第章同步發(fā)電機(jī)的基本理論課件

[內(nèi)容]

12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖12.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行12.2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)12.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖12.5同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性[內(nèi)容]12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖1掌握同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)概念，不同負(fù)載性質(zhì)時電樞反應(yīng)的性質(zhì)。理解電樞磁動勢的雙反應(yīng)理論及其在凸極發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用。掌握隱極和凸極同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電磁過程。掌握隱極和凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖。理解電樞反應(yīng)電抗和同步電抗的物理意義。掌握同步發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行特性。[要求]掌握同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)概念，不同負(fù)載性質(zhì)時電樞反應(yīng)的性質(zhì)12.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行一、主磁通和漏磁通

轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子勵磁繞組通以直流勵磁電流；定子電樞繞組開路，電樞電流為零。空載運(yùn)行：定子：Ia

=0,不建立電樞磁場。空載時:轉(zhuǎn)子：If（Ff）主磁通主極漏磁通是恒定磁場，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場?？蛰d主磁場（主極磁場）：穿過氣隙交鏈定子繞組，切割定子并在定子繞組中感應(yīng)電動勢，起能量轉(zhuǎn)換作用。空載漏磁場：它也不會在勵磁繞組中感應(yīng)電動勢。是恒定磁場，只交鏈勵磁繞組，不會在定子繞組中感應(yīng)電動勢，不參與能量轉(zhuǎn)換。12.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行一、主磁通和漏磁通二、空載特性空載特性磁化曲線二者形狀相同?？蛰d特性反映了電機(jī)主磁路的飽和程度：空載電動勢勵磁電動勢隨轉(zhuǎn)子以同步速n旋轉(zhuǎn)直流空載特性：較大時，磁路飽和，空載特性曲線逐漸向下偏離氣隙線；較小時，磁路不飽和，（氣隙線）；發(fā)電機(jī)的額定工作點(diǎn)一般處于臨界飽和點(diǎn)。二、空載特性空載特性磁化曲線二者形狀相同?？蛰d特性反映了電機(jī)12.2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對空載主磁場（主極磁場）產(chǎn)生的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)性質(zhì)（交磁、去磁、增磁）:相角差與取決于（內(nèi)功率因數(shù)角）負(fù)載運(yùn)行時:定子三相電流（電氣旋轉(zhuǎn)磁場）與轉(zhuǎn)子同轉(zhuǎn)向、同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。Fa對將產(chǎn)生影響。氣隙磁場由Fa與Ff共同建立，即取決于發(fā)電機(jī)負(fù)載的性質(zhì)。12.2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對空載主磁一、時的電樞反應(yīng)在圖示瞬間：U相最大最大處在U相軸線上轉(zhuǎn)子磁極軸線稱為直軸（d軸）兩極之間軸線稱為交軸（q軸）定義此時處于交軸，稱為交軸電樞反應(yīng)。氣隙合成磁動勢交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場的軸線位置發(fā)生變化，幅值也發(fā)生變化。只有交軸電樞反應(yīng)：一、二、時的電樞反應(yīng)此時，為直軸去磁電樞反應(yīng)，使氣隙磁場減弱。氣隙合成磁動勢U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處在U相軸線上（如圖）U相當(dāng)磁極再轉(zhuǎn)過90o時，才達(dá)到最大二、三、時的電樞反應(yīng)此時，為直軸增磁電樞反應(yīng)，使氣隙磁場增強(qiáng)。氣隙合成磁動勢U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處在U相軸線上（如圖）U相之前90o，磁極處于垂直位置時，已達(dá)最大三、四、一般情況下的電樞反應(yīng)分解法U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處在U相軸線上（如圖）U相當(dāng)磁極再轉(zhuǎn)過時，才達(dá)到最大直軸去磁電樞反應(yīng)交磁電樞反應(yīng)四、一般情況下的電樞反應(yīng)分U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處同理分析可得：此時的電樞反應(yīng)性質(zhì)為：交磁和直軸增磁。內(nèi)功率因數(shù)角電樞反應(yīng)性質(zhì)電樞反應(yīng)的效應(yīng)交軸使氣隙磁場軸線偏移，幅值增大直軸去磁使氣隙磁場削弱，電樞端電壓降低直軸增磁使氣隙磁場增強(qiáng)，電樞端電壓升高交軸及直軸去磁使氣隙磁場軸線偏移，幅值減小，電樞端電壓降低交軸及直軸增磁使氣隙磁場軸線偏移，幅值增強(qiáng)，電樞端電壓升高同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的性質(zhì)同理分析可得：此時的電樞反應(yīng)性質(zhì)為：交磁和直軸增磁。內(nèi)功率因五、時-空統(tǒng)一相量圖二者角速度相同時可畫在一起時-空統(tǒng)一相量圖在時-空相量圖中：重合，處于直軸；重合，由角決定位置。處于交軸；用時-空相量圖分析電樞反應(yīng)的性質(zhì)十分直觀簡便?？臻g矢量時間相量具有相同的角速度，可畫出同步電機(jī)的時-空相量圖。時間正弦量可用時間相量表示空間正弦量可用空間矢量表示五、時-空統(tǒng)一相量圖二者角速度相同時-空統(tǒng)一相量圖在時-空相12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、電動勢方程式不考慮磁路飽應(yīng)用疊加原理2.電動勢方程式1.電磁關(guān)系氣隙電動勢氣隙合成磁通二者相對應(yīng)12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、電動勢方程得代入將定子繞組漏電抗，對應(yīng)定子漏磁通的大小隱極同步發(fā)電機(jī)的同步電抗電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)電樞反應(yīng)磁通的大小參數(shù)忽略很小的時：同步電抗是同步電機(jī)的一個重要參數(shù)，它綜合反映了電樞主磁場和漏磁場的作用。大小影響同步發(fā)電機(jī)端電壓波動程度、發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，短路電流的大小。得代入將定子繞組漏電抗，對應(yīng)定子漏磁通的大小隱極同步發(fā)電機(jī)二、相量圖（不計(jì)，感性負(fù)載）與夾角，(外)功率因數(shù)角與夾角，內(nèi)功率因數(shù)角與夾角，功率角（功角）常用計(jì)算公式：講解

