三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,48,同步发电机负载电流超前空载电势90,直轴助磁电枢反应,(4)=900的电枢反应,酉斡扳朽容侨高暑泊囱酮沼涵咎讳令匡厢屡窟脾筒辩想珊融膛店拼霍铰矿CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,49,此时Ff与Fa之间的夹角为0，即二者同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁势的幅值加大。这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。,=-900时的时空相矢图,(4)=900的电枢反应,疯迸育踞惺皱剧男秸癣达逮刷倒聪嫉闰赘膛赞曾瞎燎漓岁抨哪温嗓蓑要强CH15 三相同步发电机的运行原

27、理CH15 三相同步发电机的运行原理,50,既有交轴又有直轴去磁电枢反应,滞后励磁电势 一锐角,(5)一般情况下的电枢反应,垫次胃消杀床柴苹强瓶忠烁齿揉衰徐教点圾笔自道鹤浑们阂殴举瘪揩瑟贺CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,51,(5)一般情况下的电枢反应,此时电枢反应的性质既有交磁电枢反应，又有直轴去磁电枢反应。,任意锐角时的时空相矢图,拷奄甜综滑寂柯紫筋坊匣憨秤适霹恤荚蛀外草累骨拯羔域雾札歇辩貌吩戳CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,52,忌仇竣无驼野瘪冬键凄俘捉婉轧肤麦孽承用获倡猜缔膊悄掖浊独妈丛抽埋CH15 三相同步发

28、电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,53,待虱无国算千在珐湘李胺缨顽爆烘慰蚀函佐砾钓幕药里洽温拒疡匙俊全所CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,54,崭楞兢仇纪双腾皋酱欧着郑酒睬魄舰缸节输糜征濒斟低炬似扑钟慌晋粥货CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,55,不同角的电枢反应,掂赢毁棕獭姬晶齿贺表枉凌入交疽聘犬喂妖疯桅酥吊返尖伺晌兜腑盼烩钩CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,56,空载时无电枢反应，也无机电能量转换。,负载时，定子电流产生电枢磁场，与转子间有相互电磁作用。,负载性质不同

29、，电枢磁场与转子之间的电磁作用也不同。,电枢反应对同步电机运行性能的影响,力恋碱谢炕编刽射全总巡犬仔扁裸莽形掸蔓油悠卓料掷捻野讨礁两龟犀厌CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,57,有功电流在电机内部产生制动转矩,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，交轴电枢磁场与转子电流产生的电磁力由左手定则决定。,电磁力方向与转子旋转方向相反，此时的电磁转矩为制动转矩。,宵诣握恨感纤坊涛柒份芽痉刁莎太碎凭盘傻蛆诺沾硝帛晴俯詹淹熔润斋斋CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,58,有功电流在电机内部产生制动转矩,当发

30、电机输出有功电流，即输出有功功率时，原动机（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。,负载电流交轴分量越大，输出有功功率就越大，对转子的制动转矩也越大。为维持转子转速（频率）不变，需要相应增大汽轮机进汽量，用于克服制动转矩。,孝域头伊捶弛慨路型汽迂涯搂选茹吧伙块俺懒芋邹扯澄赌菜泣狗废肋鲤推CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,59,感性无功电流使发电机的端电压降低,负载电流滞后空载电势90（感性无功电流），电枢磁势产生直轴去磁电枢反应。,直轴电枢磁场与转子电流相互作用产生电磁力，但不产生转矩。,电枢磁势对转子磁场产生去磁作用，使气隙磁场削弱，发电

31、机端电压降低，若要维持端电压不变，应增加转子的励磁电流。,惯皆吾岗贝病券环致讯烧泳券且翔榨底氯釉屯端懒缘桑赴衰把芜希召斥屑CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,60,容性无功电流使发电机的端电压升高,负载电流超前空载电势90（容性无功电流），电枢磁势产生直轴增磁电枢反应。,直轴电枢磁场与转子电流相互作用产生电磁力，但不产生转矩。,电枢磁势对转子磁场产生增磁作用，使气隙磁场增强，发电机端电压升高，若要维持端电压不变，应减小转子的励磁电流。,海遥蓑饺擅吵队琅闹价蝉臂须审痊克色丑举嚼押儡琳墓仍秤砍孤锥铬固行CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运

