第13章-多电机拖动系统-25页文档资料
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电分第13章_电力系统的有功功率平衡和频率调整
（2）求负荷增加5%时的系统稳态频率；
K G*
f KG N PG N
K
i 1
n
Gi* GiN
P
f
PD 0* 0.05 fN 50 0.196Hz K* 12.742
PGN
（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受
的负荷增量
kr P K* kr KG* KD* GN P DN
KG* 0.5 0 0.25 0 0.25 25 6.25
kr 1 1.026 0.5 0.25 0.25 (1 0.1)
K* 1.026 6.25 1.5 7.912
P
（3）若允许频率降低0.2Hz，
系统能够承受的负荷增量；
PGN kr PDN PG1 1.0 PDN
PD0* K*f* 12.742 0.2 / 50 5.097%
电力系统的有功功率平衡和频率调整—电力系统的频率调整
频率的一次调整—Ex13-3 某电力系统中，一半机组的容 量已经完全利用，其余25%为 火电厂，无备用容量，单位调 节功率为16.6；25%为水电厂， 有10%备用容量，单位调节功 率为25；系统有功负荷的频率 （1）求系统单位调节功率
(i 1, 2,..., n)
f KG N PG N
P
PG PGi KGi f KG f KG*
单台等值机组和系统负荷的一次调频
KGi* PGiN G*
i 1
n
PGN
PGN
P
i 1
n
GiN
i*
( f ) PD PD
1.026PDN
0.03165PDN
K G*
f KG N PG N
K
i 1
n
Gi* GiN
P
f
PD 0* 0.05 fN 50 0.196Hz K* 12.742
PGN
（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受
的负荷增量
kr P K* kr KG* KD* GN P DN
KG* 0.5 0 0.25 0 0.25 25 6.25
kr 1 1.026 0.5 0.25 0.25 (1 0.1)
K* 1.026 6.25 1.5 7.912
P
（3）若允许频率降低0.2Hz，
系统能够承受的负荷增量；
PGN kr PDN PG1 1.0 PDN
PD0* K*f* 12.742 0.2 / 50 5.097%
电力系统的有功功率平衡和频率调整—电力系统的频率调整
频率的一次调整—Ex13-3 某电力系统中，一半机组的容 量已经完全利用，其余25%为 火电厂，无备用容量，单位调 节功率为16.6；25%为水电厂， 有10%备用容量，单位调节功 率为25；系统有功负荷的频率 （1）求系统单位调节功率
(i 1, 2,..., n)
f KG N PG N
P
PG PGi KGi f KG f KG*
单台等值机组和系统负荷的一次调频
KGi* PGiN G*
i 1
n
PGN
PGN
P
i 1
n
GiN
i*
( f ) PD PD
1.026PDN
0.03165PDN
第13章同步电机基本电磁关系
+A
Y C
A
X
Ff 1
Ff 1
3 2
+A
A
n1
z 00
B
2
0
2
B0
+A
A
Y
C +A
+A
X
N
+A
Ff 1
0 6 3
5 6
11 6
S
Ff 1
3
z
00 B
B0
4 定子相绕组的感应电动势、时间相量
气隙磁密旋转切割定子三相绕组，定子绕组感 应随时间正弦变化的电动势，用时间相量来表示。 由于空间坐标选A相绕组轴线+A为参考轴，所以时 间相量也分析A相。 +A
2
(A)
（2） 转速：和转子转速一样为同步速； （3） 转向：和转子转向一致；
（4） 极对数：和转子磁极的极对数相同。
结论：
定子绕组的基波电枢磁动势和转子的基波励磁 磁动势，它们的转速、转向、极对数均相同，彼此 之间相对静止，因此两者的合成磁动势将是一个同 样转向、转速、极对数的旋转磁动势，由它们合成 在电机中产生气隙磁场。
2)
900（落后），cos 0 的情况
Fa 与 Ff 1 相差 1800 ， Fa对 Ff 1起去磁作用， 此时的 叫直轴去磁电枢反应磁动势。 Fa
直轴去磁电枢反应使合成磁 动势 F 比 Ff 1 减小，气隙 磁密比空载时减小，感应电 动势相应减小， F 与 Ff 1 同 相位，即 θ 00
2
基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的作用
电机带负载后， I 0 ，由于所带负载性质 不同，使 E0 和 I 之间相位角Ψ不同，电枢反应 的性质也不同。 设 t 0 时，转子S极中心 在空间坐标轴超前 90 0 的位置， 即 0 900 的位置。
数控机床第13章 其他辅助装置
14
2．执行机构部分
• （1）液压缸。液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种 把液体的压力能转变为直线往复运动机械能的装置。它可 以很方便地获得直线往复运动和很大的输出力，结构简单、 工作可靠，制造容易，因此应用广泛，是液压系统中最常 用的执行元件。液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、 柱塞缸和摆动缸三类，活塞缸和柱塞缸用以实现直线运动， 输出推力和速度；摆动缸（或称摆动马达）用以实现小于 360°的转动，输出转矩和角速度。
2021/1/20
16
4．辅件部分