[例12.3.1]

二、相量圖（不計(jì)，感性負(fù)載）與夾角，(外)12.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、雙反應(yīng)理論

直軸氣隙小，磁阻小；交軸氣隙大，磁阻大。凸極電機(jī)氣隙不均勻：旋轉(zhuǎn)的作用在不同位置時，遇到的磁阻不同，產(chǎn)生的不同，對應(yīng)也不同。雙反應(yīng)理論：

不論作用在什么位置，總是先把它分解為和，這兩個分量分別固定地作用在直軸和交軸磁路上，各自產(chǎn)生直軸和交軸電樞反應(yīng)，即“雙反應(yīng)”，最后再把結(jié)果疊加起來。12.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、雙反應(yīng)理論二、電動勢方程式1.電磁關(guān)系2.電動勢方程式氣隙電動勢氣隙合成磁通二者相對應(yīng)用雙反應(yīng)理論二、電動勢方程式1.電磁關(guān)系2.電動勢方程式氣隙電得將代入忽略很小的時：隱極發(fā)電機(jī)直軸同步電抗交軸電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)直軸電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)交軸同步電抗一般參數(shù)得將代入忽略很小的時：隱極發(fā)電機(jī)直軸同步電抗交三、相量圖已知量：為了畫相量圖，應(yīng)先求出由相量圖：講解[例12.4.1]

三、相量圖已知量：為了畫相量圖，應(yīng)先求出由相量圖12.5同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性之間的關(guān)系：運(yùn)行特性。描述同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，一、空載特性用途：表征磁路飽和情況，磁路設(shè)計(jì)的合理性；與短路特性配合可以確定同步電抗參數(shù)。取磁滯回線的平均值作為空載特性曲線。定義：即定子空載電壓與勵磁電流之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測取方法：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)得到磁滯回線12.5同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性之間的關(guān)系：運(yùn)行特性。描述同二、短路特性調(diào)節(jié),使變化，記錄幾組數(shù)據(jù)，可畫出短路特性曲線。

實(shí)驗(yàn)測取方法：定義：即定子穩(wěn)態(tài)短路電流與勵磁電流之間的關(guān)系。二、短路特性調(diào)節(jié),使變化，記錄幾組數(shù)據(jù)，可畫出短路特性曲線短路特性是直線：短路電流不大:從磁路看：從電路看：不大較大同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)三相短路是沒有危險的。短路特性是直線：短路電流不大:從磁路看：從電路看：不大較大三、外特性定義：即端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系。負(fù)載性質(zhì)不同，外特性曲線形狀不同:感性負(fù)載時，外特性是下降的。容性負(fù)載時，外特性是上升的。電阻性負(fù)載：

