第二章 24同步发电机
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第二章同步发电机励磁自动控制系统
接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；
接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制 系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量 的要求。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq sin constant
发电机励磁电流的变化改变了机组 的无功功率和功率角的大小。
调节与无限大母线并联运行的机组的励磁 电流可以改变发电机无功功率的数值。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流 IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电 机励磁电流的手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节， 从而实现对发电机励磁电流的自动调节。
2 他励直流励磁机励磁系统
接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制 系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量 的要求。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq sin constant
发电机励磁电流的变化改变了机组 的无功功率和功率角的大小。
调节与无限大母线并联运行的机组的励磁 电流可以改变发电机无功功率的数值。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流 IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电 机励磁电流的手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节， 从而实现对发电机励磁电流的自动调节。
2 他励直流励磁机励磁系统
第二章 《同步发电机得自动并列》练习参考答案
第二章《同步发电机得自动并列》练习参考答案一、名词解释1.并列操作答:将发电机并入电力系统参加并列运行得操作。
2.准同步并列答:发电机在并列合闸前已加励磁,当发电机电压得幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
3.自同步并列答:将未加励磁、接近同步转速得发电机投入系统,随后给发电机加上励磁,在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步,完成并列操作。
4.同步点答:可以进行并列操作得断路器。
5.滑差、滑差频率、滑差周期答:滑差:并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差,用表示,即;滑差频率:并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差,用f s表示,即; 滑差周期:并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化3600所用得时间。
6.越前时间、恒定越前时间、恒定越前时间自动准同步装置答:越前时间:相对于提前(越前)得时间;恒定越前时间:相对于提前(越前)得时间,且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化;恒定越前时间自动准同步装置:由恒定越前时间脉冲发出合闸脉冲命令得自动准同步装置。
7.越前相角、恒定越前相角、恒定越前相角式自动准同步装置答:越前相角:相对于提前(越前)得相角;恒定越前相角:相对于提前(越前)得相角,且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化;恒定越前相角自动准同步装置:由恒定越前相角脉冲发出合闸脉冲命令得自动准同步装置。
8.整步电压、正弦整步电压、线性整步电压答:整步电压:包含同步条件信息得电压;正弦整步电压:与时间具有正弦函数关系得整步电压,表达式线性整步电压:与时间具有线性函数关系得整步电压,表达式二、单项选择题1.准同步并列得方法就是,发电机并列合闸前( C),当( )时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
A.未加励磁,发电机电压与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等;B.未加励磁,发电机转速接近同步转速;C.已加励磁,发电机电压与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等;D.巳加励磁,发电机转速接近同步转速。
《同步发电机原理》课件
05
同步发电机的发展趋势与展望
高效、环保的同步发电机研究
高效能
随着技术的不断进步，同步发电机在 效率和能效方面取得了显著提升，未 来研究将进一步探索提高发电效率的 方法，降低能源损失。
环保设计
为应对全球气候变化和环境问题，同 步发电机将更加注重环保设计，减少 对环境的影响，如采用低碳材料、减 少噪音和振动等。
智能化的同步发电机控制技术
自动化和远程控制
通过引入先进的传感器和控制技术，实现同步发电机的自动化和远程控制，提 高运行稳定性和可靠性。
智能诊断和维护
利用大数据和人工智能技术，实现同步发电机的智能诊断和维护，及时发现潜 在问题，降低维护成本。
同步发电机在新能源领域的应用前景
可再生能源整合
随着可再生能源（如风能、太阳能）的普及，同步发电机将作为重要的能源转换 和调节设备，实现可再生能源的有效整合和利用。
《同步发电机原理》ppt课件
目 录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的特性 • 同步发电机的控制与保护 • 同步发电机的发展趋势与展望
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机
一种将机械能转换为电能的旋转 电机，通过原动机（如汽轮机、 水轮机等）驱动转子旋转，从而 在定子中产生三相交流电。
短路保护
