同步电机翻译版

等式（3-60）的大小可以表示为： 同步电机翻译 5.1同步发电机(synchronous generator)的结构 同步发电机或交流发电机是要将机械能(mechanical power)转换成交流电能(ac electric power)的同步电机。在这章中我们将探索同步发电机的运行，包括单机运行(operating alone)和并联运行。 在同步电机中，直流电流（dc current）提供给转子绕组（rotor winding），产生转子磁场(rotor magnetic field)。发电机的转子由原动机（prime mover）带动旋转，在电机内部产生了一个旋转磁场（rotating magnetic field）。旋转磁场在发电机定子绕组(stator winding)感应(induce)三相电动势(three-phase set of voltages)。 经常用来描述电机绕组的两个单词是励磁绕组（field winding）和电枢绕组（armature winding）。一般而言，单词“励磁绕组”适用于电机中产生主磁场（main magnetic field）的绕组，而单词“电枢绕组”用来描述感应出主电动势(main voltage)的绕组。对于同步电机，励磁绕组在转子上，因此“转子绕组”和“励磁绕组”可以交互使用。同样地，单词“定子绕组”和“电枢绕组”也可交互使用。 转子磁极(magnetic poles)既可以是凸极结构(salient construction)也可以是隐极结构(nonsalient construction)。单词“凸极”意思是突出的，凸极是从转子表面突出的磁极。相反，隐极是和转子表面平齐的磁极。图4-1是隐极转子，图4-2则是凸极转子。隐极转子通常用于两极或四极转子，而凸极转子通常用于四极或更多极的转子。因为转子致力于改变磁场，所以它由薄迭片（thin lamination）构成来减少涡流损耗（eddy current losses）。 直流电流必须提供给转子励磁回路。由于转子是旋转的，所以需要一个特殊装置来得到励磁绕组的直流电能。提供直流电能有两种普遍的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ： 通过滑环和电刷从外部直流电源提供直流电流给转子 从直接安装在同步发电机轴上的一个特殊直流电源供给直流电 滑环是完全环绕电机轴但又与之绝缘的金属环。直流转子绕组的一端和同步电机轴上的两个滑环相连接，每个滑环上附有一个固定的电刷。电刷是一组石墨状的碳化合物，它能自由导电，但摩擦很小，因此电刷不磨损滑环。如果直流电压源的正极接在一个电刷上，负极接在另一个滑环上，那么不管转子处在什么位置或以什么速度旋转，同样的直流电动势将会供给励磁绕组。 当滑环和电刷用来供给同步电机励磁绕组的直流电时，他们也会产生一些问题。他们增加了电机维护的次数，因为要检查电刷 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 放置。另外，电刷电压降也是电机在有大的励磁电流下产生的重要功率损耗。尽管有这些问题，滑环和电刷还是用于小型同步电机，因为没有其他提供直流励磁的方法是划算的。 在更大的发电机和电动机中，无刷励磁机被用来给电机提供直流励磁电流。无刷励磁机是一个小型的交流发电机，它的励磁回路装在定子上，它的电枢回路装在转子轴上。励磁发电机的三相输出通过三相整流器（三相整流器也是装在发电机轴上）整流成直流电流，送入主直流励磁回路。通过控制励磁发电机（装在定子上）的小的直流励磁电流，调节主电机的励磁电流而不用滑环和电刷变得可能。