第十五章 三相同步发电机的运行原理ppt课件.ppt

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1、第十五章三相同步发电机的运行原理本章分析同步发电机空载和对称负载运行时的运行原理，通过电磁过程分析推导同步发电机负载运行时的基本方程式、相量图和等效电路。1第一节三相同步发电机空载运行一.空载磁场运行时的电磁过程空载运行：同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕组通入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况。2空载磁场主磁路(0的路径)主极铁心→气隙→电枢齿→电枢磁轭→电枢齿→气隙→另一主极铁心→转子磁轭。此时气隙中的磁场仅有直流励磁电流产生的励磁磁场，称为空载磁场或主磁场。3漏磁通除基

2、波主磁通以外的磁通统称为漏磁通(leakageflux)f，漏磁通的路径主要是气隙和非磁性材料。主漏磁通的区别基波主磁通0通过气隙与定、转子交链，随着转子同步速旋转，在定子绕组中感应三相励磁电动势E0，从而实现定、转子间的机电能量转换；漏磁通f只与转子绕组交链，不参与定、转子间能量转换。4同步发电机空载运行的电磁关系为建立空载磁场的励磁磁动势Ff的大小和空间分布与电机的结构有关。5励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响,气隙磁密呈现出波动变化。用谐波分析法可求出其基波分量。合理地选择大齿的宽度可

3、以使气隙磁密的分布接近正弦波。如无特殊说明，以后仅考虑磁通密度的基波分量。隐极同步电机的空载磁势6对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分布不均匀，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波和一系列谐波。凸极同步电机的空载磁势励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波7感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关。在设计和制造电机

4、时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。8二．空载特性1.空载特性E0=f(If)或E0=f(Ff)空载感应电势的大小与频率n1基波电动势：E0=4.44fNkW1Φ00：磁极的每极基波磁通。N：每相定子绕组串联匝数。E09当转子以恒定转速n1旋转时，1.空载特性E0=f(If)或E0=f(Ff)所以空载特性E0=f(If)与0=f(Ff)[B=f(H)]具有类似的变化规律。10图15-4同步发电机的空载特性()c1d0当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有

5、饱和，空载特性呈直线。随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，空载曲线开始进入饱和段。铁磁饱和后，空载电动势增加一点，励磁磁动势增加很多。If(Ff)11电机额定运行于曲线刚好弯曲处：充分利用材料；不会过分饱和。abc1ngd0If(Ff)Ff0F将空载特性曲线的直线部分延长气隙线，它表示气隙磁动势F与励磁电动势E0间的关系。12电机磁路的饱和系数()abc12ngd0Ff0FIf(Ff)UNE'0E'0为气隙线上的电压。普通同步电机的ks的取值范围约在1.1～1.25之间。表明磁路饱和后，由励磁磁动势Ff1建立

6、的基波主磁通和感应的基波电动势都降为未饱和值的1/ks，或者说所需磁动势是未饱和时的ks倍（即Ff1=ksF）。132.空载运行时空相矢图由于同步发电机的励磁磁场是以同步转速1（n1）在空间旋转，与由其在定子绕组中产生的以频率1交变的正弦基波主磁通及其感应的正弦基波电动势在时间上呈同步变化，因此，可以将它们画在同一时间空间相量矢量图上，以简化分析。142.空载运行时空相矢图四种轴直轴（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

7、投影可得瞬时值15q轴A轴AXZBCYFfNSd轴1时轴1q轴时轴相轴d轴16图15-5空载运行时空矢量图17空载特性的工程应用①将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节困难如饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且铁心利用率较低，铁心耗材较多②结合短路特性可以求取同步电机的参数。③发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。必须掌握（*）18三、对空载电势

8、的要求①三相对称。②频率恒定。③波形接近正弦。④有一定幅值。19根据GB755-2000《电机基本技术要求》规定，电压波形正弦性畸变率可按下式算出:式中u1为基波电压有效值，也可用线电压的有效值来代替，un为n次谐波电压有效值。对于额定功率在300kVA以上的发电机，Ku要求不超过5%，对于额定功率在10~300kVA的发电机，Ku要求不超过10%。20第二节三相同步电机