東南大學(xué)電機(jī)學(xué)chap1

1、第第12章章 同步電機(jī)的基本理論與運(yùn)行特性同步電機(jī)的基本理論與運(yùn)行特性回顧同步電機(jī)的原理回顧同步電機(jī)的原理轉(zhuǎn)子繞組通以直流電流形成分布磁場(chǎng)，匝鏈定子上的各相繞組。定子上嵌放有對(duì)稱三相繞組a-x、b-y、c-z設(shè)磁場(chǎng)在氣隙中按正弦分布設(shè)磁場(chǎng)在氣隙中按正弦分布l設(shè)轉(zhuǎn)子以恒定速度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以恒定速度旋轉(zhuǎn)l定子繞組中所匝鏈的磁通按正弦規(guī)律變化，其感應(yīng)電勢(shì)按正弦規(guī)律變化。l由于各相匝數(shù)相等，從而各相電勢(shì)的大小相等，由于各相繞組空間分布彼此相距120，從而三相電勢(shì)時(shí)間相位差120滿滿足了三相電勢(shì)對(duì)稱要求足了三相電勢(shì)對(duì)稱要求。原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，則為同步發(fā)電機(jī)當(dāng)對(duì)稱的三相電流流過對(duì)稱的三相繞組時(shí)，當(dāng)對(duì)稱的三相電流流過

2、對(duì)稱的三相繞組時(shí)，合成磁勢(shì)為一旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)合成磁勢(shì)為一旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)定子繞組磁勢(shì)產(chǎn)生的氣隙圓形氣隙圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)有相同的極對(duì)數(shù)，磁極相互吸引，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同步同步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)一、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的型式與構(gòu)造1.基本構(gòu)造型式2.汽輪機(jī)3.水輪機(jī)基本構(gòu)造型式基本構(gòu)造型式l組成：固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子l分：磁極旋轉(zhuǎn)式和電樞旋轉(zhuǎn)式。l磁極旋轉(zhuǎn)式以電樞為定子，磁極為轉(zhuǎn)子。使磁極旋轉(zhuǎn)，激磁電流通過集電環(huán)送入激磁繞組。l旋轉(zhuǎn)電樞式應(yīng)用于小容量同步電機(jī) 磁極旋轉(zhuǎn)式同步電機(jī)磁極旋轉(zhuǎn)式同步電機(jī)l 定子、轉(zhuǎn)子、氣隙定子、轉(zhuǎn)子、氣隙l定子定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌

3、放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱交流繞組三相對(duì)稱交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組 l轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。 l氣隙氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。 發(fā)電機(jī)原理發(fā)電機(jī)原理示意示意l主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。 l 載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感

4、應(yīng)電流的載體。l切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。l 交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱交變電勢(shì)。通過引出線，即可提供交流電源。l 感應(yīng)電勢(shì) 頻率： 感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p ，即l交變性與對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。60pnf 同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速l同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是

5、一個(gè)不變的值，要求發(fā)電要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國(guó)電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有： l發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值同步轉(zhuǎn)速。例如2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，依次類推。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運(yùn)行。ppfn300060電動(dòng)機(jī)原理電動(dòng)機(jī)原理l將同步電機(jī)定子繞組接至三相交流電源，頻率為f的三相交流電流將在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。l在一定條件下旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將吸住轉(zhuǎn)子磁極一起旋轉(zhuǎn)，它們有相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向有相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)l轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速 n60fp l同步電動(dòng)機(jī)

6、的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。 同步補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行同步補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行l(wèi)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。 l過激時(shí)，有超前的無(wú)功功率，如電容器凸極式轉(zhuǎn)子凸極式轉(zhuǎn)子l凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對(duì)磁極和勵(lì)磁線圈l當(dāng)勵(lì)磁線圈中通過直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為 N 極和 S 極l對(duì)水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機(jī)的極數(shù)就比較多，做成凸極式結(jié)構(gòu)工藝上較為簡(jiǎn)單。中

