当前位置：文档之家 › 6.4凸极发电机电压方程和向量图

6.4凸极发电机电压方程和向量图

  • 格式：ppt
  • 大小：1.03 MB
  • 文档页数：16

下载文档原格式

  / 16

合集下载

电机学第五版课件汤蕴璆编著 第6章3同步发电机的电压方程、相量图和等效电路

电机学第五版课件汤蕴璆编著 第6章3同步发电机的电压方程、相量图和等效电路


X

E
0

0
～
E
E

I

U
E
I Ra jI X

s




0
U

a
E E0 E

I
7
E U I R a jX


电机学
隐极同步发电机 相量图的求解方法
d

已知：U, I, φ, Ra, Xs 求：E0, δ
E
0

c





0
U
I Ra
jI X
s
I
为了确定 ψ0，画出相量图，定义一个虚拟电动势： 与E0同相



d
EQ E0 j I

X
d
d
X
q

q
jI


d
d
X
d
X
q

U I Ra j I

X
d
jI
d
X
q
jI
X

d
X
q


E
U

E
Q
0

U I Ra j I q I
：
A

0

d

q



隐
11
极
凸
极
电机学
凸极同步发电机的电枢磁场
ψ0=90°
d轴 Fad Bad1 Bad Baq1 ψ0=0° q轴

电机学第六章同步电机

电机学第六章同步电机
交流副励磁机（中频）
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构

同步发电机电压方程相量图功率方程特性

同步发电机电压方程相量图功率方程特性
中原工学院
电机学
1
6-3隐极同步发电机的电压方程、相量
图和等效电路
• 电机内磁动势、磁场和电动势（磁路线性） 电机内磁动势、 磁路线性）
激磁电动势 主极磁场
电枢反应主磁场 电枢反应电动势
中原工学院
电机学
2
电路方程
• 初级电路 一相 初级电路(一相 一相) • 初级方程 • 激磁电动势大小
– 空载特性
中原工学院
电机学
7
凸极同步发电机分析方法
• 把电枢磁动势分解为： 把电枢磁动势分解为：
– 直轴磁动势
• 产生直轴磁场
– 交轴磁动势 交轴磁动势.
• 产生交轴磁场
• 可行分析
– 直轴的磁路随转子同步旋转，相对固定， 直轴的磁路随转子同步旋转，相对固定， 磁阻不变； 磁阻不变； – 交轴的磁路也随转子同步旋转，相对固定， 交轴的磁路也随转子同步旋转，相对固定， 磁阻不变。 磁阻不变。
• 运行特性：外特性，调整 外特性，
特性， 特性，效率特性
• 外特性
– n=同步转速，If和cosφ不 同步转速， 同步转速 不 变时， 变时，发电机端电压和电 枢电流之间的关系U=f(I) 枢电流之间的关系
• 电压调整率
中原工学院
电机学
23
6-7同步发电机的运行特性
• 调整特性 调整特性:
– n=同步转速，端电压=额 同步转速，端电压 额 同步转速 定电压， 定电压，cosφ=常数时的励 常数时的励 磁电流和电枢电流之间关 系，If=f(I)
中原工学院
电机学
10
直轴电枢反应电抗和 交轴电枢反应电抗
• 不计铁耗时，Ead滞后 d90o，Eaq滞后 q90o 不计铁耗时， 滞后I 滞后I

同步电机的基本工作原理与结构

同步电机的基本工作原理与结构
机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
第二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
转子
C A
定子绕组
B
900
q轴 U轴
F f 与Fa之间夹
角为 900
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Fa N
Ff
U1
电枢反应性质：
直轴助磁电枢反应
V轴
W2
S U2
V1
W轴
第二十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
6.3.4 一般情况下的电枢反应
空枢载 电电流动势角I E,超0 前电
00 900
q轴 U轴
引进600MW汽轮发电机
第十页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产300MW汽轮发电机
第十一页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子
第十二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心
第十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
第十七页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
６.1.3 同步电机的额定值
额定容量SN 额定功率PN
指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出 的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定容 量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机 用KVA或Kvar表示。