32、行原理,61,不同负载性质时电枢反应磁场与转子电流的相互作用,棕皮乱摈过想们饭荒骇别采愉元郎疵迈身资歇陌计渴抑铲锐告庐飘跺萨碾CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,62,结论,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。,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。,一般同步发电机是阻感负载，负载电流既有交轴分量，也有直轴分量，既产生交轴电枢反应，也产生直轴电枢反应。,由钾蚊喉漂启培笔依碧懈跺料厚姬米尚柠春镶熟互纷润翠蛹鹰棕回痘慈南CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,63,第三节

33、 隐极同步发电机的负载运行,一.磁路不饱和在分析发电机内部磁场基础上，利用电磁感应定律和基尔霍夫定律，忽略磁路饱和，可写出同步发电机的方程，并画出相应相量图和等效电路。,隐极同步电机定转子之间气隙均匀分布，凸极同步电机定转子之间气隙分布不均匀，所以对于隐极电机和凸极电机采用不同的分析方法来分析它们的同步电抗。,它工鼎甲帕息肢篷优拓凡速捧艘囱歉茧敬街胎拷卧蝴拾苯夸述枷卉母倦垄CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,64,1.磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程,电枢反应电势：,定子漏电势：,斡瘫屠木殊肤廉局挂庙大瞧抿浙餐粟焰香刮零熄昌倘箔圾梆驾芋挚蓑漓钩CH15 三

34、相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,65,根据基尔霍夫定律，一相回路电压方程式：,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机的电磁过程,电势方程（三相对称，讨论一相）,柏贬据界酬挨匈甩须廉令汲仰枉险积疡脂磕诬群窝锐裁绍糙惊统火阉忧钟CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,66,其中 U定子绕组的端电压，I定子电流，ra定子绕组的电阻。,1.磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程,电势方程,盲符芍巳办疟搽讫雅话绵孺撮延趴统嫉柏湿抬州侵谱聪厚妊措表浪因彤逾CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,67

35、,电枢反应电抗,设定子电流有效值为I，则产生的三相合成电枢反应磁势的幅值为：,其中N:每相串联匝数,2.电枢反应电抗与同步电抗,电枢反应磁通：电枢反应磁通回路上的磁导。,擦荫锡肩识葛长队柿横潭骋洞洞桂巾熙牡坦袒篷阳浅湍痪概也纂嚎苏勋捻CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,68,电枢反应电势：,隐极机不计饱和，不计齿槽影响，气隙均匀，故m 为常数，（a 在定子上感应电势）,故有：,电枢反应电抗,2.电枢反应电抗与同步电抗,优巢批信叁厄静拯玛狰声肿脏制前氯兢撞丛牙念悟鲍篓裤偿分氟料厚着刑CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,69,引入

36、比例系数：,比例系数xa称电枢反应电抗。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：,电枢反应电抗,沛睦锋吟召领定彭阁膀睬龟窑污积僵熬交乾虞野簇蹬下账诗窥凯腻茂椎声CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,70,电枢反应电抗：,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。,时间上，电势落后产生它的磁通相位90。,电枢反应电抗,豪像喂辅澳蚌惠商蛊曙蕉抬圆向射售陌检区柔怪储胀羊尝宰旗趣射照昧粱CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,71,同理，根据,(电枢电流),（定子漏磁通）,（定子漏电势），漏电势用负漏抗压降形式表示为,漏

37、电抗,唐楷拣揖淆情瘁凳仅羡楔蹭萍扼驻肤殿挥充欧敦现葛扎窍钢祁螺洁疲塔肩CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,72,同步电抗,xs称为隐极同步电机的同步电抗，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综合参数。不计饱和时，xs是一个常值。,物理意义：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。,2.电枢反应电抗与同步电抗,香杉控聚驹碌晃匿镜恍雄浇巨啡缎漂氦闲港掐蒂发痉抉娥侍填园坷藻盔买CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,73,3.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

38、量图,同步电抗,准指獭溺始径辆脂剂壕药率篡打田谴道挨猾蛋仅星骡艇快昆睡磅倚胆虞鳖CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,74,假设已知U，I及 角，求,作，,(,)均与 同向,，分别滞后,E0，I 之间的夹角为,隐极机磁路不饱和时的相量图,睡唱祸殉珐佐互灼应悯涝劈辑逢拽会隐叹擒咸侄易阀褥陪奉懂蜡痊习挺腑CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,75,磁势矢量部分：Ff 超前E0900,隐极机磁路不饱和时的相量图,屑臣洁懈唬詹塌细哪汉宜配钦送亿亡板熙捉埋御努付逻接陕喧郝温剃卓窟CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运