略有直軸去磁端電壓略有下降。三、外特性定義：即端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系。負(fù)載性質(zhì)不感性負(fù)載阻性負(fù)載容性負(fù)載電壓變化率：在下：電壓變化率是同步發(fā)電機(jī)重要的運(yùn)行性能指標(biāo)。反映了端電壓波動的程度。現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)裝有自動調(diào)壓裝置，可自動調(diào)節(jié)勵磁電流，維持電壓基本不變。30～48%（汽輪發(fā)電機(jī)）18～30%（水輪發(fā)電機(jī)）感性負(fù)載四、調(diào)整特性定義：即勵磁電流與負(fù)載電流之間的關(guān)系。當(dāng)Ia變化時，U將發(fā)生變化，為保持U恒定，可以通過調(diào)節(jié)If來實(shí)現(xiàn)。感性和阻性負(fù)載時：，為保持U不變以補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用和同步阻抗壓降，因此調(diào)整特性曲線是上升的；容性負(fù)載時:，為保持U不變所以調(diào)整特性是下降的。根據(jù)調(diào)整特性，在一定時，可確定在給定Ia變化范圍內(nèi)，維持U不變所需If的調(diào)節(jié)范圍。四、調(diào)整特性定義：即勵磁電流與負(fù)載電流之間的關(guān)系。當(dāng)Ia本章結(jié)束本章結(jié)束[內(nèi)容]

12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖12.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行12.2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)12.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖12.5同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性[內(nèi)容]12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖1掌握同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)概念，不同負(fù)載性質(zhì)時電樞反應(yīng)的性質(zhì)。理解電樞磁動勢的雙反應(yīng)理論及其在凸極發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用。掌握隱極和凸極同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時的電磁過程。掌握隱極和凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖。理解電樞反應(yīng)電抗和同步電抗的物理意義。掌握同步發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行特性。[要求]掌握同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)概念，不同負(fù)載性質(zhì)時電樞反應(yīng)的性質(zhì)12.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行一、主磁通和漏磁通

轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子勵磁繞組通以直流勵磁電流；定子電樞繞組開路，電樞電流為零?？蛰d運(yùn)行：定子：Ia

=0,不建立電樞磁場。空載時:轉(zhuǎn)子：If（Ff）主磁通主極漏磁通是恒定磁場，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場?？蛰d主磁場（主極磁場）：穿過氣隙交鏈定子繞組，切割定子并在定子繞組中感應(yīng)電動勢，起能量轉(zhuǎn)換作用?？蛰d漏磁場：它也不會在勵磁繞組中感應(yīng)電動勢。是恒定磁場，只交鏈勵磁繞組，不會在定子繞組中感應(yīng)電動勢，不參與能量轉(zhuǎn)換。12.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行一、主磁通和漏磁通二、空載特性空載特性磁化曲線二者形狀相同。空載特性反映了電機(jī)主磁路的飽和程度：空載電動勢勵磁電動勢隨轉(zhuǎn)子以同步速n旋轉(zhuǎn)直流空載特性：較大時，磁路飽和，空載特性曲線逐漸向下偏離氣隙線；較小時，磁路不飽和，（氣隙線）；發(fā)電機(jī)的額定工作點(diǎn)一般處于臨界飽和點(diǎn)。二、空載特性空載特性磁化曲線二者形狀相同?？蛰d特性反映了電機(jī)12.2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對空載主磁場（主極磁場）產(chǎn)生的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)性質(zhì)（交磁、去磁、增磁）:相角差與取決于（內(nèi)功率因數(shù)角）負(fù)載運(yùn)行時:定子三相電流（電氣旋轉(zhuǎn)磁場）與轉(zhuǎn)子同轉(zhuǎn)向、同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。Fa對將產(chǎn)生影響。氣隙磁場由Fa與Ff共同建立，即取決于發(fā)電機(jī)負(fù)載的性質(zhì)。12.2同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對空載主磁一、時的電樞反應(yīng)在圖示瞬間：U相最大最大處在U相軸線上轉(zhuǎn)子磁極軸線稱為直軸（d軸）兩極之間軸線稱為交軸（q軸）定義此時處于交軸，稱為交軸電樞反應(yīng)。氣隙合成磁動勢交軸電樞反應(yīng)使氣隙磁場的軸線位置發(fā)生變化，幅值也發(fā)生變化。只有交軸電樞反應(yīng)：一、二、時的電樞反應(yīng)此時，為直軸去磁電樞反應(yīng)，使氣隙磁場減弱。氣隙合成磁動勢U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處在U相軸線上（如圖）U相當(dāng)磁極再轉(zhuǎn)過90o時，才達(dá)到最大二、三、時的電樞反應(yīng)此時，為直軸增磁電樞反應(yīng)，使氣隙磁場增強(qiáng)。氣隙合成磁動勢U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處在U相軸線上（如圖）U相之前90o，磁極處于垂直位置時，已達(dá)最大三、四、一般情況下的電樞反應(yīng)分解法U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處在U相軸線上（如圖）U相當(dāng)磁極再轉(zhuǎn)過時，才達(dá)到最大直軸去磁電樞反應(yīng)交磁電樞反應(yīng)四、一般情況下的電樞反應(yīng)分U相最大，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)到水平位置時，處同理分析可得：此時的電樞反應(yīng)性質(zhì)為：交磁和直軸增磁。內(nèi)功率因數(shù)角電樞反應(yīng)性質(zhì)電樞反應(yīng)的效應(yīng)交軸使氣隙磁場軸線偏移，幅值增大直軸去磁使氣隙磁場削弱，電樞端電壓降低直軸增磁使氣隙磁場增強(qiáng)，電樞端電壓升高交軸及直軸去磁使氣隙磁場軸線偏移，幅值減小，電樞端電壓降低交軸及直軸增磁使氣隙磁場軸線偏移，幅值增強(qiáng)，電樞端電壓升高同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的性質(zhì)同理分析可得：此時的電樞反應(yīng)性質(zhì)為：交磁和直軸增磁。內(nèi)功率因五、時-空統(tǒng)一相量圖二者角速度相同時可畫在一起時-空統(tǒng)一相量圖在時-空相量圖中：重合，處于直軸；重合，由角決定位置。處于交軸；用時-空相量圖分析電樞反應(yīng)的性質(zhì)十分直觀簡便?？臻g矢量時間相量具有相同的角速度，可畫出同步電機(jī)的時-空相量圖。時間正弦量可用時間相量表示空間正弦量可用空間矢量表示五、時-空統(tǒng)一相量圖二者角速度相同時-空統(tǒng)一相量圖在時-空相12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、電動勢方程式不考慮磁路飽應(yīng)用疊加原理2.電動勢方程式1.電磁關(guān)系氣隙電動勢氣隙合成磁通二者相對應(yīng)12.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、電動勢方程得代入將定子繞組漏電抗，對應(yīng)定子漏磁通的大小隱極同步發(fā)電機(jī)的同步電抗電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)電樞反應(yīng)磁通的大小參數(shù)忽略很小的時：同步電抗是同步電機(jī)的一個重要參數(shù)，它綜合反映了電樞主磁場和漏磁場的作用。大小影響同步發(fā)電機(jī)端電壓波動程度、發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，短路電流的大小。得代入將定子繞組漏電抗，對應(yīng)定子漏磁通的大小隱極同步發(fā)電機(jī)二、相量圖（不計(jì)，感性負(fù)載）與夾角，(外)功率因數(shù)角與夾角，內(nèi)功率因數(shù)角與夾角，功率角（功角）常用計(jì)算公式：講解

