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1、同步發(fā)電機的基本電磁關系,10-1 同步發(fā)電機的空載運行,基本概念,空載運行：同步發(fā)電機被原動機拖到同步轉速，轉子繞組通入直流勵磁電流而電樞繞組開路，這種運行狀態(tài)稱為空載運行或無載運行,勵磁磁動勢：同步發(fā)電機空載運行時電樞電流為零，電機氣隙中只有轉子勵磁電流 if 產(chǎn)生的磁動勢Ff 和磁場，稱為勵磁磁動勢和勵磁磁場,圖10-1 同步發(fā)電機的空載磁路,10-1 同步發(fā)電機的空載運行,基本概念,主磁通（勵磁磁通）：既鏈過轉子，又通過氣隙并與電樞繞組交鏈的磁通0，稱為主磁通，它就是空載時的氣隙磁通，或稱勵磁磁通。 主極漏磁通：只交鏈勵磁繞組的磁通f稱為主極漏磁通，它不參與電機的機電能量轉換過程。如圖

2、101所示,圖10-1 同步發(fā)電機的空載磁路,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,一、基本概念,電樞磁動勢：帶上負載以后，由于電樞繞組有電流通過，就出現(xiàn)第二個磁動勢電樞磁動勢。 如果繞組對稱，三相負載亦對稱，電樞磁動勢的基波就將為一同步旋轉的旋轉磁動勢 勵磁磁動勢的基波和電樞磁動勢基波二者之和，就構成了負載時的合成磁動勢，從而決定了氣隙合成磁場。 電樞反應：負載時電樞磁動勢的基波對主極磁通基波的影響，就稱為電樞反應，因此，電樞磁動勢又稱為電樞反應磁動勢,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,一、基本概念,旋轉電機實現(xiàn)機電能量轉換的基本條件：同步電機的電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢轉速相同，轉向一致

3、，因此它們在空間保持相對靜止。正由于這種相對靜止，才使它們之間的相互關系保持不變，從而建立穩(wěn)定的氣隙磁場和產(chǎn)生平均電磁轉距，實現(xiàn)機電能量轉換。實際上，定轉子磁動勢相對靜止是一切電磁感應型旋轉電機正常運行的基本條件,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,二、時空相矢圖分析電樞反應時采用時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為“時空相矢圖,1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量,基波勵磁磁動勢 及其磁密 為一空間矢量。該矢量位于轉子的極軸線上，方向為N極指向，以同步速旋轉，如圖所示,1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量,電樞磁動勢 也為空間矢量，它的位置可以這樣來

4、確定，即當某相電流達到最大時，電樞磁動勢 剛好轉到該相繞組的軸線上，它的指向與繞組中的電流方向符合右手螺旋定則，而且轉向與轉子的一致，并以同步速旋轉,如圖104所示。圖中A相電流最大，所以 剛好轉到A相軸線上。(電流的規(guī)定正方向仍由末端流向首端,2.時間相量：凡是隨時間按正弦規(guī)律變化的量,同步電機的空載電動勢(勵磁電動勢） 是時間向量，該相量的相位由轉子的位置決定，如轉子處于圖(a)位置，當電動勢正方向與電流正方向一致時，A相感電動勢為正的最大，所以 位于時間軸線上。如圖(b)所示。電動勢相量的角頻率與轉子旋轉的角速度都是,電樞電流 也是時間相量，它的相位決定于電機內部的阻抗和負載的性質。電機

5、內部的阻抗和負載的性質決定了電樞電流和空載電動勢之間的相位差角， 稱為內功率因數(shù)角,3.時空相矢圖：由于空間矢量和時間相量旋轉的角速度都是，把空間軸線+A與時間軸線+t重合在一起，空間矢量和時間相量就畫在同一張圖里，稱為時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，簡稱為“時空相矢圖,3.時空相矢圖,結論：在時空相矢圖上 總是落后于 以90度， 總是與 重合。 與 之間相位差 隨著負載的性質不同而改變。而 與 之間相對位置又完全取決于角 (它們之間的空間相位差為 角)，所以電樞反應的性質是由角決定的，也就是說單機運行時電樞反應的性質是由負載的性質決定的,試說明同步電機中的 、 、 、 、 、等物理量哪些是空間矢量

6、？哪些是時間相量？試述兩種矢（相）量之間的統(tǒng)一性,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,三、不同角時的電樞反應,1. 與 同相位時的電樞反應交軸電樞反應,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,三、不同角時的電樞反應,1. 與 同相位時的電樞反應交軸電樞反應,交軸電樞反應的作用,1）對主磁極而言，交軸電樞反應磁動勢在前極端(順轉向看、極靴的前都) 起去磁作用，在后極端（順轉向看,極靴的后部)起加磁作用。定子合成磁動勢 較 扭斜了 角，幅值也有所增加，從而使氣隙磁場的大小也有所增加。 2）同步電機的電磁轉矩和能量轉換與交軸電樞反應密切相關。只有具有交軸電樞反應，定子合成磁動勢和主磁極之間才會形成一定的

7、 角，從而才能實現(xiàn)機、電能量轉換，所以交軸電樞反應是實現(xiàn)機、電能量轉換的必要條件,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,三、不同角時的電樞反應,2. 落后 以 時的電樞反應去磁性質的直軸電樞反應,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,三、不同角時的電樞反應,2. 落后 以 時的電樞反應去磁性質的直軸電樞反應,直軸電樞反應的作用,1）對主磁場而言，直軸電樞反應磁動勢起去磁作用，使得氣隙合成磁場減小。 2）由于合成磁動勢投有扭斜現(xiàn)象（ ），此時直軸電樞反應磁場與勵磁磁場正對著，不產(chǎn)生切向力，所以不產(chǎn)生電磁轉距，因而也不能進行機電能量轉換,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,三、不同角時的電樞反應,3.