• 液压辅助元件包括过滤器、油箱、管道及管接头、密封件 等。这些元件，从在液压系统中的作用看，仅起辅助作用， 但从保证完成液压系统的任务看，它们是非常重要的。它 们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命影响极大，必 须给予足够的重视。除油箱常需自行设计外，其余的辅助 元件已标准化和系列化，皆为标准件，但应注意合理选用。 是系统中除上述三部分以外的所有其他元件，如油箱，压 力表、滤油器、管路、管接头、加热器和冷却器等。
用液压系统传动功率大、效率高、运行安全可靠的优点。 该加工中心主要实现链式刀库的刀链驱动、上下移动的主 轴箱的配重、刀具的安装和主轴高低速的转换等辅助动作 的完成。图13-6所示为VP1050加工中心的液压系统工作 原理图。整个液压系统采用变量叶片泵为系统提供压力油， 并在泵后设置止回阀2用于减小系统断电或其他故障造成 的液压泵压力突降而对系统的影响，避免机械部件的冲击 损坏。压力开关 YK1 用以检测液压系统的状态，如压力 达到预定值，则发出液压系统压力正常的信号，该信号作 为CNC系统开启后PLC高级报警程序自检的首要检测对象， 如YK1无信号，PLC自检发出报警信号，整个数控系统的 动作将全部停止。
• 数控机床的超程限位保护一般有硬限位和软限位 两种双重保护。硬限位靠行程开关碰撞机械撞块 后，自动切断进给驱动电源，为可靠起见，通常 在硬限位前又设定了软限位。其尺寸距离可通过 修改系统参数来设定，软限位需要在机床回参考 点后才起作用。
异步电机1-异步电机的基本理论
I1
r1
x1
U1
E1
m1, N1, kw1, f1
I2 sx20 r2 E2 m2 , N2 , kw2 , f2
17
二、什么是异步电动机的频率折算？
✓异步电动机转子的频率为 f2=s f1为了统一电路，必须先统一频率。 ✓转子堵转时s =1，f2 = f1 。 ✓用一个不动的转子代替一个 转差率为 s 的实际旋转转子，就可以统一频率。 ✓ 折算的方法是：将异步电动机的转子电阻增加到 r2/s 。 ✓ 转子电阻的增加量为 r2/s － r2 = (1-s)r2 / s 。 ✓ 这一电阻称为附加电阻。分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机的机械功率。
x20
r2
P1 U1
rm
PM
1s s r2
P
P2
xm
P1 m1U1I1 cos 1 PM P1 pCu1 pFe pCu2 m1I22r2
PCu1 m1r1I12
PFe
m1rm
I
2 m
m1
I
2 2
r2 s
P
m1I22 1 s s r2
P2 P p p
22
二、异步电动机的功率平衡方程是怎样的？
P1 m1U1I1 cos 1 PM P1 pCu1 pFe pCu2 m1I22r2
解： （1）从负载转速判断，其定子旋转磁场的转速为1500r/min,其极数为：
（2）转差率：
2 p 2 60 f 4 n1
s n1 n 0.0267 n1
（3）工作电流估算: ( cosj = 0.8 , cosNN
11
13－3 异步电动机电势平衡
I1L
I2 ki
16
第十三章-同步电机的基本原理PPT课件
E a滞后 a9于 0 0 E a滞后 I9于 0 0
E a 可写成负电抗压降的形式：
Ea jIxa
x a 是对应电枢反应磁通的电抗，
称为电枢反应电抗。
x a 是一相的电抗值，在物理
意义上它综合反应了三相对称电流
产生的电枢反应磁场 B对a 于一相的
影响。
x a 的计算推导如下： 247页
Fa
1.35N1Kdp1 p
是线性叠加的关系。
F
可见：在饱和时：F E0E0 不饱和时： F E0E0
不考虑饱和时磁动势叠加、磁通叠加
转子磁极磁场 I f Ff 1 0 E0
电枢系统电流 I Fa
F
a Ea
E
合成气隙磁动势： F E
1、负载时不考虑饱和磁动势叠加
合成气隙磁动势： F Ff Fa
磁通叠加：
0a
2、电动势叠加
注意：电路中还存在同步电抗
xC
R
E 0
I
00 900 RL
1）三相对称电阻负载
00 900 F Ff1
F
F f 1
电枢反应为去磁
E 0
Fa
I
2）三相对称纯电容性负载；
xC
R
E 0
I
x xc x
2）三相对称纯电容性负载；
E 0
x xc
F
F f 1 Fa I
900
Fa 为直轴助磁磁动势
能从电流、电动势、磁动势等时间矢量间 的相位关系，直接求得电枢磁动势和励磁磁 动势等空间矢量间的相位关系。
由此可见，时—空矢量图是分析交流电机 的一个重要工具，必须很好地掌握。
例题：在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁？
第十三章-电力系统的有功功率平衡和频率调整
编辑版pppt
5
P
第一种
第二种
第三种
t
编辑版pppt
6
§13-2 电力系统的频率特性
一 系统负荷的有功功率－频率静态特性
有功负荷随频率的变化特性称为负 荷的频率特性，稳态下称静态频率特性。
编辑版pppt
7
综合负荷与频率的关系：
2
3
P D a 0P D N a 1 P DfN fN a 2P D N ffN a 3P D N ffN
12
1. 调速系统的工作原理 2. (离心式机械液压调速系统)
编辑版pppt
13
编辑版pppt
14
摆转速变慢，弹簧拉紧，B点下降到B点(A
点不动)，o下降到 o E
E
动F
F
通，油动机活塞上移，进汽(水)阀门开大，
发电机转速增加，A
A o o点，
由于A
A
B
B点，
B
来的值。
这就是频率的一次调整，为有差调节， 频率不能回到原来的值。
编辑版pppt
15