7、小型同步電機(jī)多半也做成凸極式。隱極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子l隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極l沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，這些槽中嵌放著勵(lì)磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)成大齒大齒，是磁極的中心區(qū)。l勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會(huì)出現(xiàn) N 極和 S 極。l在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達(dá)170米/秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機(jī)都做成細(xì)長(zhǎng)的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子。 汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)l以汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)為原動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)的運(yùn)行性能在高速時(shí)較為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)有盡可能高的轉(zhuǎn)速?；痣娬局衅啺l(fā)電機(jī)一般為兩極隱極式。原子能電站的大型汽輪發(fā)電

8、機(jī)一般采用4極隱極式。 l定子與異步電機(jī)相同，定子鐵心由0.35mm或0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成。定子外徑較小時(shí)，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于1m 時(shí)，采用扇形沖片。l轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子，其外形常做成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱體外形常做成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱體為了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力。轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上銑有許多槽，勵(lì)磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。 勵(lì)磁繞組為同心式繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)。l轉(zhuǎn)軸經(jīng)聯(lián)軸器與汽輪機(jī)相聯(lián)的一端為汽機(jī)端，稱與勵(lì)磁機(jī)相接的一端為勵(lì)磁機(jī)端。l集電環(huán)：激磁繞組的兩個(gè)出線端，通過裝在勵(lì)磁機(jī)側(cè)的集電環(huán)經(jīng)電刷與直流激磁電源接通。 汽輪發(fā)電機(jī)圖汽輪發(fā)電機(jī)圖汽輪

9、發(fā)電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)l特點(diǎn)極數(shù)多，直徑大，軸向長(zhǎng)度短極數(shù)多，直徑大，軸向長(zhǎng)度短，整個(gè)轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不相同，具扁短形扁短形。大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)為立式。l定子鐵心水輪發(fā)電機(jī)的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。l定子繞組每槽內(nèi)只有一線棒，稱單層繞組。為改善電壓波形，常為改善電壓波形，常采用分?jǐn)?shù)槽繞組采用分?jǐn)?shù)槽繞組。l轉(zhuǎn)子磁極由厚度為12mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來(lái)壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機(jī)磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來(lái)擬制短路電流和減弱電

10、機(jī)振蕩，在電動(dòng)機(jī)中作為起動(dòng)繞組用。水輪發(fā)電機(jī)圖水輪發(fā)電機(jī)圖分?jǐn)?shù)槽繞組基本概念分?jǐn)?shù)槽繞組基本概念l原因：水輪發(fā)電機(jī)由于極數(shù)很多，極距相對(duì)較小，每極每相槽數(shù)q就不可能太大，否則總槽數(shù)便過多，使制造工藝發(fā)生困難。若q取較小整數(shù)取較小整數(shù)，卻不能充分利不能充分利用繞組分布的方法來(lái)削弱由非正弦波分布的磁場(chǎng)所感用繞組分布的方法來(lái)削弱由非正弦波分布的磁場(chǎng)所感應(yīng)的電勢(shì)中的諧波分量應(yīng)的電勢(shì)中的諧波分量。此外，q較小時(shí)齒諧波電勢(shì)齒諧波電勢(shì)的次數(shù)較低而數(shù)值較大的次數(shù)較低而數(shù)值較大。l水輪發(fā)電機(jī)和低速同步電動(dòng)機(jī)的每極每相槽數(shù)q常不用整數(shù)，而用分?jǐn)?shù)，例如采用q=b+c/d。分?jǐn)?shù)槽繞組。 分?jǐn)?shù)槽繞組示意分?jǐn)?shù)槽繞組示意分?jǐn)?shù)