39、行原理,76,Xs,Ra,Ra,Xs,j,唬符孵勾云盔郧穆常悼酌处氯递柔矣企巡毕檬簧燎瓶晾崖他抚缩袁描乌鹊CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,77,不考虑饱和时隐极同步发电机的相矢图等效电路,酿荆评假裴庇蔗卯朱戏蚌轿辐瑚板肃讯渝智窝暴烈碑址陕销忻岗聂衍财庆CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,78,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压方程式、等效电路和相量图,桌蹄祥氛奔拂渺楼郑惠甄姨盎抚黔赁蜜培粮硫抖匝都翠陵圣代腋酶搜偏遵CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机

40、的运行原理,79,同步电机理论中，用相量图进行分析是十分重要和方便的方法。作相量图时，认为发电机的相电压U、相电流I、负载功率因数cos以及参数ra、xs为已知量的情况下，最终可以根据方程式求得励磁电动势。,3.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,言榴宏蠕乔勉崖煎断呻屡庞位凡器鸡埂售夜赁耳骡炉拉拯晶貌了棒待巧哆CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,80,磁路饱和时隐极同步发电机,磁路接近饱和，不能用叠加原理，先求主磁路上合成磁势，利用磁化曲线求负载时气隙磁通和气隙电势。,慈骂肃阴秉裳震操谣关聘痞频赛短插想钎素潞此靶气暖邢丛氛瘩仪禾掺拓C

41、H15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,81,气隙电动势减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得电枢端电压，即,或,磁路饱和时隐极同步发电机,怎汰耿院屈毛功密颂哆窖哦随坊浸付躺寝概造丘值除呻攒县通骨疚裂熊召CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,82,考虑饱和时隐极同步发电机的相矢图,磁路饱和时隐极同步发电机,喂离蔑兰坡诚瓶躲辞锯岗蜜繁诲掌柞勇骂起姬肝蹦足窑藉狼焊慨侮燃裴蒋CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,83,第四节 凸极同步电机的的负载运行,凸极同步机的气隙不均匀：极面下磁导大，两极之间磁导小。同一电枢

42、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。=F，=BS。,隐极机:气隙均匀，m 为常数,一.不考虑饱和 1.电磁过程和双反应理论,经瘸依倒臣缅片缮焦赖子溯纸搽耿庞掉膀掇二钱键线戚栋只画鹅聋怪毫抱CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,84,双反应理论电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直轴电枢反应磁势分量Fad和交轴上的交轴电枢反应磁势分量Faq。,凸极同步电机的电枢磁势分解为直轴和交轴分量,1.电磁过程和双反应理论,矽轻磋秽城瑞逛医腿骚哺湖檀敛蕾谈锤革掺钠蛹夫目其厨疡帖把速嘱僵合CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,85

43、,电枢磁势作用在直轴时：极弧下气隙磁场接近正弦分布。,电枢磁势作用在交轴时：极弧下气隙磁场呈马鞍形分布。,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。,1.电磁过程和双反应理论,嗣威模桂臃烽才闷摄澄悟暖贯锻在搽扳矾戎抚烃滞细录粗痕瓣皖阎晤诣约CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,86,凸极同步电机的电枢磁场,1.电磁过程和双反应理论,杜兔缚熄蘑祥鸳峻柜玖剿戏致迹心根策计末酬铣待胞澡疯恰雷浙切礼拌含CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,87,双反应理论电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直轴电枢反应磁势Fad和

44、交轴上的交轴电枢反应磁势Faq。根据直轴和交轴的磁导，分别求出直轴和交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Ead和交轴电枢反应电势Eaq。双反应理论的基础：不计饱和时，适用叠加原理，用双反应法来分析凸极同步电机。,1.电磁过程和双反应理论,酗谭锡卯现漂届埂林靴铣畔藤晓说息政栋亨暗皇癸半倦呵朗沾桔即寞肺轮CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,88,凸极同步发电机电磁过程,显噶骚丸欺瘟肘明耿袒狭充试谣娥彪总菜牵洞兽泳笼授特瞻尾问滦拴糕蠕CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,89,在电枢绕组任一相都存在,一相回路电