为使转速仍能维持原来转速，在外 界信号的作用下，同步器动作，令D点上 移，这时由于E点不动，使得F点下降， 错油门打开，油动机动作，再次抬高活 塞，开大进汽门，可使转速回到初始值。 这就是频率的二次调整。
编辑版pppt
16
2. 发电机组的有功功率－频率静态特性
由以上分析可见，PD↑， P↑G，f↓低于 初始值，反之 ↓P，D ↓，PG f↑高于初始值。
i
i
所以 n 台机组的等值单位调节功率为
KG
i
KGi
i
KGi*
PGiN fN
KG*
【学习】第13章_电力系统的有功功率平衡及频率调整
n
n台机组的等值
P G P G i K G ifK G f
i1
i1
单位调节功率
标么值形式：
n
n
KG KGi KG*i
i1
i1
PGiN fN
n
KG* KG*iPGiN/PGN i1
*1/KG*PGN/ n PGiN
i1 i*
结论： 1.若某台机组已经没有调节容量，则取i*=, KGi＝0； 2.调差系数越小的机组增加的有功出力(相对于本身的额定值 )就越多； 3.系统的单位调节功愈大，频率就愈稳定。
电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源充 足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的能力，则能保 证频率在合理的范围之内。反之，则将出现较大的频率偏移。
实际负荷曲线
频率二次调整负荷分量 频率一次调整负荷分量
按最优化原则在各发电厂 进行分配的负荷分量
13.2 电力系统的频率特性
一、系统负荷的有功功率－频率静态特性 系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性。 1.负荷的分类： 与频率无关：照明、电炉、整流； 与频率一次方成正比：球磨机、切削机床，卷扬机； 与频率二次方成正比：铁损(涡流)； 与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水泵； 与频率四次方成正比：阻力很大的水泵； 注：主要成份为前二种，在额定值附近为一直线。 2.负荷功率与频率的关系：
A
频率为f2。这种由发电机特性和
PD F
负荷调节效应共同承担系统负荷
变化使系统运行在另一频率的频 0 率调整称为频率的一次调整。
f2 f1
f
频率一次调整的结果：
发电机有功功率增加了P2-P1，负荷调节效应使负荷少吸收有 功功率为P3-P2，系统频率降低到f2。
电力系统分析第13章
第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
13.1 概述
2,电力系统有功功率控制的必要性 B 提高电力系统运行的经济性 当系统频率在额定值附近时, 当系统频率在额定值附近时,虽然频率 满足要求, 满足要求 , 但没有说明哪些机组参与并联 运行, 运行 , 并联运行的机组各应该发多少有功 功率. 功率 . 电力系统有功功率控制的任务之一 就是要解决这个问题. 这就是电力系统经 就是要解决这个问题 . 济调度问题. 济调度问题.
第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
13.1 概述
3,本章的主要内容 ① 为什么P和f联系起来 ② 有功功率平衡 ③ 调频原理 ④ 调频方法和措施
第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
13.2 有功功率和频率
1,基本概念 电力系统的频率由发电机的转速 决定,相联系统只有一个频率, 决定,相联系统只有一个频率, 是一个全局问题,与电压不同. 是一个全局问题,与电压不同.
G1 L1
c
L2 G2
O
Pபைடு நூலகம்1
PL2 PL3
P
第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
13.4 电力系统频率调整
1,电力系统频率的一次调整
当系统负荷增加, 当系统负荷增加,综合负荷 特性为L2时 特性为 时,发电机调速 系统的设定值不变, 系统的设定值不变,等效发 电机特性仍然为G1, 系统运 电机特性仍然为 行在b点 系统频率为f2. 行在 点,系统频率为 . 这种由发电机特性和负荷调 节效应共同承担系统负荷变 化使系统运行在另一频率的 频率调整称为频率的一次调 整. f a f1 f2 b
PG2
PG
第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
电机学 第13章 同步电机的基本电磁关系
240
2）定子三相对称绕组产生的 电枢磁动势
基波电枢磁动势的特点： •性质：圆形旋转磁动势
A
Y
C
+A
B
n
Z
X
0
+A
N1 I •幅值： Fa 1.35 kdp1 p
•转向：沿通电相序A、B、C的方向 与转子转向一致
0 n
F f1
F
F a
60 f 60 pn n •转速：n1 p p 60 与转子转速相同
if
F f1
F a
F
B
三相对称电动势
三相对称电流
、E 、E E A B C
、I 、I I A B C
电枢磁动势的存在使得负载时的气隙磁场与空载时有所不
同，直接影响电枢绕组的电动势和端电压。 电枢反应：电枢磁动势对励磁磁动势的影响。
1.磁动势分析 1）转子绕组产生的励磁磁动势
A
Y
1
2
A
N
C
1
2
X
3
3
4
S
4
B
1 Ff N f i f 2
每极基波励磁磁动势的幅值为
Z
0
f
A
F f 1 k f Ff
通过实际总槽数 Q2 与沿转子 表面开的等距槽的总槽数 Q2 的比值 查表可得 k f 。
90
n
34
0
90