电机学：同步电机第十三章 隐极同步发电机的电 动势相量图

电机学：同步电机第十三章 隐极同步发电机的电 动势相量图

IIE与之间的关系可用电抗参数表示。

aEa忽略磁路饱和时的电压方程式、相量图X c ——同步电抗，代表电枢电流引起的总电抗。

0aC(j j )(j )s E U I R X X U I R X =+++=++ X c ＝X s ＋X a0a (j )sE E E U I R X δ+==++13.4 凸极同步发电机的双反应理论和电动势、相量图z凸极同步发电机的双反应理论面临的问题y凸极机气隙不均匀，空间上正弦分布的电枢反应磁动势，产生的气隙磁通密度波不是正弦分布的，会发生畸变。

y同样的电枢反应磁动势，作用在不同的位置，产生的气隙磁通密度波是不同的。

凸极同步发电机的双反应理论双反应理论此方法的理论基础是叠加定理，所以不能考虑磁路的饱和作用。

y 两个磁动势作用在各自的磁路上，分别产生气隙磁通密度，感应电动势。

F a d ＝F a sin ψF a q ＝F a cos ψ直轴、交轴电枢反应电动势凸极同步发电机的双反应理论z基于双反应理论的电磁关系将电枢电流也分解为两个分量，分别产生两个磁动势分量。

I d ＝I sinψ，I q ＝I cosψ凸极发电机的电动势相量图z 电压方程式a a j d d d E I X =− a a j q q qE I X =− X a d 、X a q 分别为直、交轴电枢反应电抗。

用电抗参数表示电枢反应电动势与电枢电流的关系。

考虑：X a d 、X a q 的大小关系？X a d >X a q凸极发电机的电动势相量图z电动势相量图X d 、X q 分别为直、交轴同步电抗。

X d >X q0j j d d q qE U IR I X I X =+++ X d ＝X s ＋X a d ，X q ＝X s ＋X a q假定：U 、I 、φ已知，电阻、电抗参数已知，而且ψ角已知，相量图？问题：ψ角未知，则d、q轴无法确定、电流无法分解？j q qE U IR IX =++凸极发电机的电动势相量图φψθ−=0cos cos d d E U I R I x θψ=++第14章同步发电机的运行特性运行特性:在转速为n1恒定、负载功率因数cosϕ不变时，定子端电压U、负载电流I和励磁电流If三者之一保持为常数，其他两个量之间的函数关系。

电分课设

电分课设

银川能源学院课程设计课程名称：电力系统分析设计题目：电力系统各元件数学模型的建立学院：电力学院专业：电气工程及其自动化班级：1302班_______________________ 姓名：王俊霞学号：1310240050 成绩：指导教师：李莉、张彦迪日期：2015年12月7日——2015年12月18日摘要 (3)第1章.同步发电机数学模型及运行特性 (4)第1节同步发电机的基本概念 (4)第2节同步发电机稳态数学模型 (5)第3节同步发电机的运行范围 (11)第2章.电力线路的参数及数学模型 (14)第1节电力线路的基本结构 (14)第2节电力线路的参数 (15)第3节电力线路的数学模型 (22)第3章.电力变压器的参数与数学模型 (25)第1节理想变压器 (25)第2节实际双绕组变压器 (28)第4章电力系统负荷 (30)心得体会 (32)致谢 (33)参考文献 (34)课程设计的考核表 (35)建立了同步发电机系统的数学模型，提出了考虑多种因素影响的电机参数计算方法。

对具有P绕组的凸极同步发电机进行了实验和仿真研究，证明了数学模型的正确性；对具有P棒的隐极同步发电机系统进行了仿真研究，指出了这种系统运行性能的优越性.关键词：同步发电机数学模型运行特性等效电路功率方程Machine is established, a mathematical model of excitation synchronous generator system is put forward considering various factors influence the motor parameter calculation method. Salient pole synchronous machine with P windings, has carried on the experiment and simulation prove the validity of the mathematical model; For the non salient pole synchronous generator system with P bars has carried on the simulation research, points out the superiority of the system operation performance.Keywords: synchronous generator mathematical model running characteristic equivalent circuit power equation第1章.同步发电机数学模型及运行特性第1节同步发电机的基本概念同步电机是一种交流电机，主要用做发电机使用，也可以做电动机用，一般用于功率较大、转速不要求调节的生产机械，如大型水泵、空压机和矿井通风机等。

