最新-05第5章同步电机-PPT精品课件.ppt
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1、第5章 同步电机海南风光同步电机 第5章 同步电机5.2 5.2 空载和负载时同步发动机的磁场空载和负载时同步发动机的磁场5.3 5.3 同步发动机的基本方程式和相量图同步发动机的基本方程式和相量图5.4 5.4 同步发动机的并联运行同步发动机的并联运行5.5 5.5 同步发动机参数测定同步发动机参数测定5.6 5.6 同步发电机运行特性同步发电机运行特性5.7 5.7 同步电动机同步电动机5.1 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理第5章 同步电机5.1 5.1 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理 一、基本类型:一、基本类型:1 1、按用途分:发电机
2、、电动机、调相机(补偿机)、按用途分:发电机、电动机、调相机(补偿机)2 2、按转子结构分:凸极式、隐极式、按转子结构分:凸极式、隐极式3 3、按原动机类型(发电机)分:汽轮发电机、水轮发电机、按原动机类型(发电机)分:汽轮发电机、水轮发电机第5章 同步电机二、同步电机的基本结构二、同步电机的基本结构第5章 同步电机1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 (1)定子铁心)定子铁心第5章 同步电机(2 2)定子绕组)定子绕组第5章 同步电机(3 3)转子)转子第5章 同步电机2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机第5
3、章 同步电机(3)(3)转子结构转子结构10000kw10000kw水轮机转子水轮机转子第5章 同步电机 同步补偿机实际是一台接在交流电网上空载的同步电动机,同步补偿机实际是一台接在交流电网上空载的同步电动机,电机不带任何机械负载,靠调节转子中的励磁电流向电网发出所电机不带任何机械负载,靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率,以达到改善电网功率因数或者调节需的感性或者容性无功功率,以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目。电网电压的目。三、同步电机的用途三、同步电机的用途 同步电机主要用作发电机运行,把机械能转化成电能。向电网同步电机主要用作发电机运行,把机械能转化成电能
4、。向电网发出交流电,是同步电机最主要的运行方式发出交流电,是同步电机最主要的运行方式 同步电动机可以通过调节励磁电流来改善电网的功率因数。在同步电动机可以通过调节励磁电流来改善电网的功率因数。在不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用第5章 同步电机四、额定值四、额定值 1、额定功率(kW)输出的额定功率 发电机:电功率;电动机:机械功率2 2、额定电压(V):定子绕组额定线电压3 3、额定电流(A):定子绕组额定线
5、电流4 4、额定转速(r/min):额定运行时的转子转速 5 5、额定功率因数Cos:额定工况下发电机的功率因数6、励磁电压(V)和励磁电流(A)第5章 同步电机5.2 5.2 空载和负载时同步发动机的磁场空载和负载时同步发动机的磁场一、空载运行一、空载运行同步电机的空载磁路同步电机的空载磁路0 f第5章 同步电机 空载运行时,同步电机内仅有由励磁电流所建立空载运行时,同步电机内仅有由励磁电流所建立 的主极磁场。的主极磁场。前图表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可前图表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见,主极磁通分成主磁通见,主极磁通分成主磁通0和漏磁通和漏磁通f两部分,前者通两
6、部分,前者通过气隙并与定子绕组相交链,后者不通过气隙,仅与励磁过气隙并与定子绕组相交链,后者不通过气隙,仅与励磁绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。第5章 同步电机 当转子以同步转速旋转时,主磁场将在气隙中形当转子以同步转速旋转时,主磁场将在气隙中形成一个旋转磁场,在定子绕组内感应出对称三相电动成一个旋转磁场,在定子绕组内感应出对称三相电动势(激磁电动势)势(激磁电动势)0000000001201200EEEEEECBA第5章 同步电机二、对称负载时的电枢反应
7、二、对称负载时的电枢反应 负载时,电枢磁通势的基波在气隙中使气隙磁通的大负载时,电枢磁通势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应。电枢反应小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应。电枢反应的性质的性质(增磁、去磁或交磁增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明,此相对位置取决于激磁电动空间的相对位置。分析表明,此相对位置取决于激磁电动势势E0和负载电流和负载电流I之间的相角差之间的相角差(称为内功率因数角称为内功率因数角)。afffaFFFFIFI第5章 同步电机励磁磁势和电枢磁势的区别励磁磁势和电枢磁势的区别基