当发电机发生短路故障 时，快速切断电源以保
护发电机不受损坏。
过载保护
当发电机过载运行时， 及时切断电源或降低负 荷，防止发电机过热损
坏。
欠压保护
当发电机电压过低时， 自动切断电源以防止发
电机受损。
过压保护
当发电机电压过高时， 自动切断电源或降低励 磁电流，以防止发电机
电力系统暂态分析-第2章 同步发电机突然三相短路分析
4、定子电流产生的磁势以及转子绕组和定子绕组间的互感磁通在空气 隙中按正旋分布； 5、定子及转子具有光滑的表面，即认为定子及转子的槽和通风沟不影 响定子及转子的电感系数。
10
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三、短路后各绕组的磁链及电流分量
1、定子绕组磁链和短路电流分量 （1）、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链
励磁绕组电压
励磁电流
励磁电流 i f 0 漏磁通 f 主磁路的主磁通 0
漏磁通只匝链励磁绕组，主磁通穿过气隙与定子三 相绕组匝练。
11
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
（2）、短路前各相磁链
cos t 0 0 a0 ° cos t 120 b0 0 0 ° cos t 120 0 0 c0
17
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三相短路电流的表达式及波形
(7)、关于直流分量中存在倍频分量的说明
18
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
2、励磁绕组磁链和短路电流分量 （1）、强制励磁电流 i f |0| 产生的磁链 短路前励磁回路中有恒定的励磁电流 i f |0| ，它由励 磁电源强制产生，定子短路后依然存在； （2）、定子三相交流电流的电枢反应 定子绕组中的三相交流电流可合成一个与转子同步旋 转的电枢反应磁动势，若忽略定子绕组电阻，该磁动势为 纯去磁的，即它穿入励磁绕组，且与主磁通方向相反，我 们用 ad 来表示，其值为常数。
10
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三、短路后各绕组的磁链及电流分量
1、定子绕组磁链和短路电流分量 （1）、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链
励磁绕组电压
励磁电流
励磁电流 i f 0 漏磁通 f 主磁路的主磁通 0
漏磁通只匝链励磁绕组，主磁通穿过气隙与定子三 相绕组匝练。
11
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
（2）、短路前各相磁链
cos t 0 0 a0 ° cos t 120 b0 0 0 ° cos t 120 0 0 c0
17
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三相短路电流的表达式及波形
(7)、关于直流分量中存在倍频分量的说明
18
电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
2、励磁绕组磁链和短路电流分量 （1）、强制励磁电流 i f |0| 产生的磁链 短路前励磁回路中有恒定的励磁电流 i f |0| ，它由励 磁电源强制产生，定子短路后依然存在； （2）、定子三相交流电流的电枢反应 定子绕组中的三相交流电流可合成一个与转子同步旋 转的电枢反应磁动势，若忽略定子绕组电阻，该磁动势为 纯去磁的，即它穿入励磁绕组，且与主磁通方向相反，我 们用 ad 来表示，其值为常数。
《同步发电机》课件
备正常运行。
清洁保养
保持同步发电机的清洁 ，定期进行保养，如更 换润滑油、清洗空气过
滤器等。
故障处理
及时发现并处理同步发 电机运行中的故障，防
止设备损坏。
记录管理
建立并维护同步发电机 的运行记录，以便对设
备进行跟踪和管理。
04
同步发电机的故障诊断 与处理
同步发电机常见故障类型
机械故障
包括转子、定子、轴承等部件的故障 ，如转子不平衡、轴承磨损等。
03
对于热故障，可能需要 加强冷却系统或调整负 载以降低温度。
04
对于控制和保护系统故 障，可能需要修复或更 换失灵的调节器或保护 装置。
05
同步发电机的未来发展 与展望
同步发电机技术发展趋势
01
02
03
高效能化
随着技术的不断进步，同 步发电机在材料、设计和 制造方面将更加高效，提 高发电效率和降低能耗。
电气故障
包括定子绕组、转子绕组、励磁系统 等部分的故障，如匝间短路、励磁绕 组开路等。
热故障
由于发电机过热引起的故障，如定子 绕组过热、轴承过热等。
控制和保护系统故障
包括励磁调节器、控制系统等部分的 故障，如调节器失灵、保护装置误动 作等。
度监测
通过监测发电机的振动和声音，可以发现 机械和电气故障。
同步发电机的应用场景
水力发电
核能发电
利用水轮机带动同步发电机转动，将 水能转换为电能，广泛应用于水电站 。
利用核反应堆产生的热能驱动汽轮机 ，进而带动同步发电机转动，将核能 转换为电能，广泛应用于核电站。
火力发电
利用汽轮机带动同步发电机转动，将 热能转换为电能，广泛应用于火电站 。
清洁保养
保持同步发电机的清洁 ，定期进行保养，如更 换润滑油、清洗空气过
滤器等。
故障处理
及时发现并处理同步发 电机运行中的故障，防
止设备损坏。
记录管理
建立并维护同步发电机 的运行记录，以便对设
备进行跟踪和管理。
04
同步发电机的故障诊断 与处理
同步发电机常见故障类型
机械故障
包括转子、定子、轴承等部件的故障 ，如转子不平衡、轴承磨损等。
03
对于热故障，可能需要 加强冷却系统或调整负 载以降低温度。
04
对于控制和保护系统故 障，可能需要修复或更 换失灵的调节器或保护 装置。
05
同步发电机的未来发展 与展望
同步发电机技术发展趋势
01
02
03
高效能化
随着技术的不断进步，同 步发电机在材料、设计和 制造方面将更加高效，提 高发电效率和降低能耗。
电气故障
包括定子绕组、转子绕组、励磁系统 等部分的故障，如匝间短路、励磁绕 组开路等。
热故障
由于发电机过热引起的故障，如定子 绕组过热、轴承过热等。
控制和保护系统故障
包括励磁调节器、控制系统等部分的 故障，如调节器失灵、保护装置误动 作等。
度监测
通过监测发电机的振动和声音，可以发现 机械和电气故障。
同步发电机的应用场景
水力发电
核能发电
利用水轮机带动同步发电机转动，将 水能转换为电能，广泛应用于水电站 。