同步电机


㈡ 转速特性与启动步骤 当在定子绕组中通入三相交流电以后， 当在定子绕组中通入三相交流电以后，在气隙中则产生旋转磁 转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。 场。转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。 定、转子磁场之间存在较大的相对运动，转子上的平均转矩为零， 转子磁场之间存在较大的相对运动，转子上的平均转矩为零， 所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时， 所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时，我 们经常采用的是异步起动方法。 们经常采用的是异步起动方法。 异步启动法： 异步启动法：在磁极表面上装设有类似异步电机笼型导条的短路绕 称为起动绕组。在起动时， 组，称为起动绕组。在起动时，气隙旋转磁场将在转子上的起动绕 组中感应电流，电流和磁场相互作用产生电磁矩转， 组中感应电流，电流和磁场相互作用产生电磁矩转，使同步电机转 动起来（如同感应电机）。待速度上升到接近同步转速时， ）。待速度上升到接近同步转速时 动起来（如同感应电机）。待速度上升到接近同步转速时，再给转 子绕组通入直流电流，产生转子磁场， 子绕组通入直流电流，产生转子磁场，此时它和定子磁场间得到转 速已非常接近，依靠这两个磁场间相互吸引力， 速已非常接近，依靠这两个磁场间相互吸引力，使转子与定子磁场 同步旋转。所以同步电动机的起动过程可以分为两个阶段： 同步旋转。所以同步电动机的起动过程可以分为两个阶段： 首先按异步电机方式起动，使转子转速接近同步转速。 （1）首先按异步电机方式起动，使转子转速接近同步转速。 转子绕组通入直流电流，产生转子磁场，使转子牵入同步。 （2）转子绕组通入直流电流，产生转子磁场，使转子牵入同步。
大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应. 大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.

电机学讲义


具有相当强的理论性（基础性）和实践性（技术性）
内容：绪论～第六章 同步电机 考核： 出勤 15 平时 15 实验 25 期末 40 其它 5
Yanshan University
第六章
同步电机的稳态分析
同步电机的特点：稳态运行时，转子转速与电网频率之间具 有固定不变的关系，即 同步电机主要用作发电机。现代发电站中的交流发电机几乎 都是同步发电机。 也可以用在不需要调速的大型电动机和改善电力系统供电性 能的同步补偿机。 1.同步电机的基本结构、运行状态 2.空载和负载时同步发电机的磁势和磁场 3.同步发电机的基本方程、等效电路、功率和 本章 转矩方程 主要内容 4.分析同步发电机运行特性和与电网的并联 5.同步电动机和同步补偿机 Yanshan University 6.同步发电机的不对称运行
Yanshan University
Yanshan University
二、同步电机的运行状态 稳态情况下，定子产生的气 隙旋转磁场和转子绕组通过 直流产生的转子磁极之间一 直保持相对静止。 它们之间相互作用产生电磁 转矩，进行能量转换。 电动机——把电能转换为机械能
补偿机——没有有功功率的转换， 只发出或吸收无功功率 发电机——把机械能转换为电能
相量图和等效电路图
Yanshan University
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
凸极同步电机的气隙沿电枢圆周是不均匀的。因此做定量 分析时常采用双反应理论。 一、双反应理论 凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小， 两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导 要比交轴下单位面积的气隙磁导 大很多。 当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于 较 大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值 相对较大，而交轴基波磁场幅值 将明显较小。

电力系统-第9章


根据研究的时间范畴，将电压稳定分为：暂态电压稳 定、中期电压稳定和长期电压稳定。 暂态电压稳定的时间范围为0～10s，主要研究感应电 动机和HVDC的快速负荷恢复特性所引起的电压失稳， 特别是短路后电动机由于加速引起的失稳或由于网络 弱联系引起的异步电机失步的电压稳定问题。 中期电压稳定（又称扰动后或暂态后电压稳定）的时 间范畴为1～5min，包括OLTC、电压调节器及发电 机最大电流限制的作用。 长期电压稳定的时间范畴为20～30min，其主要相关 的因素为输电线过负荷时间极限、负荷恢复特性的作 用、各种控制措施（如甩负荷等）等。
TJ 为归算到功率基准值S B的发电机组的惯性时间常数（s); T 为时间（s);
当 N 时
1，则M P 当 N 时M P PT Pe
d 2 P 2 N dt TJ
不同的形式，如 当 (rad )、t ( s)、TJ ( s)时
d , dt d d 2 dt dt 2
得转子运动机械转矩方程：
d d 2 J J J M M T Me 2 dt dt 1 2
2、 同步发电机组的基本方程式（用电气量表示的 发电机组运动方程） p 发电机转 i 机械角度→电角度 p 子轴线 电角度θ 电角速度ω 极对数p
V1 G
V1
T1
L
T2
V2
jX d
jX T 1
jX L jX L
P+jQ jX T 2
I
V1
V2
功角特性： P V1V2 sin 12 X
其中：V1、V2为送端和受端发电机电动势 1 X X d XT1 X L XT 2 2 12为V1与V2间的相角差