这种安排展示在图4-3，安装在同样轴上的无刷励磁机的同步电机转子展示在图4-4.因为定转子之间没有直接的机械接触，所以无刷励磁机不需滑环和电刷。 为了使发电机的励磁完全依赖于内部电源，在系统中常有一个小的副励磁机。副励磁机是一个在转子轴装有永久磁铁、三相绕组在定子上的小型交流发电机。它为主励磁机提供励磁回路的电能，而主励磁机又控制了主发电机的励磁回路。如果发电机轴上装有副励磁机，那么就不需要外部电源来运行发电机。(看图4-5) 许多包含无刷励磁机的同步发电机也有滑环和电刷，因此直流励磁电流的辅助能源在紧急状况下是可以使用的。 同步发电机的定子已经在第四章中叙述过，更多电子结构的细节将在附录B中找到。同步发电机的定子绕组基本山由定子线圈绕成双层绕组。定子绕组本身是分布和短距的，为了削弱输出电势和电流的谐波分量，在附录B中陈述的。 图4-6是完整的大的同步电机的剖视图。 5.2同步电机的转速 同步电机被定义为是同步的，因为输出的电频率被电机的机械转速固定或同步。一个同步电机的转子由一个被提供直流电的电磁铁组成。转子磁场方向和转子的指向一致。现在，在把电机中的磁场转速和定子电频率通过 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 联系起来： （3-34） 这里， 为电频率，单位Hz。 为磁场机械转速，单位 。 P为极个数。 因为转子转速和磁场转速相同，这个等式把转子旋转速度和最终的电频率结合起来。发出的电频率在50-60Hz之间，所以发电机必须工作在一个由电机极个数决定的固定转速。举一个例子，在一个两极电机上要发出60Hz的电能，转子必须工作在3600 。在一个四极电机上要发出50Hz的电能，转子必须工作在1500 。对于给定的电频率所要求的转速总可以通过等式（3-34）计算出。 5.3同步电机的内部电势 在第三章中，定子中的相电压大小为： 这个电压由电机中的磁通、频率或者转速和电机结构决定。在解决有同步电机的问题时，这个等式用一个更简单的形式重写，它强调了电机运行时的变量。这个更简单的形式是： 这里，K是一个由电机结构决定的常量。如果w表示电角速度，那么 。 同时，如果w表示机械角速度，那么 。 内部电势 与磁通和转速成正比，但是磁通本身由转子中的励磁回路流过的电流决定。励磁电流 习惯上与磁通 有关，见图4-7a。 因为 直接和磁通成正比，内部电势 与励磁电流的关系见图4-7b。这个图叫做磁化曲线或者电机的开路特性曲线。 5.4同步电机的等效电路 电势 是在同步电机一相中产生的内电势。但是，电势 通常不是在电机的端子间出现的电势。事实上，只有在没有电枢电流流过电机时，一相的内电势 才会等于输出电势 。为什么一相的输出电压会不等于 ，并且两者间有什么关系？这些问题的答案产生了同步电机的模型。 电流流过定子产生气隙磁场的变异，这叫电枢反应。 电枢线圈的自感。 电枢线圈的电阻。 凸极转子的影响。 我们将来探讨下前3个因素的影响并且得到一个电机模型。在这一章，同步电机的凸极转子影响将被忽略；换一种说法，在这一章，所以电机被假设成具有隐极转子。如果这个电机真的有凸极转子，做出这个假设会导致算出的答案产生微小的错误，但是这个错误相对来说是次要的。一个关于转子凸极影响的讨论收录在附录C中。 第一个影响，通常也是最大的影响是电枢反应。当一个同步电机是转子被转动，电机定子绕组产生感应电势 。如果给电机端子加上负载，就有电流流过。但是一个三相定子电流流过会在电机中产生磁场。定子磁场扭曲了原先的转子磁场，改变相电势。这个影响叫做电枢反应，因为电枢（定子）电流电流影响了开始产生的磁场。 为了理解电枢反应，可以参考图4-8。图4-8a展示了一个两极转子在一个三相定子中旋转。