同步發(fā)電機(jī)工作原理

1、同步發(fā)電機(jī)工作原理1.5.1 1.5.1 直流電機(jī)的電樞電動勢直流電機(jī)的電樞電動勢產(chǎn)生產(chǎn)生: :電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí), ,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。簡稱為電樞電動勢。大小大小: :nCnapNEea60 性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電勢電源電勢( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向);); 電動機(jī)電動機(jī)反電勢反電勢( (與電樞電流反方向與電樞電流反方向).).)(電動勢常數(shù)電動勢常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中其中apNCe60可見，直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及可見，直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)

2、。轉(zhuǎn)速有關(guān)。產(chǎn)生產(chǎn)生: :電樞繞組中有電樞電流流過時(shí)電樞繞組中有電樞電流流過時(shí), ,在磁場內(nèi)受電磁力在磁場內(nèi)受電磁力的作用的作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小大小: :aTaemICIapNT2可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。流成正比。為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中其中apNCT2eTCC55. 91.5.2 1.5.2 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)：性質(zhì)： 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)制動制動( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )；輸入的機(jī)械拖動轉(zhuǎn)矩輸

3、入的機(jī)械拖動轉(zhuǎn)矩 = = 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 + + 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)電動機(jī)驅(qū)動驅(qū)動( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )；輸入的電磁轉(zhuǎn)矩輸入的電磁轉(zhuǎn)矩 = = 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩 + + 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩電樞電動勢電樞電動勢 和電磁轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩 是直流電機(jī)兩個重要的公式。對于同一臺直流電機(jī)，電是直流電機(jī)兩個重要的公式。對于同一臺直流電機(jī)，電動勢常數(shù)動勢常數(shù)EaEa和轉(zhuǎn)矩常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)C CT T之間具有確定的關(guān)系：之間具有確定的關(guān)系：eeEC nTaTC ITee609.552aCCCaeTT20.10560aCCCa1.6 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 1.6.1 直流電機(jī)的勵磁方式直流電

4、機(jī)的勵磁方式 主磁極上勵磁繞組獲得電源的方式叫勵磁主磁極上勵磁繞組獲得電源的方式叫勵磁方式，也指勵磁電流的供給方式。方式，也指勵磁電流的供給方式。自勵自勵他勵他勵并勵并勵串勵串勵復(fù)勵復(fù)勵 （1）他勵式）他勵式 其勵磁繞組由其他電源供其勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組電，勵磁繞組與電樞繞組不相連。不相連。 電樞電流電樞電流Ia=負(fù)載電流負(fù)載電流I （b）并勵：）并勵：Ia=I+If （c）串勵：）串勵：Ia=I=If （d）復(fù)勵：磁場相加：積復(fù)勵）復(fù)勵：磁場相加：積復(fù)勵 磁場相減：差復(fù)勵磁場相減：差復(fù)勵（2）自勵）自勵1.6.2 直流電機(jī)的基本方程式直流電機(jī)的基本方程式 一、基本方程式

5、一、基本方程式 1.電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式 按發(fā)電機(jī)慣例參考方向，電樞回路按發(fā)電機(jī)慣例參考方向，電樞回路的電動勢方程式為的電動勢方程式為 并勵發(fā)電機(jī)的電樞電流為并勵發(fā)電機(jī)的電樞電流為 直流發(fā)電機(jī)的直流發(fā)電機(jī)的EU，這是判斷直流，這是判斷直流電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)的依據(jù)。電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)的依據(jù)。 aaaIRUEfaIII 2.功率平衡方程式功率平衡方程式 aaMMcuaMadFeMIETPPPPpPPPPPP2011)( 3.轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n為常數(shù)時(shí)，原動機(jī)輸入的驅(qū)動為常數(shù)時(shí)，原動機(jī)輸入的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T1的一部分用來克服空載轉(zhuǎn)矩的一部分用來克服

6、空載轉(zhuǎn)矩T0，剩下的，剩下的轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T。 01pPPM01TTTM 實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)過程：If由由0開始增大，開始增大，U0將逐漸增大。將逐漸增大。If減小，減小，U0將將逐漸減小，但逐漸減小，但I(xiàn)f=0， U0 不等不等于于0，存在剩磁電動勢。，存在剩磁電動勢。1.6.3 直流發(fā)電機(jī)（他勵）的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)（他勵）的運(yùn)行特性空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線UfI 空載時(shí)，空載時(shí)， 。由于。由于 ，因此空載特性實(shí)質(zhì)上就是因此空載特性實(shí)質(zhì)上就是 。由。由于于 正比于正比于 ，所以空載特性曲線的形，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲

7、線相同。狀與空載磁化特性曲線相同。aEUnCEea)(faIfE aE1Cn0I)(fIfU 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 1. 空載特性空載特性 2. 外特性外特性100%UUUUNN0Nnn fNfII )(IfU 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 外特性曲線如圖所示外特性曲線如圖所示由曲線可見，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓由曲線可見，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓有所下降。有所下降。aaeRInCU 根據(jù)根據(jù) 可知，端電壓下降有兩個原因：一是可知，端電壓下降有兩個原因：一是在勵磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使在勵磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使