8、 超前 以 時的電樞反應加磁性質的直軸電樞反應,10-2 三相同步發(fā)電機的電樞反應,三、不同角時的電樞反應,3. 超前 以 時的電樞反應加磁性質的直軸電樞反應,直軸電樞反應的作用,1）對主磁場而言，直軸電樞反應磁動勢起加磁作用，使得氣隙合成磁場增強。 2）由于合成磁動勢投有扭斜現(xiàn)象（ ），所以也不會產(chǎn)生電磁轉距，也不能進行機電能量轉換,三、不同角時的電樞反應,4.一般情況下的電樞反應,直軸電樞反應磁動勢,交軸電樞反應磁動勢,三、不同角時的電樞反應,4.一般情況下的電樞反應,若把電流 也分解成 和 兩個分量，則,交軸電樞反應磁動勢使氣隙磁場扭斜。產(chǎn)生 角，從而進行機電能量轉換，直軸電樞反應磁動勢

9、對勵磁破動勢起去磁作用，使氣隙磁場減小,10-3 隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,1、電磁關系,2、電勢平衡方程式,10-3 隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,4、電樞反應電抗,Ea 4.44fNkw1a,式中： 稱為電樞反應電抗,是對稱負載下每相電流為1安時所感應的電樞反應電動勢,10-3 隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,4、漏電抗,漏磁電動勢 也可寫成負的漏抗壓降的形式，即,式中： 為與漏磁通相對應的漏電抗,10-3 隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,5、綜上分析，不考慮飽和時隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式可寫為,稱為同步電機的同步

10、電抗,氣隙電動勢,6、相量圖和等效電路,分析功率因數(shù)角、功率因數(shù)角、功角物理意義,一臺隱極式同步發(fā)電機，分別在 、 、 （滯后）與 （滯后）兩種情況下運行。其中 和 保持不變，而 ，問哪一種情況下所需的勵磁電流大？為什么,例1,由于在滯后的功率因數(shù)時，愈小，電樞反應去磁作用愈強，為了獲得一樣的端電壓，必須增大勵磁。在運行中，當功率因數(shù)變小所需勵磁電流增大時，必須注意轉子的溫升不能超過額定溫升值,10-4 凸極同步發(fā)電機的雙反應理論,雙反應理論,凸極同步發(fā)電機的電樞磁場分布及雙反應理論的提出,凸極同步發(fā)電機的氣隙是不均勻的，極弧下氣隙較小，極間部分氣隙較大，因此同一電樞磁動勢作用在不同的位置時，

11、電樞反應將不一樣,10-4 凸極同步發(fā)電機的雙反應理論,雙反應理論,凸極同步發(fā)電機的電樞磁場分布及雙反應理論的提出,雙反應理論的基本思想：當電樞磁動勢 的軸線既不和直軸又不和交軸重合時，可以把電樞磁動勢 分解成直軸分量 和交軸分量 ，然后分別分析直軸和交軸電樞磁動勢的電樞反應，最后再把它們的的效果迭加起來。 這種考慮到凸極電機中氣隙的不均勻性，把電樞反應分為直軸和交軸電樞反應的處理方法，叫做雙反應理論,10-5 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,1、電磁關系,2、電動勢方程式：各物理量的規(guī)定正方向與圖1011所示,10-5 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,電樞反應

12、電抗：和隱極電機相似，不計飽和時,式中xad、 xaq分別為直軸電樞反應電抗和交軸電樞反應電抗，它表征當對稱的三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時，三相聯(lián)合產(chǎn)生的基波電樞磁場在每一相繞組中感應的直軸或交軸電樞反應電動勢,10-5 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,電樞反應電抗,電樞反應電抗正比于匝數(shù)的平方和磁導的乘積，即,對于隱極電機，由于氣隙均勻， ，所以,10-5 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,電樞反應電抗,10-5 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,綜上分析，凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為,式中,分別稱為凸極同步電機的直軸同步電抗和交軸同步電抗,其物理意義為當對稱三直軸或交軸電樞電流每相為1安時，三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應的電動勢,引入電動勢,10-5 凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,等效電路,例2 一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗分別等于 ，電樞電阻略去不計。試計算發(fā)電機發(fā)出額定電壓、額定功率， （滯后）時的勵磁電動勢（不計飽和,同步發(fā)電機的基本電磁關系,小結,在分析同步電機內部的物理情況式，電樞反應占有重要的地位。電樞反應的性質取決于負載的性質和電機內部的參數(shù)，明確地說，它取決于 與 的夾角的數(shù)值。在同步電機中，