第九章同步電機的對稱運行原理

第九章同步電機的對稱運行原理第1頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月2第2頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月3§9-1空載磁路和空載特性主磁通

磁極漏磁通主磁路（主磁通所經磁路）：氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極、磁極軛勵磁磁勢和勵磁磁場第3頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月4一、同步電機氣隙磁路特點氣隙磁場：(凸極、隱極）基波氣隙磁場幅值：每極基波磁通量：第4頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月5極弧系數：計算極弧系數：

空載時氣隙的基波磁感應強度的平均值與實際氣隙磁感應強度之比值每極基波磁通量：第5頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月6空載磁路的計算目的與方法：安培環(huán)路定律：主磁路分為五段：氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極、磁極軛電機的磁化曲線：第6頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月7Φ二、空載特性

在一定的轉速下，空載端電壓隨勵磁電流變化的關系即：氣隙線電機的磁路飽和系數：第7頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月8空載特性的作用①可以反映電機設計是否合理，電機的磁路是否過于飽和或者材料有沒有充分利用。②空載特性結合短路特性(在后面介紹)可以求取同步電機的參數。③可通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統的故障。電樞反應第8頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月9旋轉磁勢第9頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月10旋轉磁勢第10頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月11旋轉磁勢第11頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月12三相合成旋轉磁場的特點：1）、磁勢是空間運動的；2）、磁勢的幅值恒定用空間矢量表示時，磁勢矢量頂點的軌跡是圓；3）、磁勢運動的速度 同步轉速：4）、磁勢運動的方向：從電流超前相轉到電流滯后相5）、磁勢合成矢量位置：當某相的電流為最大時，此時磁勢的軸線在該相繞組的軸線上返回圓形旋轉磁場：由三相對稱繞組通入三相對稱交流電產生第12頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月13§9-2同步發(fā)電機的電樞反應空載時：勵磁磁勢，勵磁電勢E0負載時：三相感應電勢，頻率f=pn/60，三相電樞電流，電樞磁勢電樞磁勢基波：幅值Fa=1.35IWkW1/p

、轉向同磁極的轉向、轉速n1=60f/p=n

與磁極的轉速相等電樞磁勢的基波與磁極勵磁磁勢相對靜止，共同產生氣隙合成磁場回顧電樞磁場與轉子磁場同向、同速旋轉！第13頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月14同步電機的電樞反應：定義：同步電機的電樞反應：同步電機電樞磁勢基波對磁極主磁場的影響電樞反應磁場：電樞磁勢基波單獨通過氣隙所建立的磁場

第14頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月15一、負載性質對電樞反應的影響性質：交軸電樞反應作用：

1）扭歪主磁場

2）交軸磁勢與主磁場相互作用產生電磁轉矩，實現機電能量轉換，必要條件1、電流與勵磁磁勢同相?直軸與交軸第15頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月162、電流滯后勵磁磁勢直軸去磁電樞反應第16頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月17超前勵磁磁勢直軸增磁電樞反應3、電流第17頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月18交軸電樞反應直軸增磁電樞反應直軸去磁電樞反應第18頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月19二、雙軸電樞反應分析法1、一般負載情況時電樞磁勢的分解滯后勵磁磁勢角電流第19頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月20直軸、交軸電樞磁場特點：

波形對稱、易于確定！任意角度磁路直接計算困難！第20頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月21雙反應理論（雙軸電樞反應分析法）交軸電樞磁勢：直軸電樞磁勢：雙反應理論：對于凸極同步電機，將電樞磁勢分解成直軸分量和交軸分量，分別求出直軸和交軸電樞反應，然后再合成起來作用效果。第21頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月222、磁勢電勢矢量圖時間矢量圖:（每相）時軸（時間矢量最大時刻）空間矢量圖：相軸（繞組軸線）時空矢量圖：好處?第22頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月233、電樞磁勢的折合由于交軸、直軸磁路不相同，即使Ff、Fad、Faq三者幅值相等時，所建立的磁感應強度幅值和分布規(guī)律各不相同電樞磁勢和勵磁磁勢產生基波磁場的能力不等效電樞反應計算時必須加以折算第23頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月24（1）直軸電樞反應的折合直軸電樞磁勢折合系數：單位安匝所建立的基波磁感應強度大小相比Kad*Fad

折算后可與Ff

合成直軸磁勢：折合的意義？第24頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月25（2）交軸電樞反應的折合交軸電樞磁勢折合系數：交軸磁勢：Fq=Kaq*Faq

Kad、Kaq的求算

直接磁場分析，很復雜！（是極弧寬度的函數，同時與極靴形狀、氣隙大小的函數）

查表法第25頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月26電樞磁勢折合系數：第26頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月27§9-3電壓平衡式和矢量圖一、電壓平衡式和等值電路電樞磁勢Fa、勵磁磁勢Ff

產生氣隙磁場，感應氣隙電勢E

電樞磁勢Fa

產生電樞漏磁場，感應漏磁感應電勢E

1、等值電路：第27頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月282、電壓平衡式：3、矢量圖：Eδ分析？凸極隱極？飽和？第28頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月29二、不飽和凸極同步發(fā)電機途徑：雙反應理論+疊加原理勵磁磁勢Ff、直軸電樞磁勢Fad、交軸電樞磁勢Faq分別產生感應電勢E0、Ead、Eaq，電磁關系：磁路不飽和，Ead、Eaq與Id、Iq成線性關系第29頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月

電摳反應磁場由三相電樞磁勢合成，因此電樞反應電抗包含了相繞組的自感電抗和相間的互感電抗30

磁路不飽和，Ead、Eaq與Id、Iq成線性關系，相位上電勢滯后90o？xad：直軸電樞反應電抗

xaq：交軸電樞反應電抗

物理意義：三相的單位直軸或交軸電流產生的電樞反應磁場在每相電樞繞組中所感應的電勢引入電抗第30頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月31同步電抗直軸同步電抗：xd=xad+x

