电机学PPT课件-同步电机电枢反应.ppt

第四篇 同步电机,同步电机的特点是转子转速与定子产生旋转磁场的转速相等,同步电机的一个主要用途是作发电机，此外，也作电动机或调相机运行。,通常,同步电机的转子磁场 是一个恒定磁场, 定子磁场是一个旋转磁场,第十四章 同步电机的基本结构和工作原理基本构造型式,一、磁极旋转式,（1） 隐极式 这种型式构造牢固，用于少极高速的同步电机中， 汽轮发电机都采用隐极式。直流励磁绕组嵌放在槽中，两个大齿分别 形成N、S极。,（2）凸极式 这种型式构造简单，通常用于多极低速的同步电机中， 水轮发电机都采用凸极式。励磁绕组在磁极上。,二、电枢旋转式 励磁绕组在定子上，电枢绕组在转子上，由于从转动着的电枢绕组 要通过滑动接触才能输出或输入电能，只适用于几个千瓦以下的小功率范围,第十四章 同步电机的基本结构和工作原理,一、定子交流励磁的旋转磁场,同步电机定子与异步电机的相同。当时间相位对称的三相交流电通过空间三相对称分布的交流绕组时，气隙中产生一个三相合成的旋转磁场,二、直流励磁的旋转磁场,转子的励磁绕组两端接直流电源， 在励磁绕组内通过直流励磁电流,时会产生直流励磁磁场,随转子一起以同步速旋转,第十四章 同步电机的基本结构和工作原理,三、工作原理,作发电机运行时,定子三相绕组切割该旋转磁场，感应空载电势,感应电势的频率为,加负载后，定子三相交流绕组（亦称电枢绕组） 出现电枢电流,，产生电枢磁场，磁势为,在前，,在后一起旋转。,做电动机运行时， 定子三相交流绕组（电枢绕组）接三相电源。定子产生三相合成旋转磁场,依靠磁拉力驱动直流励磁的转子同速同向旋转。,在前，,在后一起旋转。,第十四章 同步电机的基本结构和工作原理,与,始终是同速同向旋转，,相对静止，形成气隙合成磁势为,电枢磁势的基波,对气隙磁势基波,转子励磁绕组不切割磁场， 故在励磁绕组内不产生感应电势。,的影响称为电枢反应,第三节 同步电机的额定值,1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。 2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。 3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率 。,发电机：输出的是电功率,电动机：输出的是机械功率,4)相数m ：一般m=3。 5) 额定频率:我国额定工业频率规定 =50Hz. 6）额定转速：额定转速即为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。 7）额定励磁电压 8）额定励磁电流,第三节 同步电机的额定值,第十五章 同步电机的基本方程式和相量图,基本要求： 了解同步电机的电枢反应。 掌握同步电机的同步电抗、磁路末饱和时的基本方程式和相量图。,第一节 对称负载时的电枢反应,由电枢电流I产生的电枢磁势,则气隙合成磁势为,电枢绕组切割气隙合成磁场， 感应出三相电势，每相为,称合成气隙电势。,第一节 对称负载时的电枢反应,在电枢绕组内每相的电枢电流 滞后于励磁电势 的相角。,内功率因数角 :,滞后于,电枢绕组每相都用一个等效整距集中 绕组来表示，磁极画成凸极式(更形象 直观，同样适用于隐极式)。励磁磁势 和电枢磁势只考虑基波，并选取A相 电势达最大值时刻绘制相量图。,d轴,q轴 A轴,A,X,Z,B,C,Y,Ff,N,S,磁极旋转磁势方向,两极之间的中线,相量图,第一节 对称负载时的电枢反应,d轴,q轴 A轴,A,X,Z,B,C,Y,Ff,N,S,时，电枢旋转磁势,的轴线作用在q轴，称为交轴电枢反应。 