【2019-2020年整理】福州大学-电机学-12同步电机的基本理论和运行特性
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同步发电机的运行特性同步发电机对称稳态运行时,保持转速为额定转速,端电压、电枢电流和励磁电流的变化关系。
一、空载特性1. 定义电枢绕组开路(空载),保持转子转速为额定转速,电枢端电压U0(空载时即激磁电动势E0)随励磁电流If的变化曲线。
.2. 空载特性曲线见图6-113. 原因:交流绕组电动势公式。
4. 作用:判断同步发电机定子铁心的性能与故障。
二、短路特性1.定义:电枢绕组三相短接(短路,端电压U=0),保持转子转速为额定转速,电枢电流I随励磁电流If的变化曲线。
2.短路特性曲线:见图6-243.原因:忽略电枢绕组的电阻Ra ,可认为短路电流为纯感性,即,则即此时,电枢反应的性质为直轴去磁的电枢反应,使气隙磁场不饱和,即。
所以,。
4.作用:配合空载特性求xd见图6-25,求xd 不饱和值,见图6-26,求xd 的饱和值,三、外特性及电压变化率1.定义保持转子转速为额定转速,且励磁电流 If 和负载功率因数cosφ不变,发电机端电压U随负载电流I的变化曲线,即U=f (I ) 。
2.外特性曲线见图6-30,负载功率因数不同,外特性曲线不同3.原因感性负载(cosφ =0.8滞后)和纯电阻负载时,外特性曲线是下降的。
这是由于电枢反应去磁作用和漏阻抗压降所引起的。
容性负载(cosφ=0.8超前)时,外特性曲线可能上升。
这是由于电枢反应助磁作用抵消漏阻抗压降使端电压下降的影响使端电压上升。
4.电压调整率调节发电机的励磁电流,使电枢电流为额定电流、功率因数为额定功率因数,端电压为额定电压,此时的励磁电流为额定励磁电流IfN。
保持励磁电流为IfN,转子转速为额定转速,卸去负载(即I=0),此时端电压的升高的百分值即为电压调整率,用Δu表示,即Δu= 100%同步电机的电压调整率较大,汽轮发电机通常在(30~48)%,水轮发电机通常在(18~30)%;而变压器的仅有(5~8)%。
四、整特性1.定义保持转子转速为额定转速,发电机端电压为额定电压和负载功率因数cosφ不变,励磁电流If随负载电流I的变化曲线,即If = f(I)。
同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理,将机械能转变为电能的装置。
所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势,将导体连接成闭合回路,就有电流通过的现象。
导体镶嵌在铁芯的槽里,铁芯是固定不动的称为定于(静子)。
磁极是转动的,称为转子。
它是由励磁绕组和铁芯组成的。
励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连,定子和转子是发电机的基本组成部分。
那么,三相交流电是如何产生的呢?直流电通入转子绕组后,就产生了稳恒的磁场,沿定于铁芯内圆,每相隔120度,分别安放三相绕组A-X、B-Y、C-Z。
当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时,定子绕组便切割磁力线,产生感应电势,感应电势的方向可由右手定则来确定。
由于转子产生的磁场是旋转磁场,所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化,在其中感应的电势方向就不断变化,因而形成交变电势即交流电势。
交流电势的额定频率为f,它决定于发电机的极对数P和转速n,其计算公式为:f=np/60HZ,我国规定交流电的频率为50HZ。
即:p=1,n=3000r/min交流电势的相位关系:转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线,所以三相绕组中电势的相位是不同的,因为定子绕组在安放时,空间角度相差120°相序为A-B-C。
何为同步呢?当发电机并列带负荷后,三相绕组中的定子电流(电枢电流)将合成一个旋转磁场,交流磁场与转子同速度,同方向旋转,这就是同步。
二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性,一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。
其中,外特性和调整特性是主要的运行特性,根据这些特性,运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常,以便及时调整,保证高质量安全发电。
而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性,用于测量,计算发电机的各项基本参数。
1、外特性所谓外特性,就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下,负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。