没有负载加在定子上，转子磁场 产生内电势 ，它的峰值与 的方向一致。正如在上一章中所说的，这个电压在图上，从导体上方出来的正的，从导体下方出来是负的。当发电机没有负载时，没有电枢电流流过， 等于相电势 。 现在假设发电机和一个之后的负载连接。因为负载是滞后的，电流峰值会出现在电压峰值之后。这个影响见图4-8b。 电流通过定子绕组产生磁场，这个定子磁场叫 ，它的方向在图4-8c中由右手定则可以确定。定子磁场 在定子上产生电势，这个电势在图上叫做 。因为在定子绕组上出现了两个电势，所以一相的总电势就是内电势 和电枢反应电势 的和： 合成磁场 就是定子和转子的磁场之和： 因为 和 的角度相同， 和 的角度相同，产生的磁场 会和合成电势 的方向一致。最终的电势和电流见图4-8d。 那么这样建立电枢反应对相电压影响的模型？首先，注意到电势 滞后最大电流 。其次，电势 和电流 在直接成正比的。如果X是一个比例常数，那么电枢反应电压可以表达成： 一相的电压为： 看一下图4-9的回路。这个回路的KVL方程为： 这和描述电枢反应电势的等式是一样的。所以，电枢反应电势可以建模成和内电势串联的电抗的模型。 除了电枢反应的影响，定子线圈有自感和电阻。如果把定子自感称为 (与之相关的电抗称为 )，同时定子电阻称为 ，然后总的 和 的关系可以给出： 电枢反应的影响和电机的自感都由电抗来表示，并且习惯上把它们组成一个电抗，叫做电机的同步电抗。 所以最终描述 的方程为： 现在我们可以来描述三相同步电机的等效电路。这样一个电机总的等效电路见图4-10。这张图展示了一个直流电源提供转子励磁电流，这杯表示成线圈电感和电阻的串联。 与之串联的控制励磁电流大小的电阻 是一个可调节电阻 。等效电路的其余部分由每一相的模型组成。每一相都是由内部电势串联一个电抗 （由电枢电抗和绕组自感组成）和一个电阻 。三相的电压和电势分别在相位上相差120°，除此之外，三相的各个方面是完全相同的。 如图4-11所示，三相可以是Y型连接或△型连接。如果是Y型连接，那么端电压与相电压的关系为 ， 如果是△连接，那么就是 同步发电机的三相出来相位不同以外，别的方面几乎都是相同的，所以我们通常只用一相的等效电路，如图4-12所示。 在使用每一相的等效电路时，务必记住：只有当连接的负载平衡时，三相定子绕组中才能有相同的电压和电流。 如果点击的负载不平衡，则需要更为复杂的分析技巧（对称分量法），这已经超出了本书的范围。 5.5 同步电机相量图 由于发电机的电压是交流电压，所以，常用相量的形式表示。而相量是有幅值和相位大小的，它们的关系常常用二维图表示。当一相的电压（EA，VФ，jXS和RAIA）和电流ＩＡ以这种方式表达它们的关系时，称之为相量图。 例如，图4-13所示，发电机提供单位功率因数的负载（纯电阻负载）的相量图。 从公式　　 可见，由于电感和电阻上的压降，总电压ＥＡ和端电压VФ是不同的，所有的电压和电流都是以ＶФ为参考的，在任何情况下，都认为ＶФ的相位为0. 相量图分为电机在感性和容性功率因数下运行的相量图，如图4-14所示。 注意：对于给定的相电压和电枢电流，感性负载比容性负载需要更大的内部电压EA。因此，为获得相同的端电压，感性负载需要更大的励磁电流，因为 EA=KФw，而w必须是常数来使频率为常数。 同样，对于给定的励磁电流和给定负载电流的幅值，感性负载的端电压更低。 在实际的电机中，同步电抗远远大于线圈电阻RA，所以在电压变化的定量计算中常常忽略RA。对于，精确计算，RA当然是要考虑的。 5.6同步电机的功率和转矩 同步发电机将机械功率传送给三相电源，而机械功率来自原动机，它可能是一个柴油机、蒸汽涡轮机、水力涡轮机或者其他更小的设备，无论是哪个，它的基本属性都是：转速恒定。