4 3 2 1
90电 滞后空间矢量 F •在时空相-矢量图中，时间相量 E f1 0 角度，是由于+A与+j轴重合造成的，这一关系也没有实际
第13章 磁耦合电路
第13章 磁耦合电感电路
13-1 互感 13-2 含有耦合电感电路的计算 13-3 变压器原理 13-4 理想变压器
首页
13-1 互感
耦合电感元件属于多端元件，在实际电路中， 如收音机、电视机中的中周线圈、振荡线圈，整 流电源里使用的变压器等都是耦合电感元件，熟 悉这类多端元件的特性，掌握包含这类多端元件 的电路问题的分析方法是非常必要的。
R1i1
L1
di1 dt
(100 t
0 V
150)V
0 t 1s 1s t 2s
2s t
返回 上页 下页
13-2 含有耦合电感电路的计算
dt
M
d i2
dt
L2
d i2 dt
在正弦交流电路中，其相量形式的方程为
U
1
j L1I1
j MI2
U 2 jMI1 j L2I2
返回 上页 下页
注意
两线圈的自感磁通链和互感磁通链方向一致， 互感电压取正，否则取负。表明互感电压的正、 负： （1）与电流的参考方向有关。 （2）与线圈的相对位置和绕向有关。
i1 M i2
+* *+ u_1 L1 L2 _u2解u1L1
di1 dt
M
di2 dt
u2
M
di1 dt
L2
di2 dt
i1 M i2
+*
+
u_1 L1
L2 *
_u2
u1
L1
di1 dt
M
di2 dt
u2
－M
di1 dt
－
L2
di2 dt
返回 上页 下页
已例知1R-21 已10知 , L1 5H , L2 2 H , M 1H, 求 u (t )和 u 2 (t )。
13-1 互感 13-2 含有耦合电感电路的计算 13-3 变压器原理 13-4 理想变压器
首页
13-1 互感
耦合电感元件属于多端元件，在实际电路中， 如收音机、电视机中的中周线圈、振荡线圈，整 流电源里使用的变压器等都是耦合电感元件，熟 悉这类多端元件的特性，掌握包含这类多端元件 的电路问题的分析方法是非常必要的。
R1i1
L1
di1 dt
(100 t
0 V
150)V
0 t 1s 1s t 2s
2s t
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13-2 含有耦合电感电路的计算
dt
M
d i2
dt
L2
d i2 dt
在正弦交流电路中，其相量形式的方程为
U
1
j L1I1
j MI2
U 2 jMI1 j L2I2
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注意
两线圈的自感磁通链和互感磁通链方向一致， 互感电压取正，否则取负。表明互感电压的正、 负： （1）与电流的参考方向有关。 （2）与线圈的相对位置和绕向有关。
i1 M i2
+* *+ u_1 L1 L2 _u2解u1L1
di1 dt
M
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M
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i1 M i2
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u1
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di1 dt
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返回 上页 下页
已例知1R-21 已10知 , L1 5H , L2 2 H , M 1H, 求 u (t )和 u 2 (t )。
13第十三章电力系统的有功功率
为什么要进行频率调整？
如果频率 1．影响用户电动机转速和输出功率， 偏差较大 影响电子设备的精确工作。
2．影响汽轮机的效率，损坏汽轮机叶 片；影响电厂动力设备出力，减小有 功输出，导致频率进一步下降。 3．增大异步电动机与变压器无功损耗， 导致系统电压水平下降。 负荷曲线分解：
P P
P
对第一种变化负荷Ｐ1引起的频率偏移：（负荷波动，随机） 频率的一次调整——调速器调整，只能实现有差调整。 对第二种变化负荷Ｐ2引起的频率偏移： （冲击负荷，随机） 有功功率负荷的变化 频率的二次调整——调速器和调频器共同参与调整。可以做到无差调节。
f
调速器增发功率
负荷少吸收功率
PD0 PG0 PG PD PG0 KGf KDf
PG PG
PD0 PG0 (KG KD )f K f
PG0
若ΔPG0 ＝ΔPD0 ，则 Δf =0 ，可以实现无差调节。
否则将出现频率偏差。
调频器增发功率
PD PD
负荷
f
投入负荷
PD0
填空举例:
如图系统， 已知1*=4% ，2*=5%， PG1N=PG2N=100MW ， PG1=PG2=70MW。 当 PD0=20MW时，要求两台机组平均分担负 荷。问哪台机组应该进行二次调频_____。
K Kr KG KD
13-3 电力系统的频率调整
一、频率的一次调整
n台装有调速器的机组并联运行，等值机的单位调节功率为
式中
n
KG KGi
i 1
n
K Gi PGiN
KG i1 PGN
及
1 KG
n
各发电机标么值基准容量归算到发电机总容量
PGN PGiN
电机与拖动基础电子教案——第四篇第十三章 同步发电机的运行原理
在这里需要注意的是：我们习惯上称转
子磁极轴线为直轴，用d来进行表示，而
N，S极之间的中线为交轴，用q来进行
表示。所以，由于交轴磁势的存在，使
合成磁势的轴线的位置产生一定的位移，
幅值发生一定的变化。
13.1.2
.
