同步機(jī)21章原理ppt課件

1、第21章 同步發(fā)電機(jī)原理21.1 空載運(yùn)轉(zhuǎn)21.2 電樞反響21.3 隱極機(jī)的數(shù)學(xué)模型21.4 凸極機(jī)的數(shù)學(xué)模型21.5 功率和轉(zhuǎn)矩什么是同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)？-轉(zhuǎn)子繞組通入直流、-轉(zhuǎn)子本體同步速旋轉(zhuǎn)、-定子繞組空載。主極磁通：主極主磁通、主極漏磁通。電樞磁通：空載時(shí)無電樞磁通。 主磁路、主磁通：主磁路-由氣隙、定子齒或槽、定子軛、轉(zhuǎn)子主極、轉(zhuǎn)子軛五部分組成。主磁通-主磁路上的磁通，叫主磁通。它包括來自轉(zhuǎn)子的主極主磁通、來自定子的電樞主磁通。顯然，空載時(shí)只需主極主磁通，沒有電樞主磁通。 漏磁路、漏磁通：漏磁路-分轉(zhuǎn)子漏磁路、定子漏磁路。轉(zhuǎn)子漏磁路-由轉(zhuǎn)子主極、轉(zhuǎn)子極間、轉(zhuǎn)子軛三部分組成。定子漏磁

2、路-由定子齒或槽、部分定子軛、部分氣隙三部分組成。漏磁通-漏磁路上的磁通，叫漏磁通。它包括轉(zhuǎn)子漏磁通、定子漏磁通。 空載電勢，又叫勵(lì)磁電勢，由主極主磁通在電樞繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生感生，是空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電樞繞組內(nèi)的獨(dú)一電勢。0A0EE0B00EE， 0C0120EE， 2400A0EE0B00EE， 0C0120EE， 240電樞反響是相對電樞刺激而言的。什么是電樞刺激？-主極主磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)對電樞繞組的切割作用，叫做電樞刺激?？蛰d時(shí)有空載電樞反響，那就是電樞中空載電勢E0的產(chǎn)生。負(fù)載時(shí)有負(fù)載電樞反響。見下。什么是負(fù)載電樞反響？-負(fù)載時(shí)，電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生電流、繼而該電流在電機(jī)內(nèi)建立磁場的景象，稱為負(fù)載電樞反響。

3、負(fù)載電樞反響，簡稱電樞反響電樞反響的效應(yīng)：減弱、加強(qiáng)、或者扭曲氣隙合成磁場。什么是氣隙合成磁場？見下。8 氣隙合成磁場：氣隙中有兩個(gè)磁場，一個(gè)是主極主磁場，一個(gè)是電樞主磁場。這兩個(gè)主磁場的和合成，稱為氣隙合成磁場，簡稱氣隙磁場，或合成磁場。9 減弱：負(fù)載時(shí)的氣隙磁場小于空載時(shí)的氣隙磁場，方向不變；10 加強(qiáng)：負(fù)載時(shí)的氣隙磁場大于空載時(shí)的氣隙磁場，方向不變；11 扭曲：負(fù)載時(shí)的氣隙磁場大于空載時(shí)的氣隙磁場，且方向改動(dòng)。12 電樞反響對氣隙磁場的扭曲作用，通常被稱為交軸電樞反響，或交磁性質(zhì)的電樞反響。扭曲氣隙磁場也說成是使氣隙磁場發(fā)生畸變。什么是內(nèi)功率因數(shù)角0？-0是電樞電流落后勵(lì)磁電勢的相位角，