如果不是的话，最终输出的能量系统的频率就会波动。 并不是所有被送到同步发电机里的机械能最后都变成了电机的输出电能，输入功率与输出功率的差代表了电机的损耗。同步电机的功率流图如图4-15所示。 输入的机械功率就是电机的轴功率 传递的电磁功率为 г是EA与IA的相位差。输入功率与电磁功率的差代表了机械损耗、铁耗和杂散损耗。 发电机的有功功率可以用下面的线量表示 （4-16） 用相量表示为 （4-17） 无功功率用线量表示为 （4-18） 用相量表示为 （4-19） 忽略电枢电阻RA（由于XS>>RA），就可以得到一个非常有用的公式来估算电机的输出功率。 首先观察图4-16，可见 代入公式（4-17）可得， （4-20） 上式忽略了电枢电阻，因而其中没有电磁损耗，则P可以是Pconv和Pout。 由上式也可见，同步发电机产生的功率取决于VФ和EA的夹角δ，δ称为功角。当δ=90°时，电机提供最大功率。 δ=90°，sinδ=1时，有 （4-21） 这个最大功率称为电机的静态稳定极限。实际的电机达不到这个极限，满载情况下也就只有15°到20°而已。 在看式（4-17）、（4-19）和（4-20），如果认为VΦ是常数，那么，有功功率直接和IAcosθ和EAsinδ大小成正比，无功功率直接与IAsinθ成正比。这个结论在画同步电机负载变化的相量图时很有用。 公式（3-60）的大小可以表示为： （3-61） 其中 表示的是转子和合成磁场之间的角度(所谓的转矩角)。因为 感应出电势 ， 感应出电势 ,所以 和 之间的角度 与 和 之间的角度 相同。 同步电机中感应力矩的另一个表达式可以从公式（4-20）得到。因为 ，所以感应力矩可以表示为： （4-22） 这个表达式以电变量的形式描述了感应力矩，而公式（3-60）是以磁变量的形式描述的。 5.7 测量同步电机的模型参数 为了完整的描述一个真正的同步电机的行为，推导出的同步电机等效电路包含三个必须确定的变量： 励磁电流和磁通量之间的关系（并由此得出励磁电流与 之间的关系） 同步电抗 电枢电阻 这部分描述的是一种测定同步电机中这些变量的简单方法。 这个 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 中的第一步是在点击上进行空载试验。为了进行这个试验，让电机以额定转速旋转，电机处于空载状态，并把励磁电流调为零，然后逐渐增大励磁电流，端电压每增大一次就测一次。定子侧开路时， ，因此 可等价为 。可以根据这些数据点构建一条曲线，这条曲线就是所谓的电机空载特性。有了这个特性，就能根据任意给定的励磁电流得到相应的电机内部电动势。典型空载特性曲线如图4-17a所示。从图中可以看出，曲线开始几乎是一条直线，直到出现较大的励磁电流，达到饱和。同步电机框架中的不饱和铁芯有一个比气隙磁阻小几千倍的磁阻，因此起先几乎所有的磁动势是经过气隙的，其产生的磁通量呈直线增长。当铁心最后达到饱和时，铁心磁阻显著增大，随着磁动势的增长磁通量增加的更慢。空载特性的直线部分被称为该特性的气隙线。 第二部是进行短路试验。为了进行短路试验，要将励磁电流再次调零并在电机定子中串接安培表。然后随着励磁电流的增加测量电枢电流 或线电流 。这样得到的曲线称为短路特性，如图4-17b所示。它实际上是一条直线。若要理解为什么这条特性曲线是直线，观察图4-12当定子侧短路时的等效电路。这样的电路如图4-18a所示。从图中可以看出，当定子侧短路是，电枢电流 为： （4-23） 它的大小为： （4-24）结果相量图如图4-18b所示，相应的磁场相量图如图4-18c所示。因为 与 几乎相抵消，故合成磁场 非常小（相应的内部电阻和电感仅减小）。