2同步发电机的数学模型

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1、同步发电机的数学模型MathematicModelofSynchronousMachine第14讲问题1、同步发电机的重要性如何？2、同步发电机有几个部分组成？3、如何对同步发电机进行简化与等值？4、什么是“理想电机”？5、同步发电机由多少个绕组组成，有多少未知数？如何建立绕组电压方程和磁链方程？6、同步机各绕组的自感、互感有什么特点？1、同步发电机的重要性•同步发电机的应用前景－我国电能90％以上来自同步发电机；－新能源发电与同步发电机的未来；－在今后50年，主要的电能仍将来源于同步发电机。•同步发电机的分析是电力系统分析的基础我国电力工业和电力科学将持续发展：–2004年发

2、电量(1.4万亿kWh）和装机（3.5亿kW）都占世界第二；–人均占有仅3./13=0.27kW，世界70-80位，属电力穷国（2002年）；–20年奔小康，小康：人均1kW电力总装机达13亿kW；49年全国装机180万kW；今后每年平均投运2～2.5千万kW？；同步发电机仍将是电能的主要生产者！新能源发电及新发电技术核能：今后10年，核能发电逐步占20％－同步发电机风力发电：异步发电机、交流励磁发电机等－大力发展（小）太阳能发电：太阳能电池，变流器直流变交流（小）燃料电池发电：变流器直流变交流（小）燃汽轮机发电：分布式发电，发电机转速上万转（小）在今后50年，主要的电能仍将来

3、源于同步发电机；如三峡水电站寿命至少50年以上。新疆达坂12.75MW风力田－风力发电厂火电单机200-600-1000MW！西藏改则县25kW太阳能电站国家大能源规划：西北沙漠全部用太阳能电池板覆盖，电力远距离送东南！浙江江夏3.2MW潮汐电厂长江三峡水电枢纽总装机容量？同步发电机是电力系统分析的基础－内功•电力系统最复杂的元件之一；•电磁暂态过程左右了电力系统的电磁暂态过程；•同步发电机建模方法非常重要连续系统建模－同步发电机建模是经典电机学里采用什么建模？电力电子开关系统建模－开关函数建模•电机工程的大师都必须在电机理论方面有很深的造诣。电机工程的大师都在电机理论方面有极

4、深的造诣•顾毓琇提出过前进后退分量法（文理大师）•章名涛说过“电机是人类智慧的精华”，国际上率先采用拉普拉斯变换求解电机的短路电流•高景德电机过渡过程理论的大专家••••2、同步发电机的结构与等值•同步发电机的结构•同步发电机的简化等值山西神头2号发电厂－2×50万千瓦汽轮机及同步发电机外观同步发电机的定子及绕组同步水轮发电机的转子同步汽轮发电机的转子同步发电机的简化等值图定子气隙转子同步发电机的FLASH.SWF定子上3个等效绕组b相绕组a相绕组c相绕组转子上3个等效绕组Q轴等效的阻尼绕组励磁绕组d轴等效的阻尼绕组同步发电机简化为：定子3个绕组、转子3个绕组、气隙、定子铁心、

5、转子铁心组成的6绕组电磁系统。3、“理想电机”假设d轴1、定子abc三相绕组结构完全相同，旋转对称，空间相隔120度电q轴120度角度；2、转子结构相对于d轴120度及q轴完全对称；3、定子、转子铁心同轴120度且表面光滑（忽略定、转子上的齿槽），忽略齿谐波；4、定子、转子绕组电流产生的磁动势在气隙中是基波正弦分布的，忽略高次谐波；q5、磁路是线性的，无饱和，无磁滞和涡流损耗，忽略集肤效应。磁动势零点F(q)=FsinqM“理想电机”假设的精度问题•“理想电机”模型对电力系统的暂态与动态分析已经足够精确，能满足电力系统分析的需要。•涉及到发电机内部的过程，如定转子绕组匝间短路的

6、分析，需要采用时变电磁场的分析方法。4、同步发电机的详细数学模型•磁链与电流、电压的参考正方向；•绕组的电压方程；•绕组的磁链方程；•定子绕组的自感；•定子绕组之间的互感；•转子绕组的自感；•转子绕组之间的互感；•定子、转子绕组之间的互感磁链与电流、电压的参考正方向1、设转子逆时针旋转为旋转正方向；2、定子三相绕组磁链-+ya，yb，yc的正方向与a、b、c三轴正方向一致;3、定子三相绕组端电压的极性与相电流正方向按发电机惯例来定义，即正值电流ia从端电压ua的正极流出发电机，b、c相类似。定子绕组的正电流产生负的磁链！！定子绕组电流、电压的正方向，磁链的正方向定义yiRi＋+

7、uu—－定子绕组正电流产生负磁链！4、设q轴沿转子旋转方向领先d轴90度电角度；5、d轴上的励磁绕组f、阻尼绕组D的磁链正方向与d轴的正方向一致；6、q轴上阻尼绕组Q的磁链正方向与q轴的正方向一致；7、f、D、Q三绕组的正电流产生的磁链为正；8、励磁绕组电流if由端电压uf的正极流入励磁绕组。转子绕组电流、电压的正方向，磁链的正方向定义yiRi＋+uuM—－转子绕组正电流产生正磁链！绕组的电压方程－6个定子绕组电压方程y3个定子绕组电压、电流、磁链的正方向如右图Ri+dy(t)uu(t)=-