电机学知识点总结电机,作为现代工业和日常生活中不可或缺的设备,其背后的电机学知识体系庞大而复杂。
下面我们来对电机学的重要知识点进行一番梳理。
首先,电机的分类是我们需要了解的基础。
电机主要分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机结构相对简单,调速性能好,常用于对调速要求较高的场合,比如早期的电车和一些工业生产中的调速系统。
交流电机则又包括异步电机和同步电机。
异步电机结构简单、价格低廉、运行可靠,在工农业生产中应用广泛,像常见的风机、水泵大多采用异步电机驱动。
同步电机的转速与电源频率严格同步,具有功率因数可调等优点,常用于大型发电厂以及需要高精度转速控制的场合。
电机的工作原理是电机学的核心内容之一。
直流电机是依靠通电导体在磁场中受到电磁力的作用而转动。
其电磁转矩的大小与电枢电流和磁通成正比。
对于交流电机,异步电机是基于电磁感应原理工作的,定子绕组中通以三相交流电产生旋转磁场,转子绕组中的导体在旋转磁场的作用下产生感应电流,从而受到电磁力使转子转动。
同步电机则是通过转子磁场与定子旋转磁场的相互作用实现同步运行。
在电机的结构方面,无论是直流电机还是交流电机,都由定子和转子两大部分组成。
定子是电机的固定部分,主要包括定子铁芯、定子绕组等。
转子是电机的旋转部分,其结构形式则因电机类型的不同而有所差异。
例如,直流电机的转子有电枢铁芯、电枢绕组和换向器等;异步电机的转子有鼠笼式和绕线式两种,鼠笼式转子结构简单,绕线式转子则可以通过外接电阻来调节转速。
电机的参数也是非常重要的知识点。
比如,直流电机的主要参数有电枢电阻、电枢电感、励磁电阻和励磁电感等。
这些参数对于分析电机的性能和设计控制系统都有着至关重要的作用。
交流电机的参数则包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感以及互感等。
电机的运行特性是我们关注的重点之一。
直流电机的运行特性包括转速特性、转矩特性和效率特性等。
通过对这些特性的分析,可以了解电机在不同负载下的性能表现。
《电机学(下)》课时小结-------------------------------------------------------------------------------- 第十五章同步电机的基本结构和工作原理1.同步电机命名的由来?同步电机的基本特点和主要用途?2.隐机和凸极同步电机的结构特点比较?(重点)3.同步电机中阻尼绕组的作用?4.电机产生旋转磁场的方法有哪些?它们间有什么异同点?5.同步电机运行方式有哪些?6.同步发电机励磁的要求和分类?(了解)7.同步电机的额定值间的关系?(重点)8.同步发电机空载时气隙磁动势是励磁绕组还是电枢绕组产生的?磁动势实际波形是什么波(隐极和凸极)?波形系数如何定义?(重点)9.电压波形正弦畸变率的定义是什么?10.空间矢量和时间相量的物理意义有何区别?同步电机中哪些量是空间矢量,哪些量是时间相量?何谓时空矢量图?同步发电机空载时的时空矢量图?(重点)11.电枢反应的概念?两磁场?三个角?四个轴?(重点)12.任意角度电枢反应的分析(画负载时空矢量图,分析电机运行状态、功率交换情况、电枢反应性质、励磁情况)?(重点)13.根据ψ判别同步电机的运行方式?14.电枢反应是同步电机能量传送的关键。
15.隐极同步电机的基本方程、等效电路和相量图?(重点)书面作业:16-116-2(补充:绕组为星形连接)16-316.何为双反应理论?凸极同步电机交、直轴电枢磁场磁动势实际波形?交、直轴电枢磁场磁密实际波形?(分析时均取其基波分量)17.凸极同步电机的基本方程、等效电路和相量图?(重点)18.比较大小:x s>x a>xσx d>x q>xσxσ是常量,x s、x a、x ad、x aq与气隙磁场饱和度有关。
19.空载特性实验及其曲线:去磁曲线、单方向下降测量、剩磁电动势、曲线修正、空载特性的作用?20.短路特性实验及其曲线:电枢反应特点、特性曲线特征及原因21.零功率因数特性曲线形状?电抗三角形?各坐标意义?实验法测定零功率因数特性曲线的方法?22.同步发电机的外特性与负载的关系?电压调整率?(重点)23.同步发电机的调速特性?24.同步电抗的测定:不饱和同步电抗x s、x d:空载、短路(注意气隙线问题)饱和同步电抗x s、x d:空载、零功率(注意饱和度的影响) 转差法测定交、直轴不饱和同步电抗的方法和计算式?短路比两种定义及公式,短路比的选择?(重点)漏抗xσ的测定方法?(两种)25.书面作业P227:16-6(要求用坐标纸画曲线)第十七章同步发电机在大电网上运行1.同步发电机并联运行的优点和条件?(重点)2.同步发电机准确整步的直接接法和交叉接法的接线图、并联步骤、合闸时刻?(重点)3.准确整步法和自整步法的优缺点分别是什么?4.注意:同步发电机刚并网时刻处于空载运行情况,需进行功率调节!5.隐极、凸极同步电机的有功功率功角特性表达式、曲线及特点?