ch12同步电机的基本理论和运行特性.ppt课件

1、引言火力发电水力发电核能发电机械能电能一次能源共同点：同步发电机第 四篇 同步电机7/23/2022 第 四篇 同步电机 第十二章 同步电机的基本理论和运行特性第十三章 同步发电机在大电网上运行第十四章 同步电动机的不对称运行第十五章 同步电机的突然短路与振荡7/23/2022本章主要讨论同步电机的工作原理，运行特性。1同步电机基本结构 2同步电机的励磁系统3同步电机的空载运行 4对称负载时的电枢反应 5隐极同步发电机的分析方法 6凸极同步发电机的分析方法 7电枢绕组的漏抗 8同步发电机的空载、短路和负载运行 9同步发电机的参数测定 10同步发电机的稳定运行特殊第十二章 同步电机的基本理论和运

2、行特性7/23/2022第一节 同步电机的结构一、三相异步电动机同步运行7/23/2022第一节 同步电机的结构异步电机的同步化将三相异步电动机转子绕组供电方式加以改变，直接由直流电源供电，使其由原先流过低频交流电流改变为直流电流，所形成的磁通势及其磁场的极对数与定子旋转磁场的极对数一致，三相异步电动机就可变成三相同步电动机而稳定运行（见图11） 7/23/2022第一节 同步电机的结构图6-1 异步电动机同步运行的接线图7/23/2022第一节 同步电机的结构二.同步电机的基本结构1.定子与异步电机定子没什么区别2.转子凸极式（见图1），可用于同步电动机，也可用于同步发电机隐极式（见图2），

3、既可用于同步电动机，也可用于同步发电机7/23/2022第一节 同步电机的结构图1 凸极式 图2 隐极式旋转磁极式同步电机结构示意图7/23/2022第二节 同步电机的励磁系统及工作原理一.直流励磁机励磁系统二.交流励磁机整流励磁系统 7/23/2022第二节同步电机的励磁系统及工作原理三. 同步电机的工作原理1.同步发电机的工作原理 转子转速上升至n0-电枢绕组和转子有相对运动-建立磁场-产生感应电动势E0(励磁电动势），此时发电机处于空载状态。当定子绕组接上负载，则发电机处于负载状态，此时进行机电能量的转换 物理模型（见图4）概念：空载特性 7/23/2022同步发电机的空载特性在同步转速

4、下，励磁电动势 E0 和励磁电流 If 的关系（用曲线 E0f(If)表示），称为同步发电机的空载特性（见图3）。 图3 同步电机的空载特性7/23/2022第二节同步电机的励磁系统及工作原理图4 同步发电机工作原理模型a 同步发电机示意图 b 三相电动势相量图7/23/2022第二节同步电机的励磁系统及工作原理2.同步电动机的工作原理 同步电机和其他类型的电机一样，也遵循可逆原理，可按发电机方式运行，也可按电动机方式运行7/23/2022电机的可逆原理当原动机拖动同步电机并励磁，电机从原动机输入机械功率，向电网输出电功率，为发电机运行方式；当同步电机接于电网并励磁，拖动机械负载时，从电网输入

5、电功率，在轴上输出机械功率，为电动机运行方式。图5.a为发电机运行图5.b为理想空载运行图5.c为电动机运行这是三种电机运行方式的物理模型7/23/2022电机的可逆原理图5 同步电机的物理模型a 发电机运行 b 理想空载 c 电动机运行7/23/2022一.隐极式同步电机的空载磁动势二.凸极式同步电机的空载磁动势三.时间相量与空间相量四.空载电动势相量五.电压波形正弦畸变率第三节 同步电机的空载运行7/23/2022一、空载运行时的主磁通 空载运行：同步发电机被原动机带动到同步转速，转子励磁绕组加励磁电流，定子绕组开路（定子绕组电流为零）时的运行情况。 7/23/20227/23/2022一

6、、空载运行时的主磁通空载时发电机内部电磁关系 空载时主磁通仅由转子建立；磁场的强弱决定于励磁电流大小。 7/23/2022带对称负载时的主磁通 1.负载时发电机内部电磁关系 负载时，定、转子共同建立主磁通；电枢磁势Fa与励磁磁势Ff转向相同、转速相等，在空间相对静止，成为“同步”。 第四节 对称负载时的电枢反应7/23/20222.电枢反应电枢反应：同步发电机对称负载时，电枢磁势Fa对励磁磁势Ff影响。电枢反应的性质 ：直轴去磁电枢反应、直轴助磁电枢反应和交轴电枢反应。7/23/2022电枢反应的性质取决于内功率因数角，即空载电势E0与定子电流I的夹角；内功率因数角的大小与同步发电机的负载大小

7、、性质以及电机的参数有关。7/23/20227/23/2022作时空矢量图确定电枢反应的性质的规律：取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴方向；空载磁通0与Ff 同方向，空载电势E0滞后空载磁通0 90；定子电流I滞后空载电势E0 的角度为内功率因数角；电枢磁势Fa 与定子电流I同相位。7/23/2022（1） =0时的电枢反应 电枢反应性质为交轴电枢反应。 7/23/2022（2） =90时的电枢反应 电枢反应性质为直轴去磁电枢反应。 7/23/2022（3） =-90时的电枢反应 电枢反应性质为直轴助磁电枢反应 7/23/2022（4）一般情况下(0 90时) 既有交轴电枢反应、又有直轴

8、去磁电枢反应 7/23/2022第五节 同步发电机的分析方法1.同步电抗概念：同步电抗隐极机中 同步电抗 Xt = Xa + Xo (式4）凸极机中直轴同步电抗 Xd = Xad + Xo (式5）交轴同步电抗 Xq = Xaq + Xo (式6）7/23/2022第一节 同步电机同步电抗在隐极机中 Ea = -jIXa (式1） 在凸极机中 Ead = -jIdXad ，Eaq = -jIqXaq (式2）Xa为电枢反应电抗，Xad为直轴电枢反应电抗，Xaq为交轴电枢反应电抗又 Eo = -jIXo (式3）Xo为定子绕组漏抗将电枢反应电抗和漏抗合并，称之为同步电抗 7/23/2022第一节

9、 同步电机2.同步电机的电势平衡方程式隐式机中-E0 - Ea - Eo = U - Ira （式7）将式1和式3代入式7可得-E0 = U - Ira - jIXt （式8）凸极机中-E0 - Ead - Eaq - Eo = U - Ira (式9）将式2和式3代入式9可得-E0 = U - Ira - jIdXd - jIqXq (式10）7/23/2022第一节 同步电机按同步电机运行时的基本电磁关系，也可列出同步电动机定子绕组相量形式的电动势平衡方程式7/23/2022同步电动机定子绕组相量形式的电动势平衡方程式考虑到电动机中所有的感应电动势均为反电动势，而且定子绕组的电阻压降与端电压的方向相反。可列出同步发电机绕组相量形式的电势平衡方程式如下:隐式机中U = -(E0+Ea+Eo)+Ira (式11）将式1和式3代入式11可得U = -E0+Ira+jIXt (式12)7/23/2022同步电动机定子绕组相量形式的电动势平衡方程式