交軸同步電抗：xq=xaq+x

同步電抗是對應電樞總磁場(包括電樞反應磁場和漏磁場)的電抗。復雜的電磁現象轉換為電路的方法！第31頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月32功率角：功率因數角：內功率因數角：矢量圖：Ψ的確定？例題19-1第32頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月33三、計及飽和的凸極同步發(fā)電機飽和非線性！電抗變化運用雙反應理論分析（不計直、交軸相互影響）勵磁磁勢Ff、直軸電樞磁勢Fad

直軸合成磁勢Fd交軸電樞磁勢Faq

交軸合成磁勢Fq空載特性氣隙線第33頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月34矢量圖：沒有了！第34頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月35矢量圖：例題19-2第35頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月36四、隱極式同步發(fā)電機氣隙均勻無需折合γ=0.75近似相等！

無需雙反應理論，勵磁磁勢與電樞磁勢直接相加！第36頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月371、磁路不飽和直軸、交軸電樞反應電抗：xad=xaq電樞反應電抗：xa=xad=xaq同步電抗：xs=xa+x

1)、電壓平衡式2)、等值電路3)、矢量圖：第37頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月382、計及飽和電磁關系：

由負載條件和空載特性，可解算隱極同步發(fā)電機！查空載特性第38頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月39已知：U、I、，求E0步驟：1)求2)確定

F

3)求4)求

E0第39頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月40(在W1中)電抗的基本概念分析與討論X和L的定義X和L的大小決定因素電抗、電感名稱的理解磁路飽和對電抗的影響第40頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月41§9-4電樞反應電抗和漏抗一、電樞反應電抗（不飽和值）1、直軸電樞反應電抗（不飽和值）xadId建立直軸電樞磁場：Fad建立的氣隙磁感應強度：每極基波磁通：每相感應電勢：令：則：第41頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月42直軸電樞反應電抗（不飽和值）xad：1、xad的物理意義：三相單位直軸電流產生的直軸電樞反應磁場在每相電樞繞組中所感應的電勢2、磁路不飽和，常數，計及磁壓降，其值要小3、由結構參數決定，正比于W2/δ4、電樞反應磁場，是m相的合成旋轉磁場，其值既包括自感電抗，又包括互感電抗5、

當某相電流為最大時，旋轉磁場軸線與該相繞組的軸線重合，即每相繞組的磁通與電流同相位。所以，感應電勢滯后磁通也即滯后電流90°。第42頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月432、交軸電樞反應電抗（不飽和值）xaqIq建立交軸電樞磁場：同理：交軸電樞反應電抗（不飽和值）∵∴3、隱極同步電機的電樞反應電抗（不飽和值）xa勵磁磁勢正弦分布，所以電樞反應電抗（不飽和值）電勢：第43頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月44二、電樞反應電抗（飽和值）

飽和電樞反應電抗也可用來表示電壓平衡關系，但飽和后同步電機一般采用空載特性和磁勢電勢矢量圖來分析電樞反應電抗、同步電抗隨飽和程度的變化而變分析計算方法：空載特性+向量圖

第44頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月45漏磁：槽部：槽漏磁 齒頂漏磁端接部分：基本漏抗：諧波磁場：諧波漏抗：總漏抗：三、電樞繞組漏抗

與基波同頻第45頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月46§9-5外特性和調節(jié)特性一、外特性：

在一定的轉速和勵磁電流時，端電壓隨負載電流變化的規(guī)律。變化的原因：1、電樞反應2、電阻和漏抗的壓降第46頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月47電壓調整率：在額定電壓下和額定負載工況下，切除負載而不改變勵磁電流時，端電壓變化相對額定電壓的百分比。E與U的大小關系？第47頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月48二、調節(jié)特性：

轉速不變，維持電壓不變時，勵磁電流隨負載電流變化的規(guī)律容性？第48頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月49§9-6短路特性和短路比同步發(fā)電機的短路特性是將同步電機定子繞組出線端短路后，定子電流隨勵磁電流變化的特性．短路試驗也是同步電機的基本試驗之一（短路比、同步電抗）．實驗方法：輸出短接，拖到同步速，通入勵磁電流，改變勵磁電流，記錄短路電流第49頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月50

三相穩(wěn)定短路時，短路電流與勵磁電流之間的關系。一、短路特性：短路特性是一條直線！第50頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月51二、短路運行分析：交軸電流為0，去磁作用使氣隙磁場很弱，磁路不飽和！ra很小！第51頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月52穩(wěn)態(tài)短路時磁勢If與Ik近似成正比第52頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月53短路時端電壓U=0，氣隙電動勢Eδ等于電機漏阻抗壓降Eδ

較小，Bδ較小合成磁動勢Fδ較小去磁作用，電機磁路不飽和，不飽和電抗短路電流Ik與If近似成正比，數值不大穩(wěn)態(tài)短路的運行特點：第53頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月54三、短路比：額定轉速條件下空載電壓為UN時的勵磁電流為If0短路比定義一：指勵磁電流為If0時的三相穩(wěn)定短路電流IK0與額定電流IN之比短路比定義二：空載額定電壓時的勵磁電流If0與三相短路電流等于額定電流時的勵磁電流IfK之比第54頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月55代入短路比公式？在短路試驗時第55頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月56短路比的幾個結論短路比隨電機的飽和程度而增加，同時又隨電抗Xd的增大而減小（匝數、氣隙）短路比的大小對電機影響較大（短路電流、電壓變化率、并聯運行穩(wěn)定性、體積重量）短路比的選擇要兼顧運行性能和電機造價兩個方面第56頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2