Ia
滞后
.
E0
90电角度（ψ=90
°）时
的电枢反应 ：
见相量图：
显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电 枢反应是去磁效果。
.
.
E aq j I d X aq
和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应 电抗各和定子漏抗相加，便可以得到直 轴同步电抗和交轴同步电抗，即
X d X ad X
X q X aq X
注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻
小， 于气
所以 隙很
大X，ad
较大。在交轴 磁阻大，所以
磁路
X aq
很显然，由于直轴处的气隙比交轴处小， 故直轴磁导比交轴磁导大。这样，同样大 小的电枢磁动势作用在直轴和交轴上时， 所产生的电枢磁场将有明显的差别。而不 同的磁阻将对应着不同的电抗。
所以，在这里，我们将磁动势 Fa 分解成沿
直轴和交轴方向的两个分量。
Fad Fa sin
Faq Fa cos
直轴电枢磁势固定地作用在直轴磁路上，
电枢反应。这个结论十分重要，它对发 电机性能的影响将在后面几章提到。
13.2 同步电抗的概念
同步电抗是同步电机中一个极为重要的参 数，它的大小对同步电机的性能有很大 影响，因此在未具体研究同步电机性能 以前，先对同步电抗的概念作一介绍。
13.2.1 隐极同步电机：
隐极同步电机有一个特点就是定转子之间 的气隙是均匀分布的。下面我们就来分 析他的电抗。
第13章 同步发电机的并联运行(2 功角特性)
•凸磁机阻极功直率轴和关交键轴： 位置的磁阻先作不出同E，0的方向
电枢磁密矢量Ba与 磁势磁势Fa不重合
P E0U sin U 2 xd xq sin 2
xd
2xd xq
电动机
发电机
例13-2
• 注意：对应最大功率的功角
根据极值条件：dPM 0
d 计算出： 70 90
与隐极电机进行比较
(1) 不饱和的空载电动势E0； (2) 功角δ； (3) 电磁功率PM； (4) 过载能力kM。
关键：作出相量图
作业
思考题13-2 什么是同步电机的功角特性？在推导功角特 性时应用了些什么假定？δ角的时间、空间物理意义是 什么？
13-3 区别清楚同步电机作为发电机运行时和作为电动机 运行时的输入功率、电磁功率和输出功率。
E0
U0
E0 U Ira jIxs
三、隐极同步发电机的功角特性
• 相量图
功角
内功率因数角
功率因数角
δ θΨ
I
E0
IZ s
ρ
jIxs
U Ira
3.1 功率关系式 E0 P UI cos UI
PM UI cos I 2ra E0I cos E0I
设U U0，则E0 E0
θ
tg 1 ra ，则
第十三章
同步发电机在大容量电网上运行
1. 并联运行 2. 功角特性 3. 有功功率调节 4. 无功功率调节 5. 同步电机的其他运行方式
三、隐极同步发电机的功角特性
• 功率流程图 • 等效电路 • 相量图
pcu2
电磁功率PM与励磁系统的情况有关。
三、隐极同步发电机的功角特性
• 等效电路
ra
第十三章同步发电机的并联运行同步电动机
第十三章同步发电机的并联运行同步电动机第十三章同步发电机的并联运行同步电动机概念题13-1 比较变压器并联运行和同步发电机运行的条件的异同点变压器并联运行的条件是各台变压器的联机组相同，额定电压和变比相等。
要是变压器之间合理分配负载，还要求各变压器应有相同的短路电流标么值。
同步发电机和大电网并联运行的条件是发电机和电网的电压有效值相等，相位相同，频率相同和相序一致。
因为同步发电机的励磁可以调节，各台发电机并联运行时端电压相等，但空载电动势可以不同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配，同步发电机的电抗有不同数值时仍可并联运行，这是和变压器要求有相同的短路阻抗，是不同的。
13-2 什么是同步发电机的功角特性？再推导功角特性时用什么假定？功角θ的时间和空间物理意义是什么？功角特性是电磁功率与功角的关系。
推导功角特性时，略去电枢电阻。
功角θ是电动势Eo和电压U之间的时间和相位差，如忽略漏阻抗压降，θ是产生电动势Eo的转子主磁通Φ0和产生Eδ=U的合成磁通之间的空间相位差。
表示转子旋转磁场和气隙合成旋转磁场之间的相对位置。
功角的大小和电磁的功率成正比。
功角数值的正负，决定同步发电机的运行状态。
13-3 为什么隐极同步发电机和凸极发电机的功角特性表达式不同？隐极同步发电机空气隙均匀，气隙磁阻为常数。
功角特性P=======.功角θ=90时，输出功率最大。
凸极同步发电机空气隙不均匀，直轴范围磁阻小，交轴范围磁阻大，因为交直轴的磁阻不相等产生附加电磁功率称为磁阻功率。
功角特性P=======。
由式可见磁阻功率仅与电网电压U有关，只要Xd=Xq，θ≠0，就会产生磁阻功率。
凸极发电机的基本电磁功率在θ=90时最大，磁阻功率在θ=45时最大，总的电磁功率最大值将出现在45~90之间。
13-4 和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，输出无功功率的大小是否改变？和大电网并联的同步发电机，输出有功功率不变，改变励磁电流的大小，则无功功率的大小要改变，过历时发电机输出的感性无功功率，欠励时发电机输出容性无功功率。
电机原理及拖动 彭鸿才 演示 PDF
电机原理及拖动
2.转动部分
(1)电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢 片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁
心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损 耗,从而提高电机的效率.电枢铁心一方面作 为电机磁路的一部分,另一方面便于将电枢 绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢 绕组的作用. (2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以 实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝 缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心 的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避 之间的槽绝缘.