(三相总功率、最大功率及对应的功角)(重点)6.凸极同步发电机附加功率产生的原因?7.同步电机无功功率功角特性?8.同步发电机的过载能力与功角的关系?(重点)9.作业:17-1、17-310.同步发电机静态稳定定义、稳定范围、稳定条件?同步发电机动态稳定的定义?(重点)11.如何调节同步发电机输出的有功功率?12.如何调节同步发电机输出的无功功率?13.根据有功、无功的功角特性及曲线,分析同步发电机的功率调节现象?(改变原动机输入和改变励磁电流) (重点)14.同步发电机的V型曲线?(难点)15.作业:17-416.同步电动机的特点和适用场合?(重点)17.如何调节同步电动机的功率因数?18.同步电动机为什么不能直接自起动?异步起动法的步骤和注意事项?(重点)19.同步补偿机的特点和作用?第十六章直流电机的基本原理和电磁关系1、直流电机的优点?结构特点?换向器的作用?(重点)2、直流发电机(电动机)的工作原理?3、直流电机的换向器和交流电机集电环的异同点?4、额定值:P N、U N、I N(重点)5、直流绕组的基本要求?6、虚槽和各种节距的概念?7、单叠绕组展开图的画法及其特点?(重点)8、单波绕组展开图的画法及其特点?(重点)9、书面作业:19-1(注:20改为16,19改为15)10、直流电机空载时气隙磁场的产生、性质及分布?主磁路的组成?12、直流电机电枢磁动势F a及电枢磁密B a的分布波形?F a幅值计算公式?幅值位置?(重点)13、直流电机的电枢反应对电机运行性能的影响(交轴、直轴)?F ad、F aq的计算公式?(重点)14、直流电机电枢绕组感应电动势公式?(重点)E a=C eΦn C e=pN/(30a)15、直流电机电枢绕组产生的电磁转矩?(重点)T=C TΦI a C T=pN/(πa)16、直流电机的励磁方式及其特点?接线图?(重点)17、直流发电机、电动机的电压平衡方程和功率平衡?并励发电机:E a=U+I a r a+2ΔU并励电动机:E a=U-I a r a-2ΔU电磁功率:P M=E a I a(重点)18、直流发电机、电动机的转矩平衡?(重点)发电机:T1=T+T0电动机:T=T2+T01、他励直流发电机实验线路,空载特性、负载特性和外特性?2、直流发电机的电压调整率?3、他励直流发电机特性三角形Δabc直角边的物理意义?4、并励直流发电机自励建压的过程?条件?不能建压的原因及解决措施?(重点)5、并励直流发电机的外特性曲线?其变化趋势及原因?(重点)6、书面作业:20-1、20-26、并、串励直流电动机的转速特性、转矩特性和机械特性的表达式、曲线变化及原因?(重点)7、并励直流电动机励磁回路不允许开路的原因?(重点)8、串励直流电动机不允许空载或轻载的原因?(重点)9、直流电动机稳定运行的条件和分析?(重点)10、直流电动机直接起动的特点?与异步电动机的区别?11、直流电动机的起动方法?电枢回路串电阻的要关计算公式?(重点)12、直流电动机的调速方法及各种方法的优缺点?(重点)13、直流电动机的制作原理和方法?书面作业:20-3、20-4、20-5。
第12章同步发电机的基本理论思考题与习题参考答案12.1 试比较同步发电机带三相对称负载时电枢磁动势和励磁磁动势的性质,它们的大小、位置和转速各由哪些因素决定?答:电枢磁动势和励磁磁动势的比较见下表:12.2 同步发电机电枢反应性质主要取决于什么? 若发电机的同步电抗标么值0.1*=s X ,则在下列情况下电枢反应各起什么作用?(1)带电阻负载;(2)带电容负载8.0*=c X , (3)带电感负载7.0*=L X 。
答:电枢反应的性质取决于负载电流I 与励磁电动势0E 的相位关系,或者说取决于负载的性质。
(1)带电阻负载时,由于同步电抗的存在,负载性质呈阻感性,故电枢反应起交磁和直轴去磁作用;(2)带电容负载8.0=*s X 时,由于它小于同步电抗(0.1*=s X ),总电抗仍为感抗,电枢电阻很小,因此电枢反应基本为直轴去磁作用;(3)带电感负载7.0=*L X 时,总电抗为更大的感抗,电枢反应主要为直轴去磁作用。
12.3 电枢反应电抗对应什么磁通?它的物理意义是什么? 同步电抗对应什么磁通?它的物理意义是什么?答:电枢反应电抗对应电枢反应磁通,这个磁通是由电枢磁动势产生的主磁通,它穿过气隙经转子铁心构成闭合回路,它反映了电枢反应磁通的大小;同步电抗对应电枢磁动势产生的总磁通(即电枢反应磁通和定子漏磁通之和),它是表征电枢反应磁场和电枢漏磁场对电枢电路作用的一个综合参数。
同步电抗的大小直接影响同步发电机的电压变化率和运行稳定性,也影响同步发电机短路电流的大小。
12.4 什么是双反应理论?为什么分析凸极同步电机时要用双反应理论?答:由于凸极同步电机的气隙不均匀,直轴处气隙小,磁阻小,交轴处气隙大,磁阻大,同样的电枢磁动势作用在不同位置时,遇到的磁阻不同,产生的电枢反应磁通不同,对应的电枢反应电抗也不同,即电枢磁动势(电枢电流)与电枢反应磁通(电枢电动势)之间不是单值函数关系,因此分析凸极同步电机时,要采用双反应理论。