因为电机中合成磁场这么小，所以电机不饱和而短路特性是直线。 为理解这两条特性曲线传递什么信息，可以注意到，图4-18中 等于0，电机内部阻抗为： （4-25） 因为 ，这个公式化简为 （4-26） 如果 和 在给定的情况下是已知的，那么能求得同步电抗 。给定励磁电流后求同步电抗 的方法如下： 在该励磁电流情况下根据空载特性曲线求出内部电动势 。 在该励磁电流情况下根据短路特性曲线求出短路电流 。 利用公式（4-26）求出 。 然而这个方法有个问题。内部电动势 来自空载特性，此时电机在部分强励磁电流下饱和，而 来自短路特性，此时电机在所有情况下均不饱和。因此，在较高的励磁电流下，空载与短路时所得的 是不一样的，这个差异导致 的结果只是近似相等。 然而，这个方法中的问题在饱和度方面就更突出，所以电机的不饱和同步电抗 只能在空载特性曲线的直线部分（气隙线）中的任意励磁电流下运用公式（4-26）求得。 同步电抗的近似值随着空载特性的饱和程度变化，所以在给定问题中使用的同步电抗的值应该在电机上的近似负载上计算。近似同步电抗作为励磁电流的功能绘制如图4-19. 为了得到一个饱和同步电抗更精确的估计，参考4-3部分的参考2。 如果要知道一个绕组的电阻还有同步电抗很重要，那么电阻能近似看成是当电机静止时在绕组上加直流电压并测量产生的电流。直流电压的使用表明在测量过程中绕组电抗为零。 这种技术不绝对精确，因为交流电阻比直流电阻略微大点（较高频率的集肤效应的结果）。若有必要，测得的电阻甚至能插入公式（4-26）以改善对 的估计。（这种改善在近似方法中没多大帮助——在计算 时，饱和度比忽略 引起更大的误差。） 短路比 另一个用来描述同步电机的参数是短路比。发电机的短路比定义为开路额定电压所需的励磁电流与短路电枢电流所需的励磁电流之比。能证明这个量就是由公式4-26计算出的近似饱和同步电抗的单位值的倒数。 在求解有关发电机的饱和同步电抗时，短路比没有在未知方面提供新信息，但知道它是什么仍然很重要，因为在工业中能偶尔遇到这个术语。 例4-1.一个200kVA,480V,50Hz,Y形连接的同步发电机在额定励磁电流为5A的情况下试验，测得以下数据： 在额定电流 下测得 为540V。 在额定电流 下测得 为300A。 当10V交流电加在定子两端时，测得电流为25A。 求：在额定条件下的发电机模型中，电枢电阻和近似同步电抗的有名值。 解： 上面描述的发电机是Y形连接，所以在电阻试验中直流流过两个绕组。因此，电阻为 额定励磁电流下的内部电动势等于 短路电流 就等于线电流，因为发电机是Y形连接： 因此，额定励磁电流下的同步电抗能根据公式（4-25）计算： （4-25） 总共对 的估计产生了多少影响？很少。如果 用公式（4-26）计算，结果是： 因为由于忽略 对 造成的误差比由于饱和度影响造成的误差小得多，故通常利用公式（4-26）计算。 每相等效电路的结果如图4-20所示。 词汇：linear 线性 saturation饱和 frame框架 reluctance 磁阻 magnetomotive force 磁动势 dramatically 显著 linear 线性部分 ammeter 电流表 internal resistive 内电阻 inductive drop 电感电压降 impedance 阻抗 short-circuit ratio 短路比 reciprocal 倒数 per-unit 标幺值 ohms 欧姆 5.8同步电机单机运行 同步电机负载运行特性随着功率因素，以及单机运行还是并网运行有着显著的变化。这一节主要学习同步电机单机运行特性，另外关于器并网运行特性将在5.9节学习。 整个这一节中，所举的例子采用的是已忽略电阻 影响的简化相量图。