极身 极掌
绕组起支撑作用,且使磁通在气
线圈
隙中有较好的分布波形.
电机原理及拖动
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
(3)机座:一般把厚钢板弯成圆筒形,然后再焊成机座,也可采 用铸钢件.其作用一方面是作为各磁极间的磁路,故 又称为磁轭,另一方面机座作为电机的机械支架,主 磁极和换向极就固定在磁轭上.
分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤. 空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的 磁场.
一、电机的磁化曲线
主磁通(通过气隙进入电枢)
激磁磁势所产生的磁通 漏磁通(不经过电枢)
漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它
存 在却增加了磁极和磁轭的饱和程度. 主磁通是实现机电能量转换所必需的.
b
N
b2
b1
a
N
b2
b1
电机原理及拖动
基本原理: 由于导体切割了磁力线,因而在导体内将产生
感应电动势.根据右手定则,N导体中电势方向为 ;而S 导体中电势方向为 ;即二者方向相反.
N导体和S导体在交换(a和b位置),但是,b 1和b2极 性是恒定的,即b1恒为正,b2恒为负,故在电刷两端输出 脉动的直流电压.
2.转动部分
(1)电枢铁心:电枢铁心由0.5毫米厚且冲有齿和槽的硅钢 片迭成.铁心钢片沿轴向迭装,以降低电枢铁
心在磁场中旋转时所产生的磁滞和涡流损 耗,从而提高电机的效率.电枢铁心一方面作 为电机磁路的一部分,另一方面便于将电枢 绕组安装在电枢铁心的槽内,起着固定电枢 绕组的作用. (2)电枢绕组:电枢绕组是电机产生感应电势和电磁转矩以 实现机电能量转换的重要部件.绕组是由绝 缘的圆形或矩形铜线绕成,嵌放于电枢铁心 的槽中.必须采用层间绝缘和绕组与铁心槽避 之间的槽绝缘.
极身 极掌
绕组起支撑作用,且使磁通在气
线圈
隙中有较好的分布波形.
电机原理及拖动
(2)换向极:它位于相邻两主磁极之间,构造与主磁极相似,其 作用是为了消除在运行过程中换向器产生的火花.
(3)机座:一般把厚钢板弯成圆筒形,然后再焊成机座,也可采 用铸钢件.其作用一方面是作为各磁极间的磁路,故 又称为磁轭,另一方面机座作为电机的机械支架,主 磁极和换向极就固定在磁轭上.
分析电机磁场是分析电机运行状态的必要步骤. 空载磁场:电枢无电流时的磁场.它是电机中最基本的 磁场.
一、电机的磁化曲线
主磁通(通过气隙进入电枢)
激磁磁势所产生的磁通 漏磁通(不经过电枢)
漏磁通不能在电枢中产生电势也不产生电磁转矩,但它
存 在却增加了磁极和磁轭的饱和程度. 主磁通是实现机电能量转换所必需的.
b
N
b2
b1
a
N
b2
b1
电机原理及拖动
基本原理: 由于导体切割了磁力线,因而在导体内将产生
感应电动势.根据右手定则,N导体中电势方向为 ;而S 导体中电势方向为 ;即二者方向相反.
N导体和S导体在交换(a和b位置),但是,b 1和b2极 性是恒定的,即b1恒为正,b2恒为负,故在电刷两端输出 脉动的直流电压.
