电力系统各元件的数学模型.pptx

电气工程基础—系统篇2013-2014-2任课教师：褚晓东Email：mailto:chuxd@sdu.edu.cnchuxd@sdu.edu.cnTel.:(office)力系统模型：物理系统的数学抽象电力系统模型：物理系统的数学抽象第2章 电力系统各元件的数学模型同步发电机变压器输电线路负荷NS电流的磁效应任何通有电流的导线，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应；非磁性金属通以电流，可产生磁场，其效果与磁铁建立的磁场相同 直线电流的磁场 环形电流的磁场 采用右手定则（安培定则）判断磁场方向螺线管电流的磁场电磁感应原理实验一：闭合导体回路与磁棒之间有相对运动时，可引起电磁感应现象实验二：闭合导体回路和载流线圈间有相对运动时，亦可引起电磁感应现象实验三：闭合导体回路中有电流强度可改变的载流线圈时，同样可引起电磁感应现象实验四：闭合导体回路和载流线圈间相对静止，但磁铁棒相对于它们运动，也可引起电磁感应现象。实验五：闭合导体回路在均匀磁场中运动，也能够引起电磁感应现象总结五个典型实验，可得如下结论：不管什么原因使穿过闭合导体回路所包围面积内的磁通量发生变化，回路中都会出现电流，这种电流称为感应电流在磁通量增加和减少的两种情况下，回路中感应电流的流向相反感应电流的大小则取决于穿过回路中的磁通量变化快慢：变化越快，感应电流越大；反之，就越小电磁感应原理感应电动势 当闭合导体回路所包围面积的磁通量变化时，此回路中就出现感应电流，这意味着该回路中必定存在电动势，这种直接由电磁感应现象所引起的电动势叫做感应电动势在任何电磁感应现象中，只要穿过回路的磁通量变化，回路中就一定有感应电动势产生若导体回路是闭合的，感应电动势就会在回路中产生感应电流；若导线回路不是闭合的，回路中仍然有感应电动势，但是不会形成电流 电磁感应原理法拉第电磁感应定律 通过回路中的磁通量发生变化时，在回路中产生的感应电动势的大小与磁通量随时间的变化率成正比楞次定律 闭合回路中感应电流的磁场总是反抗回路中磁通量的变化电磁问题分析：电磁场 — 电路 + 磁路2.1 同步发电机的数学模型同步电机的基本构造型式磁极旋转式：以电枢为定子，磁极为转子电枢旋转式：以磁极为定子，电枢为转子，应用于小容量同步电机2.1 同步发电机的数学模型磁极旋转式同步电机定子：又称为电枢，定子的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相交流绕组转子：转子铁心上装有成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场，也称主磁场气隙：处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能具有重要影响2.1 同步发电机的数学模型隐极式（磁极旋转式）同步电机转子上没有凸出的磁极，沿着转子圆周表面有许多槽，槽中嵌放着励磁绕组在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区 在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度很高，为了减小转子本体及 转子上各部件所承受的离心力，大型汽轮发电机的转子通常为细长的隐极式圆柱体2.1 同步发电机的数学模型凸极式（磁极旋转式）同步电机转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极出现一定的极性，相邻磁极交替为 N 极和 S 极由于水轮发电机机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式结构工艺上较为简单2.1 同步发电机的数学模型电枢反应 电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场称为电枢反应 磁动势是电流流过导体所产生磁通量的势力，反映了电流的磁效应 电枢磁动势是由电枢电流所产生的 如果电枢绕组开路（不闭合），是否有电枢反应？2.1.1 同步发电机稳态运行的数学模型隐极机的电压方程：定子绕组的电压方程不考虑磁饱和，隐极机负载运行时各物理量之间的关系：=-+-+=EFIEjIXEEI(rjX)Uaaasaaqa2.1.1 同步发电机稳态运行的数学模型采用发电机惯例，以输出作为电枢电流的正方向时，电枢电压方程为： (2-1) 电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢（定子）电流I，即 在时间相位上， 滞后于 以90°电角度，若不计定子铁耗， 与 同相位，则 将滞后于 以90°电角度，所以 可写成负电抗压降的形式，即 (2-2)μFμμ=+++=++EUIrjIXjIXUIrjIXsqad2.1.1 同步发电机稳态运行的数学模型 将式(2-2)代入式(2-1)，可得 式中，Xd(= Xσ+Xa)称为隐极机的同步电抗，是表征电枢漏