电机学 课件第6章.ppt

34138 06a 主编 BJ4 TIF 第6章 6 1同步电机的基本结构和运行状态6 2空载和负载时同步发电机的磁场6 3隐极同步发电机的电压方程 相量图和等效电路6 4凸极同步发电机的电压方程和相量图6 5同步发电机的功率方程和转矩方程6 6同步电抗的测定6 7定子漏抗和电枢等效磁动势的测定6 8同步发电机的运行特性6 9同步发电机与电网的并联运行6 10同步电动机与同步补偿机6 11同步发电机的不对称运行6 12同步发电机的三相突然短路6 13磁阻电动机 6 1同步电机的基本结构和运行状态 1 同步电机的基本结构2 同步电机的运行状态3 同步电机的励磁方式4 额定值 1 同步电机的基本结构 图6 1旋转磁极式同步电机的两种基本型式a 隐极式b 凸极式 图6 2汽轮发电机的剖面图 图6 3大型汽轮发电机的转子 图6 4凸极同步电动机的转子 图6 5立式水轮发电机示意图 图6 6大型水轮发电机的分瓣定子 图6 7大型水轮发电机的转子吊装 2 同步电机的运行状态 图6 8同步电机的三种运行状态a 发电机 0 b 补偿机 0 c 电动机 0 3 同步电机的励磁方式 图6 9带副励磁机的励磁系统 图6 10静止整流器励磁系统 4 额定值 1 额定容量SN 或额定功率PN 指额定状态下运行时电机的输出功率 2 额定电压UN指额定运行时电枢的线电压 3 额定电流IN指额定运行时电枢的线电流 4 额定功率因数cos N指额定运行时电机的功率因数 5 额定频率fN指额定运行时电枢的频率 6 额定转速nN指额定运行时电机的转速 即同步转速 6 2空载和负载时同步发电机的磁场 1 空载运行2 对称负载时的电枢反应 1 空载运行 图6 11同步电机的空载磁路 2p 4 图6 12同步电机的空载特性 2 对称负载时的电枢反应 图6 13 0 时同步发电机的电枢反应a 定子绕组内电动势 电流和磁动势的空间矢量图b 与定子绕组交链的主磁通 激磁电动势和定子电流的时间相量图c 时 空统一矢量图d 气隙合成磁场与主磁场的相对位置 图6 14 0 时同步发电机的电枢反应a 滞后于 时定 转子磁动势的空间矢量图b 滞后于 时的时 空统一矢量图c 超前于 时的时 空统一矢量图 图6 15隐极同步发电机负载时的磁场分布图 6 3隐极同步发电机的电压方程 相量图和等效电路 1 不考虑磁饱和2 考虑磁饱和 1 不考虑磁饱和 图6 16隐极同步发电机的相量图和等效电路a b 相量图c 等效电路 2 考虑磁饱和 图6 17考虑磁饱和时隐极同步发电机的相量图a 电动势 磁动势图b 由合成磁动势F确定气隙电动势E 图6 18汽轮发电机主极磁动势的分布 6 4凸极同步发电机的电压方程和相量图 1 双反应理论2 不考虑磁饱和时凸极同步发电机的电压方程和相量图3 直轴和交轴同步电抗的意义4 考虑磁饱和时 1 双反应理论 图6 19凸极同步电机的气隙比磁导和直轴 交轴电枢反应a 电枢表面不同位置处的气隙比磁导b 直轴电枢磁动势所产生的直轴电枢反应c 交轴电枢磁动势所产生的交轴电枢反应 2 不考虑磁饱和时凸极同步发电机的电压方程和相量图 26B TIF 图6 20凸极同步发电机的相量图 图6 21 角的确定 图6 22用虚拟电动势 表示时 凸极同步发电机的等效电路 3 直轴和交轴同步电抗的意义 图6 23凸极同步电机电枢反应磁通和漏磁通所经磁路及其磁导a 直轴电枢磁导b 交轴电枢磁导 4 考虑磁饱和时 j1 tif 图6 24凸极同步发电机主极的励磁磁动势 图6 25考虑饱和时凸极同步发电机的相量图a 相量图b 发电机的磁化曲线 