电力系统分析(3).ppt

1 第3章同步发电机的基本方程 一 基本前提二 同步发电机的原始方程三 dq0坐标系的同步电机方程四 同步电机的对称稳态运行 2 3 1基本前提 磁路 忽略饱和 磁滞 涡流 认为导磁系数为常数 叠加原理 转子结构 纵轴和横轴分别对称 定子结构 结构相同 空间相差120 空载电动势是正弦函数 转子和定子表面光滑 忽略导体槽和通风槽影响 1 理想同步电机 3 3 1基本前提 定子 a b c三相 转子 纵轴 励磁绕组f 阻尼绕组D 横轴 阻尼绕组Q 2 绕组 4 3 1基本前提 3 参考方向的选取 定子电量 电流 由各相的机端流出 电动势 与电流同方向 电压 与电流方向相反 5 3 1基本前提 3 参考方向的选取 转子电量 电动势 与电流同方向 外加励磁电压 与电流方向相反 阻尼回路外加电压为零 6 3 1基本前提 3 参考方向的选取 轴线 a a c b b c x y z if iD iQ q d 转子 纵轴超前横轴90 磁链 轴线方向 7 3 2同步发电机的原始方程 1 电势方程 8 3 2同步发电机的原始方程 1 电势方程 9 3 2同步发电机的原始方程 2 磁链方程 10 3 2同步发电机的原始方程 2 磁链方程 11 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子自感系数 a 0 90 a x d a x d a 12 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子自感系数 a 180 270 a x d a x d a 13 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子自感系数 l0 l2 14 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子互感系数 30 a a b b x y d a a b b x y d 60 15 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子互感系数 150 a a b b x y d a a b b x y d 240 16 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子互感系数 m0 m2 17 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 转子自感和互感系数 if iD iQ q d 18 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 转子自感和互感系数 if iD iQ q d 19 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子与转子间互感系数 a 0 90 a x d a x d a 20 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子与转子间互感系数 a 180 270 a x d a x d a 21 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子与转子间互感系数 0 Laf 90 180 270 360 maf 22 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子与转子间互感系数 a 0 90 a x d a x d a q q 23 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子与转子间互感系数 a 180 270 a x d a x d a q q 24 3 2同步发电机的原始方程 3 电感系数 定子与转子间互感系数 maQ 25 3 2同步发电机的原始方程 4 原始方程的特点 除转子的自感和互感系数外 其他电感系数都随转子角 的而周期变化 是时间的函数 磁链方程代入电势方程 微分方程 求解困难 坐标变换 派克变换 26 3 2同步发电机的原始方程 5 原始方程的电感系数变化的原因 定子 转子绕组间的相对运动 使他们之间的互感系数发生周期变化 转子在磁路上只是分别对于d轴和q轴对称而不是随意对称的 定子各绕组电感系数作周期性变化 27 3 2dq0坐标系的同步电机方程 同步电机稳态运行时 电枢磁势幅值不变 转速恒定 对于转子相对静止 1 坐标变换和dq0系统 电枢磁势 双反应理论 电枢磁势对转子磁场的作用分解为纵轴分量和横轴分量 28 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 电流通用相量 电流通用相量 电枢磁势矢量 29 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 电流通用相量 30 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 电流通用相量 31 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 派克变换 32 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 派克变换 派克变换 33 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 派克变换 34 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 几种特殊的电流变换 35 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 几种特殊的电流变换 36 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 直流 37 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 基频交流 38 3 3dq0坐标系的同步电机方程 1 坐标变换和dq0系统 倍频交流 39 3 3dq0坐标系的同步电机方程 2 dq0系统的电势方程 40 3 3dq0坐标系的同步电机方程 2 dq0系统的电势方程 41 3 3dq0坐标系的同步电机方程 2 dq0系统的电势方程 变压器电势 发电机电势 42 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 43 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 44 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 矩阵不对称 45 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 同步电抗 纵轴同步电抗 纵轴同步电感 横轴同步电抗 横轴同步电感 零轴电抗 零轴电感 46 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 同步电抗的测量 低转差法 在励磁绕组短接的状态下 将电机旋转至转差率s 1 定子加三相对称交流电压至0 02 0 15VN 然后打开励磁绕组 录取电枢电压 电流波形 其波形包络线为波浪式 47 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 零轴电抗的测量 在励磁绕组断开的状态下 定子加三相通以零轴电流 相同的电流 因其合成磁势为零 转子绕组无交链的磁链 转子绕组电流都为零 只有电枢电压 电流 48 3 3dq0坐标系的同步电机方程 3 dq0系统的磁势方程 物理意义 对称系统 稳态运行 无励磁 49 3 3dq0坐标系的同步电机方程 4 dq0系统的功率公式 功率公式不一致 50 3 3dq0坐标系的同步电机方程 5 坐标变换和dq0系统 派克变换的特点 实际的a b c三相定子绕组等效为两个定子绕组dd和qq 随着转子一起旋转 磁阻不变 常数电感系数 平衡系统 ia ib ic 0 i0 0 对称系统id和iq是常数 每相都包含零轴分量 零轴电流的合成磁势为零 磁链方程的系数矩阵不对称 变换前后功率公式不一致 正交派克变换 51 3 3dq0坐标系的同步电机方程 6 坐标变换和dq0系统 正交派克变换 52 3 3dq0坐标系的同步电机方程 7 坐标变换和dq0系统 正交派克变换的特点 磁链方程的系数矩阵对称 变换前后功率公式一致 电机方程常出现 零轴分量的定义与习惯不同 53 1 电势方程 3 4同步电机的基本方程 标幺值 54 3 4同步电机的基本方程 标幺值 2 磁势方程 55 3 功率公式 3 4同步电机的基本方程 标幺值 56 3 5同步电机的对称稳态运行 转速不变并等于额定转速 电机纵轴向三各绕组只有一个公共磁通 而不存在只同两个绕组交链的漏磁通 略去变压器电势 除计算非周期分量外 忽略定子电阻 1 基本方程的实用化 基本假设 适合于短路计算和电力系统的对称运行分析 57 3 5同步电机的对称稳态运行 1 基本方程的实用化 变量方向 Eq d轴 q轴 vq iq iQ q Q if iD d f D id vd Ed 58 3 5同步电机的对称稳态运行 1 基本方程的实用化 变量方向 59 1 基本方程的实用化 电势方程 3 5同步电机的对称稳态运行 60 1 基本方程的实用化 电势方程 3 5同步电机的对称稳态运行 61 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 定子电流对称 其通用大小不变 转速恒定与转子保持同步 常数 62 稳态运行 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 对称系统 63 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 励磁电流对定子绕组的互感磁链 感应电势 空载电势 64 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 相量形式 65 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 相量图 66 2 电势方程 相量图 3 5同步电机的对称稳态运行 67 2 电势方程 相量图 3 5同步电机的对称稳态运行 假想电势 68 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 相量模型 69 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 相量模型 隐极机 70 3 5同步电机的对称稳态运行 2 电势方程 相量模型 凸极机 等值隐极机模型 假想电势 71 3 5同步电机的对称稳态运行 例