8、波基波波形波形大小大小位置位置转速转速励磁磁励磁磁势势正弦正弦波波恒定,由励磁恒定,由励磁电流决定电流决定由转子位由转子位置决定置决定由原动机的由原动机的转速决定转速决定电枢反电枢反应磁势应磁势正弦正弦波波恒定,由电枢恒定,由电枢电流决定电流决定由电流瞬由电流瞬时值决定时值决定由电流的由电流的f和和P决定决定下面分成四种情况来分析电枢反应的性质下面分成四种情况来分析电枢反应的性质第5章 同步电机直轴(纵轴、d 轴):主磁极轴线位置。交轴(横轴、q 轴):与直轴成 900电角度的位置。相轴:每相绕组的轴线位置。时轴:时间相量在其上投影可得瞬时值 三个角:三个角:四个轴:四个轴:j j j j Y
9、 YY Y :.:)(;,:;,:00三者关系三者关系的时间相位角的时间相位角与与是是功角功角功率角功率角与负载有关与负载有关的时间相位角的时间相位角与与是是外功率因数角外功率因数角与电机参数及负载有关与电机参数及负载有关的时间相位角的时间相位角与与是是内功率因数角内功率因数角UEIUIE第5章 同步电机 1、内功率因数角、内功率因数角=00 BI.AI.CI.AE0.时轴时轴CE0.B0.E+90+900 0FFad轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNS 交轴电枢反应交轴电枢反应第5章 同步电机 2、内功率因数角、内功率因数角=900时轴时轴AE0.CE0.BE0.AI.C
10、I.BI.d轴轴q 轴轴 A轴轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应Fa第5章 同步电机 3、内功率因数角、内功率因数角=-900时轴时轴AE0.CE0.BE0.CI.BI.AI.d轴轴q轴轴 A轴轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴助磁电枢反应直轴助磁电枢反应Fa第5章 同步电机 4、内功率因数角、内功率因数角00900 时轴时轴AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d轴轴q轴轴 A轴轴A AX XZ ZB BCYFfNS既有交轴又有直轴去磁电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0Fa第5章 同步电机凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁
11、导凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导adF)(adad )()(aqaq adF)(直轴电枢磁导直轴电枢磁导交轴电枢磁导交轴电枢磁导第5章 同步电机当当角为不同值的电枢反应角为不同值的电枢反应 位置位置夹角夹角记作记作电枢反电枢反应性质应性质对电机的影响对电机的影响=负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴+90+900 0交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴+90+900 0直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=-90=-900 0d d轴轴+90+900 0直、助直、助增强增强不变不变上升上升C C0 00 090900
12、 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 0000 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直助交、直助增强增强下降下降上升上升R R、C CaFafFFaFaqFadFadFaqFadFadFaqFFj第5章 同步电机 电枢磁势和电枢电流分量电枢磁势和电枢电流分量 YYYYcoscossinsinIIFFIIFFIIIFFFqaaqdaadqdaqada交轴分量直轴分量第5章 同步电机三、电枢反应和机三、电枢反应和机电能量转换电能量转换1、有功电流产生电磁力,并形成电磁转矩、有功电流产生电磁力,并形成电磁转矩 当忽略电机
13、本身参数当忽略电机本身参数,=00,有功电流产生电磁力有功电流产生电磁力,并形成电磁转矩并形成电磁转矩Tem。n1TemaqII第5章 同步电机=900,无功电流产生电磁力无功电流产生电磁力,不形成电磁转矩不形成电磁转矩 adIIn1nadIfAZBXCYNS2、无功电流产生电磁力,不形成电磁转矩、无功电流产生电磁力,不形成电磁转矩第5章 同步电机1、凸极发电机的电磁过程、凸极发电机的电磁过程fIfF00EIqIdIadFaqFadaqadEaqEEEarI5.3 同步发电机的基本方程式和向量图同步发电机的基本方程式和向量图一、凸极同步发电机一、凸极同步发电机第5章 同步电机2、凸极发电机的电