空载曲线 图6 26一台凸极同步发电机在额定负载时的磁场分布a 定 转子内的磁场分布b 气隙磁场分布 6 5同步发电机的功率方程和转矩方程 1 功率方程和电磁功率2 转矩方程 1 功率方程和电磁功率 图6 27从相量图导出Ecos Ucos I 2 转矩方程 6 6同步电抗的测定 1 用空载特性和短路特性确定Xd2 用转差法测定Xd和Xq 1 用空载特性和短路特性确定Xd 图6 28三相短路试验和短路特性a 短路试验接线图b 短路特性 图6 29用空载和短路特性来确定 图6 30 的确定 2 用转差法测定Xd和Xq 图6 31转差试验时定子端电压和定子电流的波形 6 7定子漏抗和电枢等效磁动势的测定 1 零功率因数负载特性2 由空载特性和零功率因数负载特性求X 和kadFa 1 零功率因数负载特性 图6 32零功率因数负载特性的构成a 零功率因数负载时的相量图b 由空载特性和特性三角形得到理想的零功率因数特性 2 由空载特性和零功率因数负载特性求X 和kadFa 图6 33电枢漏抗和电枢等效磁动势的确定 图6 34由实测的零功率因数特性来确定特性三角形和波梯电抗 6 8同步发电机的运行特性 1 同步发电机的运行特性2 用电动势 磁动势图求取额定励磁电流和电压调整率 1 同步发电机的运行特性 图6 35同步发电机的外特性 图6 36同步发电机的调整特性 图6 37700MW全空冷水轮发电机的效率特性 2 用电动势 磁动势图求取额定励磁电流和电压调整率 图6 38用电动势 磁动势图 波梯图 确定隐极同步发电机的 和 u 6 9同步发电机与电网的并联运行 1 同步发电机投入并联的条件和方法2 与电网并联时同步发电机的功角特性3 有功功率的调节和静态稳定4 无功功率的调节5 功率因数变化时发电机的输出能力 1 同步发电机投入并联的条件和方法 投入并联的条件为避免电机和电网中产生冲击电流 投入并联的同步发电机应当满足下列条件 1 发电机的相序应与电网一致 2 发电机的频率应与电网相同 3 发电机的激磁电动势应与电网电压大小相等 相位相同 即 图6 39发电机投入并联时的情况a 投入并联的示意图 单相图 b 和 大小不等c 和 相位不同 图6 40直接接法的接线和相量图a 接线图b 相量图 图6 41自整步法的接线示意图 2 与电网并联时同步发电机的功角特性 图6 42由凸极同步发电机的相量图解出 和 图6 43凸极同步电机的功角特性 图6 44由比值 确定凸极机的最大电磁功率 和相应的功率角 图6 45功率角的近似空间含义a 时 空统一矢量图b 功率角的近似空间表达 图6 46计及电枢电阻时隐极同步发电机的相量图和功角特性a 相量图b 功角特性 3 有功功率的调节和静态稳定 图6 47同步发电机与电网并联时有功功率的调节a 发电机与无穷大电网并联b 功率角 0时的相量图c 功率角为 时的相量图d 功率角为 时的电磁功率 图6 48与无穷大电网并联时同步发电机的静态稳定性 4 无功功率的调节 图6 49同步发电机与电网并联时无功功率的调节 5 功率因数变化时发电机的输出能力 图6 50同步发电机的输出能力曲线 6 10同步电动机与同步补偿机 1 同步电动机的电压方程和相量图2 同步电动机的功角特性 功率方程和转矩方程3 同步电动机的运行特性4 同步电动机的起动5 同步补偿机 1 同步电动机的电压方程和相量图 图6 51隐极同步电动机的相量图 发电机惯例 图6 52隐极同步电动机的相量图和等效电路 电动机惯例 a 相量图b 等效电路 图6 53凸极同步电动机的相量图 电动机惯例 2 同步电动机的功角特性 