[例12.3.1]

二、相量圖（不計(jì)，感性負(fù)載）與夾角，(外)12.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、雙反應(yīng)理論

直軸氣隙小，磁阻??；交軸氣隙大，磁阻大。凸極電機(jī)氣隙不均勻：旋轉(zhuǎn)的作用在不同位置時，遇到的磁阻不同，產(chǎn)生的不同，對應(yīng)也不同。雙反應(yīng)理論：

不論作用在什么位置，總是先把它分解為和，這兩個分量分別固定地作用在直軸和交軸磁路上，各自產(chǎn)生直軸和交軸電樞反應(yīng)，即“雙反應(yīng)”，最后再把結(jié)果疊加起來。12.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖一、雙反應(yīng)理論二、電動勢方程式1.電磁關(guān)系2.電動勢方程式氣隙電動勢氣隙合成磁通二者相對應(yīng)用雙反應(yīng)理論二、電動勢方程式1.電磁關(guān)系2.電動勢方程式氣隙電得將代入忽略很小的時：隱極發(fā)電機(jī)直軸同步電抗交軸電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)直軸電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)交軸同步電抗一般參數(shù)得將代入忽略很小的時：隱極發(fā)電機(jī)直軸同步電抗交三、相量圖已知量：為了畫相量圖，應(yīng)先求出由相量圖：講解[例12.4.1]

三、相量圖已知量：為了畫相量圖，應(yīng)先求出由相量圖12.5同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性之間的關(guān)系：運(yùn)行特性。描述同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，一、空載特性用途：表征磁路飽和情況，磁路設(shè)計(jì)的合理性；與短路特性配合可以確定同步電抗參數(shù)。取磁滯回線的平均值作為空載特性曲線。定義：即定子空載電壓與勵磁電流之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測取方法：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)得到磁滯回線12.5同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性之間的關(guān)系：運(yùn)行特性。描述同二、短路特性調(diào)節(jié),使變化，記錄幾組數(shù)據(jù)，可畫出短路特