14、势方程式、凸极发电机的电势方程式addadxI jEaqqaqxI jExI jEqqddaxIjxIjIrUE0其中其中:xxxxxxxxxqdaqqadd并且有称为交轴同步电抗称为直轴同步电抗第5章 同步电机3、凸极发电机的相量图和等效电路、凸极发电机的相量图和等效电路已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数ra、xd、xq 。已知内功率因数角已知内功率因数角按照电势方程式的关系作出相量图按照电势方程式的关系作出相量图未知内功率因数角未知内功率因数角1)利用方程式求出)利用方程式求出:2)利用公式求出)利用公式求出:qaQxI jIrUEjj
15、cossinarctanUIrUIxaqY第5章 同步电机凸极同步发电机的向量图(凸极同步发电机的向量图(已知内功率因数角已知内功率因数角)0 qI 0 E j j UdI qdXI j IaRI ddXI j 第5章 同步电机jjcossinarctanUIrUIxaqY)(EE0QqddXXI j引入虚拟电动势引入虚拟电动势 ,使,使 可得可得角的确定:角的确定:QEqaqddqqddaXI jRIUXXI jXI jXI jRIU)()EQ(0 EQE qI)(qddXXI j qXI j aRI dI Ij j U QE第5章 同步电机凸极同步发电机的等效电路图凸极同步发电机的等效电路
16、图 QEaR I UqX第5章 同步电机1、隐极发电机的电磁过程、隐极发电机的电磁过程fIfF00EIaFaEEEaaRIaaxI jExI jE二、隐极同步发电机隐极同步发电机第5章 同步电机2、隐极发电机的电势方程式、隐极发电机的电势方程式taxIjIrUE0其中xxxxxxatat并且有称为同步电抗同步电抗的物理意义同步电抗的物理意义:表征地对称负载下单位电表征地对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势组中感应电势txIjUE0简化方程式第5章 同步电机3、隐极发电机的等效电路、隐极发电机的等效电路raxt0EIU只
17、要去掉 ra 即可得到简化等效电路第5章 同步电机4、隐极发电机的相量图、隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cos及参数及参数ra、xtUIarItxI j0E当功率因数当功率因数cos 滞后时的滞后时的相量图相量图第5章 同步电机5.4 同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行 1、提高供电的可靠性、提高供电的可靠性 2、提高供电的经济性、提高供电的经济性 3、提高电能、提高电能 的质量(主要是的质量(主要是U和和f)无穷大电网:无穷大电网:1)S 2)ZS 0 3)US=C 4)fS=C一、并联运行的优点一、并联运行的优点第5章
18、同步电机二、并联运行的条件和方法二、并联运行的条件和方法 条件:条件:1.电压大小相位相同电压大小相位相同 2.频率相同频率相同 3.电压波形相同电压波形相同 4.相序相同相序相同 方法方法 1.准同期法准同期法 2.自同期法自同期法第5章 同步电机 三、条件不满足时对电机的影响三、条件不满足时对电机的影响 电机和电网之间有环流,定子绕组端部受力变形。产生拍振电流和电压,引起电机内功率振荡。电机和电网之间有高次谐波环流,增加损耗,温度升高,效率降低。电网和电机之间存在巨大的电位差而产生无法消除的环流,危害电机安全运行。第5章 同步电机输入输入功率功率P1机械损机械损耗耗pmec附加损附加损耗耗
19、pad铁损铁损pFe电磁功电磁功率率Pem定子铜损定子铜损pcu1输出功输出功率率P2emcuemadFemecemPPPPPPPPPPP12011)(四、有功功率四、有功功率第5章 同步电机1、有功功率功角特性、有功功率功角特性定义:并联于无穷大电网的同步发电机,当电并联于无穷大电网的同步发电机,当电网电压和频率恒定、参数(网电压和频率恒定、参数(xd、xq、xt)为常数、空载电势为常数、空载电势E0不变(即不变(即 If 不变)不变)时,时,Pem=f()为有功功率功角特性为有功功率功角特性。第5章 同步电机凸极电机的有功功率功角特性凸极电机的有功功率功角特性:j2sin112sincos
20、202dqdemxxUmxUEmmUIPP隐极电机的有功功率功角特性:隐极电机的有功功率功角特性:jsincos0temxUEmmUIP第5章 同步电机功率极限值功率极限值(隐极隐极)temxUEmP0max0900PemPemmax1800发电机有功功率功角特性曲线发电机有功功率功角特性曲线Pem18000900Pemmax凸极凸极第5章 同步电机两种电机功角特性的区别0180)390)2sin)1:0max0ememememPPPP隐极0)40180)390)2sin)1:0max0附加不成正比与凸极emememememPPPPP第5章 同步电机2、功角、功角的双重物理意义的双重物理意义a
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