利用核反应堆产生的热能驱动汽轮机 ，进而带动同步发电机转动，将核能 转换为电能，广泛应用于核电站。
火力发电
利用汽轮机带动同步发电机转动，将 热能转换为电能，广泛应用于火电站 。
第二章 同步发电机励磁控制系统
①励磁对静态稳定的影响
PG
E qU X
sin
X
—系统总电抗，一般为发电机、变压器、输电线路电抗之和；
—发电机空载电动势 E q 和受端电压 U 间的相角，或叫功角。
Pm
E qU X
解决方案1：无自动励磁调节时，IEF 恒定， q为常数，此时的功角特性称 E 为“内功角特性”，功率极限出现在 δ=90°的条件下。 解决方案2：按电压偏差进行比例 调节的励磁控制系统，则近似为按 E q' 为常数求得的功角特性曲线 C如图1.2-8所示，δ’’> 90°。（外功角特性曲线1） 解决方案3：有灵敏和快速的励磁调节器，可视为能保持UG恒定。
§2.4 励磁调节器原理
一、励磁调节器的功能和基本框图
励磁调节器是一个闭环比例调节器。 输入量：发电机电压UG 输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为IAVR 功能：一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联机组间无功 电流的合理分配。
二、励磁调节器原理
构成励磁调节器的形式很多，但自动控制系统的核心部分却 很相似。基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成 。 1、测量比较单元 作用：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相 比较，得出电压的偏差信号。 ①电压测量 电压测量是将机 端三相合成电压降压 、整流、滤波后转换 成一正比于发电机电 压UG的直流电压Use。
3、移相触发单元 移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单 元送来的综合控制信USM的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整 流单元的晶闸管，从而改变可控整流柜的输出，达到调节发电机 励磁的目的。
余弦波移相触发单元（具体电路从略）的输入电压USM与控制 角α具有下述关系：
第二章 同步发电机的数学模型及机端三相短路分析(第十六讲 三相短路分析及短路电流计算)_350507388
第二章同步发电机的数学模型及机端三相短路分析（回顾）第十六讲三相短路分析及短路电流计算1问题1、什么是发电机的超暂态过程、暂态过程？2、超暂态电抗、暂态电抗、同步电抗?大小关系？3、哪些绕组短路瞬间磁链不突变？4、短路电流计算时如何等值？5、为什么要计算0时刻短路电流？6、短路容量？23§1 三相短路电流的变化规律一、短路电流的组成定子abc 绕组短路电流有哪些成分？交流（周期）分量直流（非周期）分量直流分量交流分量dq0绕组电流6短路电流计算机分析结果（i d 、i q 、i 0）i d 交流分量＋直流分量i q 直流分量为0i 0＝0分析中关心dq0 绕组的直流分量！用标幺派克方程分析三相短路1、只需要考虑d轴方向绕组？2、d绕组直流分量衰减有什么特点？为什么？716t E′22t ′E−t t ′′′′′E E E E E−−29X adX d X f X DX qX QX aq互感为0ad qf fX E X ψ′=各电势的物理含义？磁链不突变353、假设短路前发电机为空载？，即取10=≈U E 假定各发电机内电势相角相同，且均为0，即101=°∠≈E&4、在网络方面，忽略线路对地电容，变压器的励磁回路，在高压网络中忽略电阻。
线路1/2变压器1变压器2F41作业1、比较d轴超暂态电抗、暂态电抗及同步电抗的大小并从物理上解释之。
2、一台汽轮发电机其S r =15MVA,空载额定电压U r =6.3kV，在空载额定电压下发生机端三相突然短路。
已知其参数标幺值如下：s T s T s T X X X a d d d d d162.0,84.0,105.0,86.1,192.0,117.0==′=′′==′=′′设短路瞬间θa (0)=-60°。
（1）试写出三相短路电流的表达式；（2）绘出B相及C相的电流波形；（3）最大冲击电流发生在哪一相？图－3图－442。
电力系统自动装置原理：第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)
第四节 频率差和电压差的调整
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的
电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） UG < U X ，发升压脉冲； （2） UG > U X ，发降压脉冲；
•实施原理、原则：与频率差调整相似。
主要内容
1. 概述 2. 准同期并列的基本原理 3. 自动并列装置的工作原理 4. 频率差与电压差的调整 5. 数字型并列装置的组成
) 重点：
并列操作的两种方式； 准同期并列的理想条件；
自动准同期装置的组成；
恒定越前时间并列装置的基本原理 ；
微机式准同期装置的原理与优点。
本章作业：
1、 什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基 本原则。 2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？ 3、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有 关，应当如何整定? 4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任 务是什么? 5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？ 6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检 测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。
第五节 数字式并列装置
一、概述
用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并 列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上 已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。
模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内， 把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性 ，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的 越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。
原理：驱动器控制的三相电形成电磁场， 转子（永磁铁）在此磁场作用下转动； 同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。
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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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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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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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同步发电机的基本原理
1 导体切割磁力线，产生切割电势
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2 导线环内的电磁场发生变化，产生感应 电势
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电磁基础
磁动势F ? NI
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串联回路? ? F
Rm1 ? Rm2
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理想电机
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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
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M Dc M Qc
M Df M Qf
LDD M QD
M DQ LQQ
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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 .
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? 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
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-
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uQ ? 0
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LQQ
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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 )]
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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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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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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同步发电机的基本原理
1 导体切割磁力线，产生切割电势
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2 导线环内的电磁场发生变化，产生感应 电势
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电磁基础
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理想电机
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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
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M Db M Qb
M Dc M Qc
M Df M Qf
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M DQ LQQ
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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?F Rm
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N2
II
I
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? 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
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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 )]