第四章 同步电机分析.pptx

4-1：同步电机的对称稳态运行 4-2：同步电机的三相短路 4-3：同步电机的异步运行 4-4：同步电机稳定性简介 4-5：计算机仿真;4-1：同步电机的对称稳态运行;稳态时，变换后的电压和电流都为常数：直流;稳态时定子电压方程;空载稳态;负载稳态;稳态功率;稳态运行的图解法;整理后得;若写成向量的形式：;根据上式可画出矢量图;4-2：同步发电机的三相短路;4-2.1 空载电压的建立;由于这时id=iq=0,所以有：;求上式的拉式反变换即得ud和uq;同样，对于q轴;ud和uq中各有一个按T’d0和一个按T”d0衰减的电压分量。;4-2.2 三相突然短路电流;一、空载突然短路后的电枢电流; 不计励磁调节器的作用，在短路时uf=const。在求i’d和i’q时，应令uf= 0。因此由;定子电阻较电抗小得多，可略去r2s；这样;将Δ(p)、Ld(p)和Lq(p) 代入，并略去定子电阻; 假定短路瞬间，转子d轴与定子a轴间的夹角为ψ，则相电流：;二、空载突然短路后的转子电流;由此可以求得：;三、短路电流分析;空载稳定运行时功率角δ=0，所以iq=0，q轴各绕组磁链为0，d轴各绕组的磁链为一恒定的值； 假定短路后保持同步速，故各绕组保持图示相对位置； 在短路瞬间，各绕组为遵守磁链守恒定律，有保持各自磁链不变的趋势； 短路时，电枢回路阻抗降低，电流增大，d轴电枢反应磁链增大。;在短路瞬间，为保持各自的磁链守恒：;四、负载突然短路后电流;短路电流波形;4-2.3 三相突然短路转矩;单向转矩：;转矩的求解：;根据Id(p)和Iq(p)的表达式得;将φd、 φq和id、iq的表达式代入Tem计算公式得;考虑定子电阻时的单向转矩;于是电磁转矩;拉氏反变换后，代入电磁转矩表达式得;考虑定子电阻时的单向转矩;当计及转子的不对称时，还将出现由转子基频电流产生的副序磁场，与定子倍频电流产生的相对于定子以2ω速旋转的磁场相互作用而产生的单向转矩。根据前面的分析和短路电流式中的相关分量的幅值，这个单向转矩分量可以写成：;考虑转子电阻时的单向转矩;4-2.4 瞬变电势与超瞬变电势;一、直轴瞬变电势E’q;二、直轴超瞬变电势E”q;三、交轴超瞬变电势E”d;四、应用;对于有阻尼绕组同步电机; 由负载短路后电流的表达式得短路电流id非周期分量的初始值为; 短路电流id中的周期分量是为了保证电流不突变而产生的。短路瞬间非周期电流的初始值和短路前的稳态电流分别为：;对于q轴短路电流;4-3：同步电机的异步运行;4-3.1 120坐标下同步电机方程;120坐标下的定子电压方程;120坐标下的定子磁链方程;120坐标下的功率与电磁转矩;4-3.2 同步电机的异步稳态运行; 这样定子电流中有以下频率分量的电流：f1，(1-s)f1和(1-2s)f1。定子a相电流可以写成如下形式：;则定子a相电流可写成;同样定子三相对称电压可写成;磁链方程;将电流式代入，并注意到稳态异步运行和假定θ=ωt:;将磁链和电流表达式代入电压方程得：;比较两式两边具有相同指数的各项并将磁链表达式代入得：; 在求得各频率分量的电流后代入i1和i2的表达式和磁链Φ1和Φ2的表达式，在利用电磁转矩的表达式：;异步稳态运行时的转矩分量;4-3.3 同步电动机的异步启动;异步启动过程的似稳态分析; 在解析分析中只能采用似稳态分析法，且作适当的简化。具体分析过程参见课本。;4-4：同步电机的稳定性简介;静态稳定与动态稳定;静态稳定的分析方法;动态稳定的分析方法;4-4：同步电机的计算机仿真;4.4-1似稳态分析所采用的方程：;方程中零序分量与其他各量无偶合，可分离出来。写成分块矩阵的形式得：;式中dq0坐标系下的定子电压通过坐标变换获得; 解电磁子系统方程后，通过磁链方程可以求得dqo坐标系下各绕组的磁链：;机械子系统方程：;仿真过程示意图：;4.4-2动态分析所采用的方程：;上述方程是一组刚性非线性方程。动态分析过程如下：;4.4-3 水轮发电机输入转矩阶跃;ia;4.4-4 汽轮发电机端部三相短路;ia;整个过程中，转矩-功角特性如下图：;4.4-5 汽轮发电机端部a相对中性点短路;ia;4.4-6 总结