8、電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電每極磁通量減少，使電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。 比如：當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，必須比如：當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，必須增加勵磁電流去補(bǔ)償電樞反應(yīng)的增加勵磁電流去補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用和內(nèi)部的電壓降，才能去磁作用和內(nèi)部的電壓降，才能保持端電壓不變。保持端電壓不變。 1Cn2CU )(IfIf定義定義：當(dāng)當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 調(diào)節(jié)特性曲線如圖所示調(diào)節(jié)特性曲線如圖所示3. 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 由曲線可見，在負(fù)載電流變化時(shí)，由曲線可見，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電若保持

9、端電壓不變，必須改變勵磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響。降對對輸出端電壓的影響。1.7 直流電動機(jī)1.7.1 直流電動機(jī)（并勵）的基本方程式直流電動機(jī)（并勵）的基本方程式 1.電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式 電樞回路的電動勢方程式為電樞回路的電動勢方程式為 并勵電動機(jī)的電樞電流為并勵電動機(jī)的電樞電流為 直流電動機(jī)的直流電動機(jī)的UE，這是判斷直流，這是判斷直流電機(jī)運(yùn)行在電動機(jī)狀態(tài)的依據(jù)。電機(jī)運(yùn)行在電動機(jī)狀態(tài)的依據(jù)。 aaaIREUfafaIIIIII 2.功率平衡方程式功率平衡方程式 pPPPPPPPPpPPPPPPPPPPadFecu

10、fcuaMadFeMcufcuaM211021)()()( 3.轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，輸入的電磁轉(zhuǎn)矩電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，輸入的電磁轉(zhuǎn)矩Tm（驅(qū)動）（驅(qū)動）的一部分用來克服空載轉(zhuǎn)矩的一部分用來克服空載轉(zhuǎn)矩T0，剩下的轉(zhuǎn)換為，剩下的轉(zhuǎn)換為電動機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2。 02pPPM02TTTM1.7.2 直流電動機(jī)的工作特性直流電動機(jī)的工作特性一、轉(zhuǎn)速特性一、轉(zhuǎn)速特性 轉(zhuǎn)速特性是指在轉(zhuǎn)速特性是指在 ，電樞回路不串附，電樞回路不串附加電阻時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速加電阻時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨輸出功率隨輸出功率P2而變化的關(guān)系，而變化的關(guān)系，即即 曲線。曲線。NffNUUI

11、I，2()nf Paa aaeCUEI rEn和NaaeeCCUrnI 當(dāng)輸出功率增加時(shí)，電樞電流增加，電樞壓降增加，使轉(zhuǎn)速下當(dāng)輸出功率增加時(shí)，電樞電流增加，電樞壓降增加，使轉(zhuǎn)速下降，同時(shí)由于電樞反應(yīng)的去磁作用使轉(zhuǎn)速上升。上述兩者相互作用的降，同時(shí)由于電樞反應(yīng)的去磁作用使轉(zhuǎn)速上升。上述兩者相互作用的結(jié)果，使轉(zhuǎn)速的變化呈略微下降。結(jié)果，使轉(zhuǎn)速的變化呈略微下降。二、轉(zhuǎn)矩特性二、轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩特性是指在轉(zhuǎn)矩特性是指在 ，電樞回路不串附，電樞回路不串附加電阻時(shí)，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩加電阻時(shí)，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T隨輸出功率隨輸出功率P2而變化的關(guān)而變化的關(guān)系，即系，即 曲線。曲線。NffNUUII，2()Tf

12、 P222/60PPTn當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，特性曲線為一通過原點(diǎn)的當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，特性曲線為一通過原點(diǎn)的直線。實(shí)際上，當(dāng)直線。實(shí)際上，當(dāng)P2增加時(shí)轉(zhuǎn)速增加時(shí)轉(zhuǎn)速n略微有所略微有所下降，因此曲線將稍微向上彎曲。而電磁下降，因此曲線將稍微向上彎曲。而電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 ,因此只要在的關(guān)系曲因此只要在的關(guān)系曲線上加上空載轉(zhuǎn)矩線上加上空載轉(zhuǎn)矩T0，便可得到，便可得到 的關(guān)系曲線，如圖所示。的關(guān)系曲線，如圖所示。 L0TTTL2()Tf P三、效率特性三、效率特性 效率特性是指在效率特性是指在 ，電樞回路不串附，電樞回路不串附加電阻時(shí)，電動機(jī)的效率加電阻時(shí)，電動機(jī)的效率 隨輸出功率隨輸出功率P2而變化的關(guān)系，而變化的關(guān)系，即即 曲線。曲線。 NffNUUII，2()f P121111PppPPPP 電動機(jī)的損耗主要是可變的銅損和固定的鐵損。電動機(jī)的損耗主要是可變的銅損和固定的鐵損。當(dāng)負(fù)載當(dāng)負(fù)載P2較小時(shí)，鐵損不變，效率低；隨著負(fù)載較小時(shí)，鐵損不變，效率低；隨著負(fù)載P2的增加，鐵損不的增加，鐵損不變，銅損增