机电系统动力学分析与控制
附件 6．机械科学与工程学院国际一流水平研究生课程简介(中英文各一份 )课程名称：机电系统动力学分析与控制课程代码：课程类型：□一级学科基础课■二级学科基础课□其它：考核方式：考试教学方式：讲授适用专业：机械工程适用层次：■ 硕士□ 博士开课学期：秋季总学时： 32 学分： 2先修课程要求：高等数学、理论力学课程组教师姓名职称专业年龄学术方向陈学东教授机械电子工程49 机电系统动力学与控制曾理湛副教授机械电子工程39 机电系统动力学与控制姜伟讲师机械电子工程33 机电系统动力学与控制课程负责教师教育经历及学术成就简介：自 2009 年 1 月至今，教育部长江学者特聘教授，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师。
自 2006 年 1 月至 2008 年 12 月，华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，常务副主任、教授、博士生指导教师、校特聘教授。
自 2001 年 4 月至 2005 年 12 月，华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心，副主任、教授、博士生指导教师。
自 1997 年 10 月至 2001 年 3 月，日本国立佐贺大学留学，获得工学博士学位。
自 1989 年 7 月至 1997 年 9 月，武汉工业大学机械系，助教、讲师、副教授。
自 1986 年 9 月至 1989 年 6 月，武汉工业大学机械系，硕士研究生，获工学硕士学位。
自 1984 年 9 月至 1986 年 8 月，武汉工业大学机械系，团总支书记、学生辅导员。
自 1980 年 9 月至 1984 年 7 月，武汉工业大学机械系，本科生，获得工学学士学位。
近年来，面向国家重大需求和装备制造业发展的核心技术，主持国家重点基础研究发展规划项目（ 973 计划）课题、国家863 计划项目、国家科技重大专项项目、国家自然科学基金项目等近10 项，并完成了一批企业委托项目。
围绕超精密运动机构振动的产生、传递和控制开展了系统深入的研究。
第13章-带传动
r
F1
2.离心力产生的拉应力
带在微弧段上产生的离心力：
dNc dm a (rd )q r2
(rd )q v2
r qv2d N
F2
dl dNc
r
dα 潘存云教授研制
q为带每米长的质量，kg/m，查表13-1；
v为带速，m/s。
F1
离心力 dNc在微弧段两端会产生拉力 Fc。
由力平衡条件得：2Fc sin
缺点：
1）传动外廓尺寸大，结构不够紧凑； 2）带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴
力，使轴和轴承受力较大； 3）带与带轮之间存在一定的弹性滑动，不能保证
恒定的传动比； 4) 带的寿命较短，需要经常更换； 5) 传动精度和传动效率较低。 6）不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。
六、带传动的应用
由材料力学公式得
d
1 ρ
M EI
My EyI
σb Ey
,
潘存云教授研制
12 ρ d
2yE σb d
y为带的中心层到最外层的垂直距离，mm； E为带的弹性模量，MPa； d为带轮的基准直径，mm。
V带轮的 基准圆
弯曲应力与带轮直径成反比，为了避免弯曲应力过 大，带轮直径不得小于最小值。
表13-9 V带轮的最小直径
的拉力，称为初拉力F0。
当传动带传动时，由于带与带轮接 触面之间摩擦力的作用，带两边的 拉力不再相等，如图所示。
一边被拉紧，拉力由F0增大到F1， 称为紧边； 一边被放松，拉力由F0减少到F2， 称为松边。
设环形带的总长度不变，则紧边拉 力的增加量F1-F0应等于松边拉力的 减少量F0-F2。
F1-F0=F0-F2
d
2
F1
2.离心力产生的拉应力
带在微弧段上产生的离心力：
dNc dm a (rd )q r2
(rd )q v2
r qv2d N
F2
dl dNc
r
dα 潘存云教授研制
q为带每米长的质量，kg/m，查表13-1；
v为带速，m/s。
F1
离心力 dNc在微弧段两端会产生拉力 Fc。
由力平衡条件得：2Fc sin
缺点：
1）传动外廓尺寸大，结构不够紧凑； 2）带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴
力，使轴和轴承受力较大； 3）带与带轮之间存在一定的弹性滑动，不能保证
恒定的传动比； 4) 带的寿命较短，需要经常更换； 5) 传动精度和传动效率较低。 6）不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。
六、带传动的应用
由材料力学公式得
d
1 ρ
M EI
My EyI
σb Ey
,
潘存云教授研制
12 ρ d
2yE σb d
y为带的中心层到最外层的垂直距离，mm； E为带的弹性模量，MPa； d为带轮的基准直径，mm。
V带轮的 基准圆
弯曲应力与带轮直径成反比，为了避免弯曲应力过 大，带轮直径不得小于最小值。
表13-9 V带轮的最小直径
的拉力，称为初拉力F0。
当传动带传动时，由于带与带轮接 触面之间摩擦力的作用，带两边的 拉力不再相等，如图所示。
一边被拉紧，拉力由F0增大到F1， 称为紧边； 一边被放松，拉力由F0减少到F2， 称为松边。
设环形带的总长度不变，则紧边拉 力的增加量F1-F0应等于松边拉力的 减少量F0-F2。
F1-F0=F0-F2
d
2
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BM2的转子电动势。
1cos X2ssin
1cos X2ssin
T1 T
R2 2
T2 T
R2 2
