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1、同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行,基本概念,空載運(yùn)行：同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流而電樞繞組開路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載運(yùn)行或無載運(yùn)行,勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)：同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電樞電流為零，電機(jī)氣隙中只有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流 if 產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Ff 和磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁場(chǎng),圖10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載磁路,10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行,基本概念,主磁通（勵(lì)磁磁通）：既鏈過轉(zhuǎn)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(shí)的氣隙磁通，或稱勵(lì)磁磁通。 主極漏磁通：只交鏈勵(lì)磁繞組的磁通f稱為主極漏磁通，它不參與電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程。如圖

2、101所示,圖10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載磁路,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),一、基本概念,電樞磁動(dòng)勢(shì)：帶上負(fù)載以后，由于電樞繞組有電流通過，就出現(xiàn)第二個(gè)磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)。 如果繞組對(duì)稱，三相負(fù)載亦對(duì)稱，電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波就將為一同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的基波和電樞磁動(dòng)勢(shì)基波二者之和，就構(gòu)成了負(fù)載時(shí)的合成磁動(dòng)勢(shì)，從而決定了氣隙合成磁場(chǎng)。 電樞反應(yīng)：負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)主極磁通基波的影響，就稱為電樞反應(yīng)，因此，電樞磁動(dòng)勢(shì)又稱為電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),一、基本概念,旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本條件：同步電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向一致

3、，因此它們?cè)诳臻g保持相對(duì)靜止。正由于這種相對(duì)靜止，才使它們之間的相互關(guān)系保持不變，從而建立穩(wěn)定的氣隙磁場(chǎng)和產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)距，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。實(shí)際上，定轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)靜止是一切電磁感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)正常運(yùn)行的基本條件,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),二、時(shí)空相矢圖分析電樞反應(yīng)時(shí)采用時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡(jiǎn)稱為“時(shí)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(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 及其磁密 為一空間矢量。該矢量位于轉(zhuǎn)子的極軸線上，方向?yàn)镹極指向，以同步速旋轉(zhuǎn)，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(dòng)勢(shì) 也為空間矢量，它的位置可以這樣來

4、確定，即當(dāng)某相電流達(dá)到最大時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì) 剛好轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的一致，并以同步速旋轉(zhuǎn),如圖104所示。圖中A相電流最大，所以 剛好轉(zhuǎn)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(shí)間相量：凡是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的量,同步電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)(勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)） 是時(shí)間向量，該相量的相位由轉(zhuǎn)子的位置決定，如轉(zhuǎn)子處于圖(a)位置，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)正方向與電流正方向一致時(shí)，A相感電動(dòng)勢(shì)為正的最大，所以 位于時(shí)間軸線上。如圖(b)所示。電動(dòng)勢(shì)相量的角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度都是,電樞電流 也是時(shí)間相量，它的相位決定于電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)。電機(jī)

5、內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)決定了電樞電流和空載電動(dòng)勢(shì)之間的相位差角， 稱為內(nèi)功率因數(shù)角,3.時(shí)空相矢圖：由于空間矢量和時(shí)間相量旋轉(zhuǎn)的角速度都是，把空間軸線+A與時(shí)間軸線+t重合在一起，空間矢量和時(shí)間相量就畫在同一張圖里，稱為時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，簡(jiǎn)稱為“時(shí)空相矢圖,3.時(shí)空相矢圖,結(jié)論：在時(shí)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(fù)載的性質(zhì)不同而改變。而 與 之間相對(duì)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(yīng)的性質(zhì)是由角決定的，也就是說單機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由負(fù)載的性質(zhì)決定的,試說明同步電機(jī)中的 、 、 、 、 、等物理量哪些是空間矢量

6、？哪些是時(shí)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(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),1. 與 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),1. 與 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng),交軸電樞反應(yīng)的作用,1）對(duì)主磁極而言，交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)在前極端(順轉(zhuǎn)向看、極靴的前都) 起去磁作用，在后極端（順轉(zhuǎn)向看,極靴的后部)起加磁作用。定子合成磁動(dòng)勢(shì) 較 扭斜了 角，幅值也有所增加，從而使氣隙磁場(chǎng)的大小也有所增加。 2）同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和能量轉(zhuǎn)換與交軸電樞反應(yīng)密切相關(guān)。只有具有交軸電樞反應(yīng)，定子合成磁動(dòng)勢(shì)和主磁極之間才會(huì)形成一定的

7、 角，從而才能實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換，所以交軸電樞反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的必要條件,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),2. 落后 以 時(shí)的電樞反應(yīng)去磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),2. 落后 以 時(shí)的電樞反應(yīng)去磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),直軸電樞反應(yīng)的作用,1）對(duì)主磁場(chǎng)而言，直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)起去磁作用，使得氣隙合成磁場(chǎng)減小。 2）由于合成磁動(dòng)勢(shì)投有扭斜現(xiàn)象（ ），此時(shí)直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)正對(duì)著，不產(chǎn)生切向力，所以不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，因而也不能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),3.

