邯郸市赵王安养园:同步发电机负载运行和电枢反应
来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/05/13 02:15:21
励磁电势。
★当电枢绕组接上三相对称负载后,电枢绕组和负载一起构成闭合通路,通路中流过的是三相对称的交流电流 ,我们知道,当三相对称电流流过三相对称绕组时,将会形成一个以同步速度旋转的旋转磁势。
★由此可见,负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁势 --电枢旋转磁势。因此,同步发电机接上三相对称负载以后,电机中除了随轴同转的转子磁势 (称为机械旋转磁势)外,又多了一个电枢旋转磁势 (称为电气旋转磁势) 。
★ 参看异步电机篇的介绍,不难证明这两个旋转磁势的转速均为同步速,而且转向一致,二者在空间处于相对静止状态,可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势 。
★ 气隙磁场 可以看成是由合成磁势 在电机的气隙中建立起来的磁场。 也是以同步转速旋转的旋转磁场。 可见同步发电机负载以后,电机内部的磁势和磁场将发生显著变化,这一变化主要由电枢磁势的出现所致。
电枢反应
▲电枢磁势的存在,将使气隙磁场的大小和位置发生变化,我们把这一现象称为电枢反应。电枢反应会对电机性能产生重大影响。
▲电枢反应的情况决定于空间相量 和 之间的夹角,而这一夹角又和时间相量E0 和Ia 之间的相位差y相关连。y称为内功率因数角,其大小由负载的性质决定。
时空相量图: 如图16.4 所示的瞬间,A相绕组中感应电势 达到最大值,此时如果y=0 ,即A相电流 和 同相位,则 亦达到最大值。
▲由异步电机篇的介绍可知,电枢磁势(三相合成磁势) 的轴线在此瞬间将和A相线圈的轴线重合。
▲ 一般情况下, (时间相量)滞后或超前于 (时间相量)y 电角度时, (空间相量)的轴线位置也滞后或超前于A 相绕组的轴线y电角度。即 和 在时间上的相位差等于 的轴线和A相绕组轴线的空间角度差。
▲以上结论虽然是在一个特殊的瞬间(磁极轴线和A相绕组轴线正交时)得出的,由于 和 同速同步旋转,故在负载一定的情况下, 和 的空间相位差等于90+y 电角度。
▲为了分析方便,人们常将时间相量 , , ,U 和空间相量 , , 画一起构成所谓的时空相量图(见图16.4)。在时空相量图中 和Ff (处于磁极轴线方向,称为直轴,用d表示)重合, 滞后于 90°电角度 (处于相邻一对磁极的中性线位置,称为交轴,用q 表示), 和 之间的相位差y由负载性质决定, 和 重合。 利用时空相量图(图16.5) ,可以方便地分析不同负载情况时同步发电机电枢反应的情况。',1)">
y=0或者180度
此时 和Ff之间的夹角为90度或者270度 ,即二者正交,转子磁势作用在直轴上,而电枢磁势作用在交轴上,电枢反应的结果使得合成磁势的轴线位置产生一定的偏移,幅值发生一定的变化。这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应,简称交磁作用。
y=90
此时 与 之间的夹角为180度 ,即二者反相,转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上,方向相反,电枢反应为纯去磁作用,合成磁势的幅值减小,这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。
y=-90
此时 与 之间的夹角为0 ,即二者同相,转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上,方向相同,电枢反应为纯增磁作用,合成磁势的幅值加大,这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。
同步电抗和电枢反应电抗
当三相对称电枢电流流过电枢绕组时,将产生旋转的电枢磁势 , 将在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通 和不通过气隙的漏磁通 , 和 将分别在电枢各相绕组中感应出电枢反应电势 和漏磁电势 。 与电枢电流 的大小成正比(不计饱和),比例常数称 为电枢反应电抗。考虑到相位关系后,每相电枢反应电势为:
(16-3)
电枢反应电抗的大小和电枢反应磁通 所经过磁路的磁阻成反比,磁阻与电枢磁势 轴线的位置有关。对于凸极电机而言,当 和 重合时, 经过直轴气隙和铁心而闭合(这条磁路称为直轴磁路),如图16.6a 所示。此时由于直轴磁路中的气隙较短,磁阻较小,所以电枢反应电抗就较大。当 和 正交时,即 和磁极的轴线垂直时, 经过交轴气隙和铁心而闭合(这条磁路称为交轴磁路),如图16.6b所示。此时由于交轴磁路中的气隙较长,磁阻较大,所以电枢反应电抗就较小。一般情况下, 和 之间的夹角由负载的性质决定,为 90+y, 的流通路径介于直轴磁路和交轴磁路之间,电枢反应电抗的大小也就介于最大和最小之间。 由于 和 之间的夹角受制于内功率因数角(即负载的性质),不同负载时, 和 之间的夹角不同,对应的 也就不同,这给分析问题带来了诸多不便。为了解决这一问题,人们采用了正交分解法和叠加原理,将 看成是其直轴分量 和交轴分量 的叠加,并认为 单独激励直轴电枢反应磁通 ,其流通路径为直轴磁路,对应有一个固定的直轴电枢反应电抗 ,并在定子每相绕组中产生直轴电枢反应电势 ; 单独激励交轴电枢反应磁通 ,其流通路径为交轴磁路,对应有一个固定的交轴电枢反应电抗 ,并在电枢每相绕组中产生交轴电枢反应电势 。电枢绕组总的电枢反应电势 可以写为
(16-4)
考虑到漏磁通 引起的漏抗电势 =-j ( 为电枢绕组的漏电抗)后,电枢绕组中由电枢电流引起的总的感应电势为
(16-5)
其中 = + 定义为直轴同步电抗, =Xaq + 定义为交轴同步电抗。 对于隐极电机来说,由于电枢为圆柱体,忽略转子齿槽分布所引起的气隙些微不均匀后,可以认为隐极电机直轴磁路和交轴磁路的磁阻相等,直轴和交轴电枢反应电抗相等,即 = = ,结合 = + ,并代入式(16-5)可得
(16-6)
式中, 定义为隐极电机的同步电抗。 由定义可知,同步电抗包括两部分:电枢绕组的漏电抗和电枢反应电抗。在实用上,常将二者作为一个整体参数来处理,这样便于分析和测量。
一般情况下(y为任意角度时)
参看图16.5c和d,可将 分解为直轴分量 和交轴分量 , 产生直轴电枢磁势F , 与 同相或反相,起增磁或者去磁作用; 产生交轴电枢磁势 , 与 正交,起交磁作用。
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★当电枢绕组接上三相对称负载后,电枢绕组和负载一起构成闭合通路,通路中流过的是三相对称的交流电流 ,我们知道,当三相对称电流流过三相对称绕组时,将会形成一个以同步速度旋转的旋转磁势。
★由此可见,负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁势
★ 参看异步电机篇的介绍,不难证明这两个旋转磁势的转速均为同步速,而且转向一致,二者在空间处于相对静止状态,可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势
★ 气隙磁场
电枢反应
▲电枢磁势的存在,将使气隙磁场的大小和位置发生变化,我们把这一现象称为电枢反应。电枢反应会对电机性能产生重大影响。
▲电枢反应的情况决定于空间相量
时空相量图: 如图16.4 所示的瞬间,A相绕组中感应电势
▲由异步电机篇的介绍可知,电枢磁势(三相合成磁势)
▲ 一般情况下,
▲以上结论虽然是在一个特殊的瞬间(磁极轴线和A相绕组轴线正交时)得出的,由于
▲为了分析方便,人们常将时间相量
y=0或者180度
此时
y=90
此时
y=-90
此时
同步电抗和电枢反应电抗
当三相对称电枢电流流过电枢绕组时,将产生旋转的电枢磁势
电枢反应电抗的大小和电枢反应磁通
考虑到漏磁通
其中
式中,
一般情况下(y为任意角度时)
参看图16.5c和d,可将
? 西安交通大学电机教研室 版权所有,侵权必究 2000.12?
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