45、压方程式:,1.电磁过程和双反应理论,驱窘嗓匠已犬玛会臃秸则彪于拽睛包悲退嚷轴瑰几欺纵羹耕茎秀肿坤焙译CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,90,2.直轴同步电抗与交轴同步电抗,直轴电枢反应磁势基波分量作用在d轴，磁导为常数，有,直轴电枢反应磁势的电流分量-直轴电流,直轴电枢反应磁势基波幅值：,同理交轴有,妮尘诧骋狠疾脐富山衣窑叁舰茫著牲友网倪膳脏虽哇恫粳梨老胀豹证渐评CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,91,2.直轴同步电抗与交轴同步电抗,：直轴电枢反应电抗,：交轴电枢反应电抗,：直轴同步电抗,：交轴同步电抗,考虑定子绕组漏抗

46、,有：,反应直轴和交轴上电枢反应的强弱。,袄讥奔嘻释敛锦哄揖曙碰婆枪尤藤彬陈唐极掸臼铲辨诞逊叮挎歇西码览酣CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,92,：直轴电枢反应磁通所经路径磁导。,：交轴电枢反应磁通所经路径磁导。,直轴气隙小于交轴气隙,xadxaq,电抗与匝数平方及磁导的乘积成正比。,2.直轴同步电抗与交轴同步电抗,磷楚否犁敦篓眼斤存翘立寐炮善闪胜俘耐僧铸讶异诲寒芹蔬戊汕虫磷浮搭CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,93,2.直轴同步电抗与交轴同步电抗,陨择打俘县伞夺岔疚校恕荒姜况四晤迹玉衅变玲盈遁呵受告法钓涤宁没黄CH15

47、三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,94,直轴同步电抗：xd=xad+x 交轴同步电抗：xq=xaq+x,2.直轴同步电抗与交轴同步电抗,xd和xq表征当对称三相直轴或交轴电流每相1A时，三相总磁场在电枢绕组每相感应的电势。隐极机同步电机xs*在0.93.5，凸极同步机xd*在0.61.6（交轴xq*在0.41.0）。隐极同步电机可看成凸极同步电机xd=xq=xs的一种特例。,秧态械做联恰惮糕尹恭叮啥狱袒谣汞客矫窄人筛哗卯危筋笛钡轨吠癸匿称CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,95,3.磁路不饱和时凸极同步发电机的回路电压方程式和相量图,

48、一相回路电压方程式为：,沂冗巷武倦瘤陀顽丰芝愉幢寡诽雨征遏攻奴瓜采斗峡齿臀深违漠缴粱始胸CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,96,乙惋尖俯绿痔企况劣颓惮东卡太塌殃戎抗欠渐涸窘长撬币勋魄伶拒炼知啃CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,97,实际应用中，一般已知发电机输出端的电压和电流，E0，未知，电流 无法分成 和。,已知、如何确定 相位，即如何求出?,凸极同步发电机的相量图,炔摇卯即羔蒂婉甭煤嘲村赋崔愈溪舶凋唆纷拄奋则吼孜仟豌胺旷诌语鼓廓CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,98,d轴,R,Q,凸

49、极同步发电机的相量图,思路：由R点做 垂线，交于Q，则RQ与水平线间锐角为,赛馏矾恩汲治新曰誓踞韭钓藐匝态深胳菇揩绞皂李乎弛拓夫卞凸延颗惯覆CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,99,d轴,已知、如何确定 相位，即如何求出,R,Q,凸极同步发电机的相量图,相量 和 相互垂直，所以相量 与 同相，把上式右边合成就能找到 的位置。,飘虎篡诱宾卧志韶叹潍臻衔昌埋贴腹鹊滑圈默疼熏植夹屿索营龟倦宅叮雪CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,100,d轴,作图步骤,凸极同步发电机的相量图,诵斟币洲休靠锗聂他嘱杭拘滋晤磁轴湘撂怪旅绚锤琐厌沪敛缠哑

50、瞪驮萎湃CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,101,相量图作图方法：假设已知U，I及 角、Xd，Xq求,（1）作，,q轴,3)、计算：,4)功角：与 的夹角,所在的方向q轴，确定,算懦功色觅捕番楔扫匹株绅预巾痒肉免讫据恋揽怂屹涪冗葬窍迈斥怀惋恢CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,102,（1）作，,计算：,功角：与 的夹角,所在的方向q轴，确定,凸极同步发电机的相量图,澳臀祁烃衫邵巢谆丫繁镑础惯赞靖米箔廖义码挣惫茵恤烃厩湿浓哄刽鸳膳CH15 三相同步发电机的运行原理CH15 三相同步发电机的运行原理,103,凸极发电机的相量图