当然，在一些数学计算的例子中电阻 还是考虑的。 本节中，除非特别说明，否则电机转速假设是常量，并且所有的端口特性参数都依据常量转速来计算。此外，发电机转子磁通也假定为常量除非其励磁电流有明显的变化。 负载变化对同步电机单机运行的影响 为了理解同步电机单机运行特性，测试发电机负载运行。单相发电机负载运行见图5-21 当负载增大电机将会有怎样的变化？ 负载增大即意味着从同步电机吸收的有功或无功的增加。这一负载增加也增加了从电机吸取的负载电流。因为励磁电阻没有改变，故而励磁电流仍是常量，因此磁通 也是常量。由于主励磁机保持着常量转速 不变，所以内部电势 也是常量。 如果 是常量，那么什么会随着负载的变化而变化？为了研究这一变化我们建立一个相量图来展示负载的增加，记住发电机的约束条件。 首先，测试一台带滞后功率因数负载（感性）电机。如果更多的负载以同样的功率因数加载发电机上，那么 将会增加但是与 仍旧保持开始的相对 角度。因而，电枢反应电势 比开始的大了但是仍然保持同样的角度。 既然 ，那么 就必须要以0角度在 和 之间延伸，同时 仍旧与负载增加前的值相同。如果将这些约束条件画在相量图上，那么电枢反应电势将会与其开始的值平行而大小有所增加，这一电势的相量也是唯一的。详细结果见图5-22a。 如果仔细分析约束条件，会发现随着负载的增加。电势 显著减小。 现在假设发电机带上单位功率因数负载。那么如果以同样的功率因数增加负载将会怎样？ 约束条件与先前的相同。这一次 仅有微小的减少。（见图5-22b） 最后，让发电机带超前功率因数负载（容性），如果这一次新负载以同样的功率因数加上去，电枢反应电势则处于其原来值的外沿，而且 实际上也增加了（见图5-22c）。在最后这种情况下，发电机负载的增加引起了其端电势的增加。这一结果与单单直观的感觉不同。 关于同步电机运行性能讨论的普遍结论如下： 如果滞后的负载（吸收无功或者感性无功负载）加在电机上， 和端电势 有显著减小。 如果电机带的是单位功率因数负载（没有无功）， 和端电势 仅有微小的下降。 如果电机带的是滞后功率因数负载（发出无功或者容性无功负载）， 和端电势 将会增加。 比较两台发电机电势性能的一个传统方式通过它们的电压变化率。（VR）其定义如下： 这里的 是空载电势， 是发电机满载电势。同步电机带滞后功率因数负载运行时有很大的正电压变化率，带单位功率因数负载时有很小的正电压变化率，而带超前功率因数负载运行时有负的电压变化率。 通常，有必要保持提供给负载不变的电压值，虽然负载自身在变化。如何才能调节（修正）端电压的变化呢？显然有一种方式就是改变 的值来补偿负载的变化。回想公式 。既然在正常系统中频率是不能改变的，那么 就只能通过改变电机内部磁通来控制。 例如，假设电机带滞后负载，那么端电势将会下降，正如前面所阐释的那样。为了将它修正到先前的标准，减小励磁电阻 。如果 减小，励磁电流就会增加，同样就会使磁通增加，反过来磁通就会使 增大，它的增大就会使得相电势和端电势的增加。这一分析概述如下： 减小励磁电阻来增大其励磁电流。 励磁电流增大增加了励磁磁通。 磁通增加则增加内部电势 电势 的增加同样使得 和端电势 增加。 这一过程也可以反过来来减小端电势。仅通过调整励磁电流完全有可能来调整随着一系列负载变化引起的电机端电势的变化。 问题举例（略）（请最好把书本例题看看，做做） 说明：由于时间和水平的限制，未能来得及翻译所有已学的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ，且本翻译中若有错误请探讨修正。 在此对参与此次翻译工作的09电气各位学委们表示真挚的感谢。 2011年10月24日