8、 超前 以 時(shí)的電樞反應(yīng)加磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),3. 超前 以 時(shí)的電樞反應(yīng)加磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),直軸電樞反應(yīng)的作用,1）對(duì)主磁場(chǎng)而言，直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)起加磁作用，使得氣隙合成磁場(chǎng)增強(qiáng)。 2）由于合成磁動(dòng)勢(shì)投有扭斜現(xiàn)象（ ），所以也不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，也不能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),4.一般情況下的電樞反應(yīng),直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì),交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),4.一般情況下的電樞反應(yīng),若把電流 也分解成 和 兩個(gè)分量，則,交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)使氣隙磁場(chǎng)扭斜。產(chǎn)生 角，從而進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)

9、對(duì)勵(lì)磁破動(dòng)勢(shì)起去磁作用，使氣隙磁場(chǎng)減小,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,1、電磁關(guān)系,2、電勢(shì)平衡方程式,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,4、電樞反應(yīng)電抗,Ea 4.44fNkw1a,式中： 稱為電樞反應(yīng)電抗,是對(duì)稱負(fù)載下每相電流為1安時(shí)所感應(yīng)的電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì),10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,4、漏電抗,漏磁電動(dòng)勢(shì) 也可寫成負(fù)的漏抗壓降的形式，即,式中： 為與漏磁通相對(duì)應(yīng)的漏電抗,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,5、綜上分析，不考慮飽和時(shí)隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式可寫為,稱為同步電機(jī)的同步

10、電抗,氣隙電動(dòng)勢(shì),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(tái)隱極式同步發(fā)電機(jī)，分別在 、 、 （滯后）與 （滯后）兩種情況下運(yùn)行。其中 和 保持不變，而 ，問哪一種情況下所需的勵(lì)磁電流大？為什么,例1,由于在滯后的功率因數(shù)時(shí)，愈小，電樞反應(yīng)去磁作用愈強(qiáng)，為了獲得一樣的端電壓，必須增大勵(lì)磁。在運(yùn)行中，當(dāng)功率因數(shù)變小所需勵(lì)磁電流增大時(shí)，必須注意轉(zhuǎn)子的溫升不能超過額定溫升值,10-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論,雙反應(yīng)理論,凸極同步發(fā)電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布及雙反應(yīng)理論的提出,凸極同步發(fā)電機(jī)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(dòng)勢(shì)作用在不同的位置時(shí)，

11、電樞反應(yīng)將不一樣,10-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論,雙反應(yīng)理論,凸極同步發(fā)電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布及雙反應(yīng)理論的提出,雙反應(yīng)理論的基本思想：當(dāng)電樞磁動(dòng)勢(shì) 的軸線既不和直軸又不和交軸重合時(shí)，可以把電樞磁動(dòng)勢(shì) 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(dòng)勢(shì)的電樞反應(yīng)，最后再把它們的的效果迭加起來。 這種考慮到凸極電機(jī)中氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分為直軸和交軸電樞反應(yīng)的處理方法，叫做雙反應(yīng)理論,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,1、電磁關(guān)系,2、電動(dòng)勢(shì)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(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,電樞反應(yīng)

12、電抗：和隱極電機(jī)相似，不計(jì)飽和時(shí),式中xad、 xaq分別為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗，它表征當(dāng)對(duì)稱的三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時(shí)，三相聯(lián)合產(chǎn)生的基波電樞磁場(chǎng)在每一相繞組中感應(yīng)的直軸或交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì),10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,電樞反應(yīng)電抗,電樞反應(yīng)電抗正比于匝數(shù)的平方和磁導(dǎo)的乘積，即,對(duì)于隱極電機(jī)，由于氣隙均勻， ，所以,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,電樞反應(yīng)電抗,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,綜上分析，凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式為,式中,分別稱為凸極同步電機(jī)的直軸同步電抗和交軸同步電抗,其物理意義為當(dāng)對(duì)稱三直軸或交軸電樞電流每相為1安時(shí)，三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場(chǎng)在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì),引入電動(dòng)勢(shì),10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖,等效電路,例2 一臺(tái)凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸和交軸同步電抗分別等于 ，電樞電阻略去不計(jì)。試計(jì)算發(fā)電機(jī)發(fā)出額定電壓、額定功率， （滯后）時(shí)的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)（不計(jì)飽和,同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,小結(jié),在分析同步電機(jī)內(nèi)部的物理情況式，電樞反應(yīng)占有重要的地位。電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于負(fù)載的性質(zhì)和電機(jī)內(nèi)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(jī)中，