4、稱之為內(nèi)功率因數(shù)角。它決議電樞反響的效應(yīng)是減弱、加強(qiáng)、扭曲，還是它們的某種復(fù)合。0=0時(shí)電樞反響的效應(yīng)-扭曲氣隙磁場。分析見下。1 主極軸線：+d軸、-d軸+d軸-轉(zhuǎn)子中S指向N的方向-d軸-+d軸的反方向2 主極軸線：+q軸、-q軸+q軸-超前+d軸90的方向-q軸-+q軸的反方向3 相軸：相繞組的對稱軸4 A相相軸：+A相軸、-A相軸+A相軸-電流按正向流動(dòng)X入A出時(shí)磁通的方向-A相軸-+A相軸的反方向5 時(shí)軸-時(shí)間參考軸：當(dāng)用相量表示時(shí)間變化量時(shí)，假設(shè)相量向某固定軸的投影等于該相量所代表的時(shí)間變化量的瞬時(shí)值，那么該固定軸就是該相量的時(shí)軸。1 主極主磁通0A相量的位置-+d軸上0A是主極主

5、磁場穿過A相繞組的磁通。它是一個(gè)時(shí)間變量，因此可用0A相量表示。當(dāng)主極軸線+d對準(zhǔn)+A相軸時(shí)， 0A最大。故假設(shè)選+A相軸為A相時(shí)軸時(shí)相合一，那么0A相量應(yīng)畫在+A相軸，也就是+d軸上。-見下頁圖。時(shí)相合一時(shí)電樞合成磁勢Fa、電樞電流IA同相位。由于當(dāng)A相電流最大即IA轉(zhuǎn)到時(shí)軸上時(shí)， Fa也轉(zhuǎn)到+A相軸上。勵(lì)磁電勢E0A相量的位置：-q軸E0A相量是0A相量感應(yīng)出來的相量。按照法拉第感應(yīng)定律，前者滯后后者90。故E0A相量的位置在-q軸上。3 電樞電流IA相量的位置：-q軸由于0=0，故IA相量、 E0A相量位置一樣。由前面分析可知：主極磁勢位于+d軸上，電樞磁勢位于-q軸上，二者相互正交。所

6、以，稱之為交軸電樞反響。交軸電樞反響的效應(yīng)是：一方面使合成磁勢增大，另一方面使合成磁勢扭斜。也說扭曲、畸變。從空間矢量的角度說，就是合成磁勢空間矢量的方向，不在沿著直軸方向，而是沿著直軸、交軸之間的方向。類似分析可知：主極磁勢位于+d軸上，電樞磁勢位于-d軸上，二者相互減弱。所以，稱之為去磁電樞反響。類似分析可知：主極磁勢位于+d軸上，電樞磁勢位于+d軸上，二者相互加強(qiáng)。所以，稱之為助磁電樞反響。類似分析可知：主極磁勢位于+d軸上，電樞磁勢位于-d軸、-q軸之間，效應(yīng)為：既交磁、又去磁。類似分析可知：主極磁勢位于+d軸上，電樞磁勢位于+d軸、-q軸之間，效應(yīng)為：既交磁、又助磁。21.3.1 不

7、計(jì)飽和時(shí)的數(shù)學(xué)模型：可用疊加原理 主要內(nèi)容：電壓方程式、 等效電路、相量圖。21.3.2 計(jì)及飽和時(shí)的數(shù)學(xué)模型：忌用疊加原理 主要內(nèi)容：電壓方程式、 等效電路、相量圖。1 物理模型：電磁關(guān)系2 數(shù)學(xué)模型：電壓方程式這是電壓方程的初始方式。下面引入電抗。3 電抗的引入察看電磁關(guān)系中的第2行：它表達(dá)了電生磁、磁生電的過程。頭尾都是電：電流、電勢；中間是磁：磁勢、磁通。下面闡明頭尾成正比：第一，磁勢與電流成正比第二，磁通與磁勢成正比 假設(shè)磁路未飽和，從而磁導(dǎo)率為常數(shù)。第三，電勢與磁通成正比綜上三點(diǎn)可見，電勢與電流成正比。記這個(gè)比例系數(shù)為X。這是大小。相位：電勢滯后磁通90，不計(jì)鐵耗時(shí)電流與磁通同相位