交轴电枢反应使合成磁场 轴线的位置,从直轴处逆转向后移了一个锐角， 其幅值则有所增加。,为三相合成磁势,当A相电流 最大时,的方向与A轴一致,第一节 对称负载时的电枢反应,电枢旋转磁势 的轴线作用在d轴上,方向与 的方向相反,起去磁反应,称直轴去磁电枢反应。,当电机的端电压需保持不变时，合成气隙磁场 也应近似不变,否则会引起电势和电流的变化。,故当电枢反应呈去磁作用时，为要保持激励 所需的气隙磁场，原有的直流励磁就不够了， 必须增大主极激磁,使同步电机处于过激状态。,换言之，过激的同步电机将向电网输送感性无功功率， 或自电网吸取容性无功功率。,同步电机将向电网输送感性无功功率，,(感性负载),第一节 对称负载时的电枢反应,电枢旋转磁势 的轴线作用在d轴上,方向与 的方向相同,起去磁反应,称直轴助磁电枢反应。,d轴,q轴 A轴,A,X,Z,B,C,Y,Ff,N,S,当电机的端电压需保持不变时，合成气隙磁场 也应近似不变,否则会引起电势和电流的变化。,故当电枢反应呈助磁作用时，为要保持激励 原有的气隙磁场，原有的直流励磁就过大了， 必须减小主极激磁,使同步电机处于欠激状态。,换言之，欠激的同步电机将向电网输送容性无功功率， 或自电网吸取感性无功功率。,同步电机将向电网输送容性无功功率，,(容性负载),第一节 对称负载时的电枢反应,d轴,q轴 A轴,A,X,Z,B,C,Y,Ff,N,S,时，电枢旋转磁势,的轴线作用在q轴，为交轴电枢反应。 交轴电枢反应使合成磁场 轴线的位置,从直轴处顺转向前移了一个锐角， 其幅值则有所增加。,电枢反应和机-电能量转换,交轴电枢磁动势和励磁磁动势作用形成电磁转矩 直轴电枢磁动势不形成电磁转矩,只改变磁场大小,第一节 对称负载时的电枢反应,d轴,q轴 A轴,A,X,B,Ff,N,S,电枢旋转磁势,可把电枢磁势分解为直轴分量和交轴分量。 直轴分量又可能起,当直轴电枢磁势起去磁作用时， 不论是发电机状态或是电动机， 均系处在过激状态。 当直轴电枢磁势起助磁作用时， 不论它用作发电机或是电动机， 均系处在欠激状态。,可有任意的相对位置。,去磁作用或助磁作用。,发电机阻感性负载较多,电枢磁势和电枢电流分量,第二节 电枢反应磁通,凸极电机气隙不均匀，相同电枢磁势 在不同位置的电枢反应结果不一样, 采用双反应理论,分别求出直轴电枢反应 和交轴电枢反应，最后把它们的效果迭加起来。,隐极同步电机的电枢反应,磁路不饱和,磁路饱和时,第二节 电枢反应磁通,第三节 同步电抗,1、漏电势,不饱和。所以， 是个常数，且数值较小。,2、电枢反应电势 ，当磁路末饱和时,从相位上来看，,滞后,滞后,一、凸极电机的同步电抗,直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗。,由于直轴磁路和磁导大于交轴磁路的磁导，,直轴系统和交轴系统同时存在电枢漏电抗，故,和,直轴同步电抗和交轴同步电抗。,第三节 同步电抗,隐极同步电机的同步电抗。,第三节 同步电抗,二、隐极电机的同步电抗,气隙均匀,隐极同步电机的电枢反应电抗。相当于异步电机的,在同样大小电流情况下,如果 越大，电枢反应电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此 的大小可以说明电枢反应的强弱。,第四节 基本方程式和相量图,磁路不饱和时,磁路饱和时,一、隐极同步电机的电势方程式和矢量图,第四节 基本方程式和相量图,3 隐极发电机的相量图,已知发电机的端电压、负载电流和功率 因数cos及参数ra 、xt,当功率因数cos滞后时的相量图,功率角:,超前于,的角度,3 隐极发电机的相量图,已知发电机的端电压、负载电流和功率 因数cos及参数xt