电机与控制教学课件 第4章 同步电机.pptVIP

图4-7汽轮发电机主极磁动势的分布 2.凸极同步发电机的电压方程和相量图 不计磁饱和时，根据双反应理论，把电枢磁动势Fa分解成直轴磁动势Fad和交轴磁动势Faq，分别求出其所产生的直轴、交轴电枢磁通Φ·ad、Φ·aq和电枢绕组中相应的电动势E·ad、E·aq，再与主磁通所产生的激磁电动势E·0相量相加，便得一相绕组的合成电动势E·（通常称为气隙电动势）。上述关系可表示为 再从气隙电动势中减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得电枢的端电压U·，采用发电机状态，电枢的电压方程为E·0+E·ad+E·aq－I·（Ra+jXσ)=U·（4-9） 与隐极电机相类似，由于Ead和Eaq分别正比于相应的Φad、Φaq，不计磁饱和时，Φ·ad和Φ·aq又分别正比于Fad、Faq，而Fad、Faq又正比于电枢电流的直轴和交轴分量Id、Iq，于是可得Ead∝Id，Eaq∝Iq 这里Id=Isinφ0，Iq=Icosφ0；在时间相位上，不计定子铁损时，E·ad和E·aq分别滞后I·d、I·q于90°电角度，所以E·ad和Eaq可以用相应的负电抗压降来表示，即E·ad=－jI·dXad，E·aq=－jI·qXaq（4-10）; 式中Xad——直轴电枢反应电抗；Xaq——交轴电枢反应电抗。 将式（4-10）代入式（4-9），并考虑到I·=I·d+I·q，可得 E·0=U·+I ·Ra+jI·Xσ+jI·dXad+jI·qXaq=U·+I·Ra+jI·d（Xσ+Xad)+jI·q（Xσ+Xaq) =U·+I·Ra+jI·Xd+jI·qXq（4-11）式中Xd——直轴同步电抗；Xq——交轴同步电抗。 Xd、Xq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。式（4-11）就是凸极同步发电机的电压方程。图4-8表示与式（4-11）相对应的相量图。 要画出如图4-8所示相量图，除需给定端电压U·，负载电流I·，功率因数角cosφ以及电机的参数Ra、Xd和Xq之外，必须先把电枢电流分解成直轴和交轴两个分量，为此需先确定φ0角。引入虚拟电动势E·Q，使E·Q=E·0－jI·d（Xd－Xq)，可得 E·Q=（U·+I·Ra+jI·dXd+jI·qXq)－jI·d（Xd－Xq)=U·+I·Ra+jI·Xq（4-12） 因为相量I·d与E·0相垂直，故jI·d（Xd－Xq)必与E·0同相位，因此E·Q与E·0也是同相位，如图4-9所示，电压U·沿着I·和垂直于I·的方向分成Usinφ和Ucosφ两个分量，可得到φ0=arctanUsinφ+IXqUcosφ+IRa（4-13） 引入虚拟电动势E·Q后，由式（4-13）可得凸极同步发电机的等效电路，如图4-10所示。此电路在计算凸极同步电机的运行问题时常常用到。 图4-8凸极同步发电机的相量图 图4-9φ0角的确定 图4-10凸极同步发电机的等效电路 任务3 同步发电机的运行 阶段1 同步发电机的运行特性 当同步发电机保持同步转速旋转，并假定功率因数cosφ不变，则发电机3个相互影响的量U、I和If中的一个不变，其他两者之间的关系就确定了同步发电机的5种基本特性，即空载特性、短路特性、零功率因数负载特性、外特性和调整特性。前3条特性主要用于确定同步发电机的稳态参数和磁路饱和情况，后两条特性主要表示发电机运行特性的基本数据。本阶段主要介绍空载特性、短路特性、外特性和调整特性。 通常特性中的物理量均用标么值表示，其值的规定与其他类型电机相同，励磁电流基值采用空载为额定电压时的励磁电流If0。 标么值是短路电流计算中的概念，指选定一个基准容量和基准电枢、将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值，称为标么值（英文为perunit）。 1.空载特性 空载特性是在发电机的转速保持为同步转速（n=n1）、电枢开路（I=0）的情况下，空载电压（U0=E0）与励磁电流If的关系曲线U0=f（If)。 通过前面章节的学习可知，空载特性曲线本质上就是电机的磁化曲线。用实验测定空载特性时，由于磁滞现象，当励磁电流If从零改变到某一最大值，再由此值减小到零时，将得到上升和下降的两条曲线，一般采用从U0≈1.3UN开始直至If=0的下降曲线，如图4-11所示。图中If=0时的电动势为剩磁电动势。延长曲线与横轴相交，交点的横坐标绝对值Δif0作为校正量。 在所有实验励磁电流数据上