8、。故電勢滯后電流90。于是，源于電樞電流的電勢可以寫成負(fù)的電抗壓降的方式：引入電抗后，電壓方程變?yōu)椋? 不計(jì)飽和時(shí)隱極發(fā)電機(jī)的等效電路1 物理模型：電磁關(guān)系2 數(shù)學(xué)模型：電壓方程式計(jì)及飽和時(shí)，沒有電樞反響電抗的概念，也沒有同步電抗的概念，只需漏阻抗的概念。21.4.1 雙反響實(shí)際21.4.2 不計(jì)飽和時(shí)凸極發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 電壓方程式 相量圖21.4.3 直軸、交軸同步電抗的比較凸極機(jī)電樞反響電勢電抗化的困難回想電抗誕生的過程如右。引入電抗的條件是：磁勢正比于電流，磁通正比于磁勢，電勢正比于磁通-導(dǎo)致電勢正比于電流。凸極機(jī)電樞反響電勢電抗化的困難：續(xù)如今，即使不計(jì)飽和，磁通也不與磁勢F成正比。

9、由于：凸極機(jī)的氣隙不均勻-氣隙長度L不為常數(shù)。故：電樞反響電勢無法用一個(gè)電抗壓降表示-電抗無法引入。2 凸極機(jī)電樞反響電勢電抗化困難的抑制雖然凸極機(jī)的電樞反響電勢無法用一個(gè)電抗壓降表示，但是卻可以用二個(gè)電抗壓降表示-Blondel的雙反響實(shí)際：當(dāng)不計(jì)飽和時(shí)，把恣意位置的電樞磁勢分解成直軸、交軸兩個(gè)分量；這兩個(gè)特定位置上的電樞反響電勢可以表示為相應(yīng)的負(fù)電抗壓降；這兩個(gè)負(fù)電抗壓降之和就是總的電樞反響電勢。留意：雙反響實(shí)際成立的前提-磁道路性。 1 物理背景-電磁關(guān)系凸極機(jī)的數(shù)學(xué)模型-電壓方程式的初始方式據(jù)前述電磁關(guān)系可得：3 凸極機(jī)的數(shù)學(xué)模型-電壓方程式的常用方式-引入電抗直軸電樞反響電抗Xad交

10、軸電樞反響電抗Xaq直軸同步電抗Xd=Xad + X交軸同步電抗Xq=Xaq + X1 電感 = 匝數(shù)的平方 X 磁導(dǎo)2 電抗 = 角頻率 X 電感3 電抗 = 角頻率 X 匝數(shù)的平方 X 磁導(dǎo)4 電抗與磁路有關(guān)-說到電抗，要想到磁路：磁阻越大，電抗越?。淮抛柙叫?，電抗越大。直軸主磁路氣隙小、磁阻小、電抗大； 交軸主磁路氣隙大、磁阻大、電抗小。故：直軸電樞反響電抗大于交軸電樞反響電抗 直軸同步電抗大于交軸同步電抗21.5.1 電磁功率21.5.2 功率方程21.5.3 轉(zhuǎn)矩方程21.5.4 功率角的空間含意1 電磁功率的定義：勵(lì)磁電勢所發(fā)出的有功功率 叫 電磁功率。由等效電路可見： 電磁功率=輸出功率+電樞銅耗與感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式一樣。針對同步電機(jī)，電磁功率還可寫成上頁電磁功率的兩個(gè)表達(dá)式闡明：交軸電流對能量轉(zhuǎn)換有決議性的意義-要進(jìn)展能量轉(zhuǎn)換，電樞電流中必需求有有功分量，即交軸分量。1 功率角的定義：勵(lì)磁電動(dòng)勢與端電壓之間的夾角稱為功率角。不難看出，交軸電樞反響愈強(qiáng)即電樞電流的交軸分量愈大，功率角就愈大。 2 勵(lì)磁