第二章 24同步发电机

2019年4月23日星期二
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、转子铁心组成的6绕组电磁系统。
2019年4月23日星期二
同步发电机的结构
? 定子：a、b、c三相绕阻 ? 转子：励磁绕阻f；
实际的同步电机或是在转子极面上装 阻尼条，或是隐极机本身的整块转子具有 阻尼绕阻作用。可以用等效的D、Q绕组 来代表它们。
对磁链方程的分析：
定子绕组的 自感
定子绕组间的互感
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同步发电机及其基本方程
? 本节知识点：
? 认识同步发电机的结构 ? 同步电机的电势方程和磁链方程 ? 同步发电机的基本方程 ? 稳态运行模型及相关参数 ? 暂态运行模型及相关参数
1、同步发电机结构
同步发电机简化等值图
气隙
2019年4月23日星期二
转子
定子
定子上3个等效绕组
B相绕组
A相绕组
C相绕组
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b
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y
c
理想同步发电机
? 1、定子abc三相绕组结构完全相同，互相对称， 空间相隔 120度电角度。
? 2、电机转子在结构上对于 d轴与q轴完全对称。 ? 3、定子、转子铁心同轴且表面光滑（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
是正弦分布的，忽略高次谐波。 ? 5、磁路是线性的，无饱和，无磁滞和涡流损耗，
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D Q
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磁链方程
? 考虑各绕组间的互感
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2019年4月23日星期二
定子各相绕阻的自感系数
? 定子各相绕组的自感系数是时变的，周期为 π ，恒正，偶函数。
? 从定子绕组与转子绕阻的位置上分析，分别 以a相绕组轴线与 d轴关系：同向、垂直、反 向、垂直
Laa ? l0 ? l2 cos 2? Lbb ? l0 ? l2 cos 2(? ? 120 ) Lcc ? l0 ? l2 cos 2(? ? 120 )
同步发电机的原始方程
? 电势方程 ? 磁链方程 ? 细节：电感系数
电势方程
? 写成矩阵方程
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0 rf
同步发电机的基本原理
1 导体切割磁力线，产生切割电势
? ? Blv
2 导线环内的电磁场发生变化，产生感应 电势
? ? ? d? N
dt
电磁基础
磁动势F ? NI
磁通?
?
F Rm
，其中Rm
?
l 磁链? ? ?s
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串联回路? ? F
Rm1 ? Rm2
E ? ? j4.44 fN?
理想电机
M cf L ff
M cD M fD
M M
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定转子绕组间的互感
转子绕组间的互感
转子绕组的 自感
Da Qa
M Db M Qb
M Dc M Qc
M Df M Qf
LDD M QD
M DQ LQQ
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iD iQ
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电势方程和磁链方程
? 以上共 12个方程式： 6个电压方程 6个磁链方程
? 包括6个电压、6个电流、6个磁链，共18 个运行变量。
电势方程和磁链方程
? 在这些运行变量中，一般电压作为给定量，另
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，因此，定子绕阻的正电流产生负 磁链。 ? 4、q轴沿转子旋转方向领先d轴90o电角度 ? 5、励磁绕组电流if由端电压uf 的正极性流入励磁绕 组；励磁绕组和阻尼绕组D的磁链正方向与d轴的正 方向一致；阻尼绕组Q的磁链正方向与q轴的正方向 一致。因此，f、D、Q三绕组的正电流产生的磁链为 正。
外，由于转子的不对称性，（只有在 d.q轴上对
称），故凸极机中磁通路径的磁阻是变化的 ,许
多自感及互感也随之变化 .
L? ?
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N?
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N?F Rm
?
N2
II
I
Rm
? 磁链方程是变系数方程 .
电感系数
? 定子各相绕阻的自感系数 ? 定子各相绕阻间的互感系数 ? 转子各相绕阻的自感系数 ? 转子各相绕阻间的互感系数 ? 定子和转子各相绕阻间的互感系数
认为电机铁心部分导磁系数为常数，可应用迭 加原理。
同步发电机各回路电路图
rf
+
uf
if
L ff
-
rD
uD ? 0
iD
LDD
rQ
uQ ? 0
iQ
LQQ
Laa ra rb Lbb
rc Lcc
ia ib ic ua ub uc
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、定子三相绕组磁链的正方向与a、b、c轴正方向
定子各相绕阻间的互感系数
? 定子各相绕组的互感系数：时变的，周期为 π ，互感总是负的（绕组空间相差 120度）
[ M ab ? Mba ? ? m0 ? m2 cos 2(? ? 30 )] [ M bc ? M cb ? ? m0 ? m2 cos 2(? ? 90 )] [ M ca ? M ac ? ? m0 ? m2 cos 2(? ? 150 )]