T1<0,T2>0： P175
电轴系统中的平衡作用决定于两辅机转矩之差，我们把这个转矩差
称为平衡转矩 （辅机顺磁场旋转时 ）
TT1T2TXR22ssin
11
（三）电轴系统的起动
平衡电流为
I2E 2 2 Z2E 2 s2E 2 (R N 2 sjE X 2N 2es)j
1cosX2ssin
辅机BM1中电流的有功分量
I2a1R2s2E2N XR222s2
R2 2
辅机BM1的转矩
T1
1cos
T
X2s R2
2
sin
式中 T (2 T m a x)/(s/sm sm /s)
1和2分别为两台 电动机的特性
特性1：Ra1 特性2：Ra2
Ra1>Ra1
特性3：合成特性
T Z1T Z/2,T Z2T Z/2
负载分配不均解决方法：可在电枢电阻较小或磁通较大的电
动机的电枢或励磁回路里串联电阻来调节。
3
当电源电压允许较高时，采用两台电动机的电枢串联，也可使负 载在两台电动机间的分配均匀。因为当两个电枢串联联结时，两 台电动机通过的电流相同，如果两台电动机的磁通相等，负载在 两台电动机间自然均匀分配了。
第十三章 多电动机拖动系统
第一节 硬轴联结的双电动机拖动系统
两台电动机的硬轴联结是指两台电动机同轴联结或通过传动机 构联系起来，两者共同带动一台生产机械（或工作机构）。
双电动机拖动系统中的两台电动机可以是异步电动机，也可 以是他励或串励直流电动机；一般是两台功率相等、型号相同的 电动机，有时也可能是两台功率不等、转速不同的电动机。
辅机BM2的转矩
1cos X2ssin
T2 T
R2 2
辅机BM1工作如一台电动机， 它产生与其定子旋转磁场同向 的正值转矩（T1为正值），从 而减轻了主机M1的负载。
辅机BM2工作如一发电机， 它由轴上与转子电路分别吸 取机械功率与电功率，并由 定子将电功率向电网输出。
辅机转矩的相对值对于位差角的特性曲10线
辅机BM2的转矩
1cos X2ssin
T2 T
R2 2
可见，在某一位差角θ及转差率s下，两辅机的转矩是不相等的。
当辅机转子顺磁场旋转时，T1总是正值，而T2则可能是负值。
9
辅机BM1的转矩
T1
1cos X2ssin
T
R2
2
式中 T (2 T m a x)/(s/sm sm /s)
U1CenIaRa1 U2Ce nIaRa2
依据 n1 n2 T1 T 2 ，可作出工作点c
Ra1 Ra2 U1 U 2
两电枢串联时双 机拖动的特性
两台他励直流电动
机电枢串联电路图
4
二、交流异步电动机的双机拖动
两台异步电动机定子绕组联结成并联时，经常使一台电动机工作于 电动状态，而另一台电动机则在制动状态下运转，可以扩大异步电 动机的调速范围并获得稳定的低速。
硬轴联接的双电机拖动系统可以满足生产机械的不同要求：① 减少电力拖动系统的飞轮惯量，以加快过渡过程及减少过渡过程的 能量损耗；②承担功率较大的负载；③获得稳定的低速（此时一台 电动机工作在电动状态，而另一台工作在制动状态）
一、他励直流电动机的双机拖动
如果同一型号的两台电动机硬轴联结，两台电动机的机械特性
电轴系统起动时，必须先使两辅机整步。
这是因为系统在上一次停车时，由于两轴的惯性可能不一致，以及两轴制动 的时间和转短不一致等原因，造成两轴的位置不一致，两辅机转子间在起动时将 存在一位差角θ 0，如不作整步，当θ 0 较大时，在转子电路中将流过太大的起 动电流，还可能导致系统失步。
相同，则负载在两台电动机间分配平均，每台电动机能得到充分利
用。
他励直流电动机 双机拖动的特性
双机拖动的合成特性
单台电动机的特性
特性不同的两台电动机硬轴联结，此时负载在两台电动机间不 能平均分配。两台电动机中一台过热，而另一台则负载不足，没有 得到充分利用。
电枢电阻不同的两台电 动机硬轴联接的特性
双机拖动的合成特性
（二）辅助电动机逆着定子磁场旋转
在一定的位差角下，转差率愈高，则辅机发出的转矩愈大。因此， 为了保证可靠的同步运行，实际上常使辅机转子逆着定子磁场旋转， 此时 s>1 ，T1 及T2可得到加大。
若TZ1 TZ2，辅助电动机BM1的转子也将落后于BM2的转子，但由
于转子的转向与旋转磁场的方向相反，的转子电动势将滞后于
两转子绕组的 相对位置图
如果主机 M 1 轴上的负载
T Z 1 增加，大于第二台 主机轴上的 负载时，辅 机BM1的转子开始落后于 BM2的转子。两绕组轴线
间有一位差角θ 。
两转子绕组的 相对位置图
转子相量图
8
这样，两辅机的转子电动势大小相等，但不同相，转子电路内合成 电生动平势衡电 E 流2 I2E 2 ，它E 2 滞后0于，在E它 2 的某作一用角下度，。辅机的转子电路中将产
M1电动状态，M2 能耗制动状态
M1电动状态，M2 反接制动状态
两台异步电动机硬轴联接示意图
5
合成特性
电动状态特性
合成特性
电动状态特性
能耗制动特性
反接制动特性
改变在电动状态或制动状态下的特性（如改变电动机M1或M2 转子回路的电阻），可得到一系列的合成调速特性，这些特性在低 速时硬度更高，异步电动机的调速范围得到扩大。
上述获得稳定低速的方法一般用在要求准确停车的生产机械上，
如矿井提升机、电梯及某些机床等。由于此时损耗较大，只适合短
时间运行。
6
第二节 同步旋转系统（电轴系统）
电气同步旋转系统通常又称为电轴，在这种系统中，机械上没有 联系的几个工作机构，可以有相同的转速或恒定的转速比例关系。
电轴系统主要可分为三种： 1）具有辅助电动机的电轴系统。 2）具有公共可变电阻器的电轴系统。 3）具有变频装置的电轴系统。
一、具有辅助电动机的电轴系统
具有辅助异步电动机 的电轴系统的原理图
M1和M2为主拖 动电动机，BM1 和BM2为辅助电 动机。
7
（一）辅助电动机顺着其定子磁场旋转
转子相量图
当两个辅助电动机的转子
顺着它们定子磁场的转向旋转， 而且两机转子绕组的轴线对于 定子磁场的轴线具有相同的位 置时，在BM1及BM2的转子电 路中没有电流通过。