同步发电机的电动势方程式和相量图解读

第6章 同步发电机的运行原理
➢ 第1节 同步发电机的主磁通 ➢ 第2节 同步发电 机的电动势方程式和相量图 ➢ 第3节 同步发电机的运行特性
※第6章第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图 ※
第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图
➢ 一、隐极同步发电机 ➢ 二、凸极同步发电机
1、电磁过程 2、电动势方程式 3、等值电路和相量图
U
E0 U Ira jIxt
※第6章第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图 ※
E0 Ea E U Ira Ea jIxa 电枢反应电抗 E jIx 漏电抗 E0 U Ira jIxa jIx
U Ira jI(xa x )
同步电抗 xt xa x
3、等值电路和相量图
※第6章第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图 ※
E0
jId xd jIq xq
U
I
Iq
Id
小结：
第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图 难点：电磁过程 重点：1、电动势方程式 2、等值电路和相量图
※第6章第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图 ※
jxt
~ E0
I
U
jIxt
E0
U
I
tg Ixt U sin U cos
※第6章第2节 同步发电机的电动势方程式和相量图 ※
E0 (U cos)2 (Ixt U sin)2
二、 凸极同步发电机
d
1、电磁过程
q
直轴
I
Id
Fa d
Байду номын сангаас
ad
Ead jId xad
交轴 Iq Faq aq
Eaq jIq xaq E jIx
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

二、凸极同步发电机的电压方程和相量图 1.电磁过程(不计磁饱和时)
2.电压方程

采用发电机惯例，电枢的电压方程为
有 Id=IsinΨ0，Iq=IcosΨ0
Xad称为直轴电枢反应电抗； Xaq称为交轴电枢反应电抗
I Id Iq
Xd和Xq分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗，它们是 表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反应的 一个综合参数。

凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导
例题

解 : 以端电压作为参考相量
虚拟电动势为

即δ角为19．44°，于是

电枢电流的直轴、交轴分量和激磁电动势 分别为
2.直轴和交轴电枢反应
当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于λd较大，故在一定 大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值Bad1相对较大。当同样大小 的磁动势作用在交轴上时，由于λq较小，在极间区域，交轴电枢磁 场出现明显下凹，相对来讲，基波幅值Baq1将显著减小
３. 分解成直轴和交轴两个分量
•一般情况下，若电枢磁动势既不在直轴、亦不在交轴 而是在空间任意位置处，可把电枢磁动势分解成直轴和 交轴两个分量，再用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算 出直轴和交轴电枢反应，最后把它们的效果叠加起来 .
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
一、双反应理论 考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电 枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理 的方法，就称为双反应理论。
１. 气隙的比磁导
•凸极同步电机极面下气隙较小，两极之间气隙较大， 故直轴下单位面积的气隙磁导λd (λd＝μ0／δd) 要比交轴 下单位面积的气隙磁导λq (λq＝μ0／δq) 大很多。
3.相量图
4.虚拟电动势 先确定Ψ0角,故引入拟电动势 在方程 左右两边同时 有:
EQ
EQ E0 jI d ( X d X q )
EQ
δ
凸极同步发电机的等效电路图
Xq

Rs
I

U
三、直轴和交轴同步电抗的意义

由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的 磁导成正比，所以 如图6-22所示。对于凸极电机，由于直轴下 的气隙较交轴下小， ad > aq，所以Xad>Xaq， 因此在凸极同步电机中，Xd>Xq。对于隐极 电机，由于气隙是均匀的，故Xd≈Xq≈Xs