功率方程和转矩方程 3 同步电动机的运行特性 同步电动机的运行特性包括工作特性和V形曲线 工作特性工作特性是指 定子电压U UN 励磁电流If IfN时 电磁转矩 电枢电流 效率 功率因数与输出功率之间的关系 即Te IM cos M f P2 图6 54同步电动机的工作特性 图6 55不同励磁时同步电动机的功率因数特性cos f 图6 56恒功率 变励磁时隐极同步电动机的相量图 图6 57同步电动机的V形曲线 P P P 4 同步电动机的起动 图6 58同步电动机异步起动时的线路图 图6 59同步电动机异步起动时的转矩曲线 5 同步补偿机 图6 60用同步补偿机来改善电网的功率因数a 在受电端装设补偿机b 相量图 6 11同步发电机的不对称运行 1 对称分量法2 同步发电机的各序阻抗和等效电路3 同步发电机的单相短路4 同步发电机的线间短路5 不对称运行对发电机的影响 1 对称分量法 2 同步发电机的各序阻抗和等效电路 图6 61同步发电机的正序等效电路a 线路示意图b 正序等效电路 图6 62直轴和交轴的负序等效电路a 直轴电路b 交轴电路 图6 63不同转子位置时的负序电抗值曲线1 装有阻尼绕组的凸极同步发电机 曲线2 汽轮发电机 图6 64同步发电机的负序等效电路a 接线示意图b 负序等效电路 图6 65同步发电机的零序等效电路a 零序电流的基波合成磁动势等于0b 零序等效电路 表6 2现代同步电机的负序和零序参数 3 同步发电机的单相短路 图6 66同步发电机的单相短路 图6 67单相短路时各序的等效电路及其连接a 把故障处的不对称电压 电流分解为正序 负序和零序系统b 把三相不对称系统分解为三个对称系统c 根据故障的约束条件把正序 负序和零序电路连接起来 4 同步发电机的线间短路 图6 68同步发电机的线间短路 图6 69线间短路时正序和负序电路的连接 5 不对称运行对发电机的影响 不对称运行时 除正序电流和电压外 发电机内还有负序 零序电流和电压 此外 除基波外 常常还有一系列高次谐波 负序电流所产生的反向旋转磁场 可以在励磁绕组和汽轮发电机的实心转子内感生100Hz的感应电流 引起杂散铜耗和铁耗 使运行效率降低 转子过热 从而影响发电机的出力 严重的甚至会造成事故 6 12同步发电机的三相突然短路 1 三相突然短路的瞬态电磁过程2 无阻尼绕组时突然短路电流的表达式3 阻尼绕组对三相突然短路过程的影响 1 三相突然短路的瞬态电磁过程 图6 70A相磁链 0 0时发生三相突然短路 图6 71 A 0 0时三相突然短路电流的波形图a A相电流b B相电流c C相电流 图6 72三相突然短路时 电枢绕组与励磁绕组间的电磁感应关系 图6 73突然短路时励磁电流的非周期分量 图6 74突然短路后转子转过90 时 电机内的磁场示意图 仅画出右半边 图6 75三相突然短路时电机内的瞬态磁场图 仅画出右半边 图6 76 的等效电路 图6 77三相突然短路时励磁电流的波形 2 无阻尼绕组时突然短路电流的表达式 1 周期分量包括稳态分量和以直轴瞬态时间常数Td 衰减的瞬态分量 稳态分量的幅值为 瞬态分量的初始幅值为E0 在短路最初瞬间 这两部分幅值之和为2E0Xd 2 非周期自由分量非周期分量是否存在 取决于突然短路时转子的初相角 0 3 阻尼绕组对三相突然短路过程的影响 图6 78装有阻尼绕组时 三相突然短路的超瞬态磁场图 仅画出右半边 图6 79直轴超瞬态电抗 的等效电路 图6 80装有阻尼绕组 在 0 0的瞬间发生三相突然短路时 A相电流的波形 图6 81三相突然短路时励磁电流的波形 虚线表