11、槽繞組意義分?jǐn)?shù)槽繞組意義l把各個(gè)極對(duì)依此重疊起來(lái)，則各不同極對(duì)下的齒和槽便不能各個(gè)重合。槽與槽之間有了一個(gè)位移角。位于各個(gè)極對(duì)下的每相導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)便必須用幾何方法相加。l分?jǐn)?shù)槽實(shí)現(xiàn)了極對(duì)與極對(duì)間的分布分?jǐn)?shù)槽實(shí)現(xiàn)了極對(duì)與極對(duì)間的分布，與分布繞組實(shí)現(xiàn)了槽與槽的分布和短匝繞組實(shí)現(xiàn)了層與層的分布相似，都起著削弱諧波分量的作用。l在求分?jǐn)?shù)槽繞組的分布因數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮極對(duì)與極對(duì)之間的分布。將各極對(duì)重疊，化成一臺(tái)等效二極機(jī)，然后求出分布因數(shù)。 同步電機(jī)銘牌同步電機(jī)銘牌l電機(jī)型號(hào)l額定容量 SN (VA,kVA,MVA等) 或額定功率PN (W,kW,MW等) ：指電機(jī)輸出功率輸出功率的保證值。l額定電壓 (

12、V,kV等) ：額定時(shí)定子輸出端線電壓。l額定電流 (A) ：指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流。l額定功率因數(shù) ：額定運(yùn)行時(shí)輸出電功率的功率因數(shù)。l額定頻率 ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)電樞輸出端電能的頻率，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz。l額定轉(zhuǎn)速 ：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。 同步電機(jī)名牌上還有其它的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如額定負(fù)載時(shí)的溫升 、勵(lì)磁容量 和勵(lì)磁電壓 ，定子繞組連接等。我國(guó)生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)有QFQ、QFN、QFS等系列。前兩個(gè)字母表示汽輪發(fā)電機(jī)；第三個(gè)字母表示冷卻方式，Q表示氫外冷，N表示氫內(nèi)冷，S表示雙水內(nèi)冷。系列：TS系列，T表示同步，S表示水輪。舉例：QFS-300-2 表示容量為300MW雙

13、水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機(jī)。TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)，定子外徑為1264厘米，鐵心長(zhǎng)為160厘米，極數(shù)為48。外同步電動(dòng)機(jī)系列有TD、TDL等，TD表示同步電動(dòng)機(jī)，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動(dòng)機(jī)；TDL表示立式同步電動(dòng)機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)為TT系列。思考題思考題l為什么同步電機(jī)不能有任意的轉(zhuǎn)速？l如何從外形上區(qū)分汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)？l定子電樞繞組安排的基本要求各相繞組感應(yīng)電勢(shì)對(duì)稱二、同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)二、同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)1. 基本概念2. 勵(lì)磁的要求3. 勵(lì)磁方式4. 幾種勵(lì)磁系統(tǒng)概念概念l勵(lì)磁方式同步電機(jī)獲取直流直流勵(lì)磁電流的方式l勵(lì)磁系統(tǒng)供結(jié)勵(lì)磁電

14、流的整個(gè)系統(tǒng)，包括裝置和線路勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（手動(dòng)、自動(dòng)）滅磁裝置對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求l正常運(yùn)行時(shí)，供結(jié)勵(lì)磁電流l為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負(fù)載情況變化，勵(lì)磁電流能相應(yīng)調(diào)節(jié)l當(dāng)系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)（如發(fā)生短路故障等），能強(qiáng)行勵(lì)磁提高電勢(shì)，保持電壓穩(wěn)定l突然丟負(fù)荷時(shí)，如水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯升高，能強(qiáng)行減磁，限制端電壓過度增高。對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求l當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)， 能快速滅磁和減磁，以減小故障的損壞程度。l對(duì)兩臺(tái)以上并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)， 能成組成組調(diào)節(jié)無(wú)功功率，使無(wú)功合理分配。l其他：反映迅速，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，成本低，體積小等強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)l勵(lì)磁電流增長(zhǎng)幅

15、度l勵(lì)磁電流增長(zhǎng)速度正常工作電壓強(qiáng)勵(lì)時(shí)頂值電壓強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)K正常工作電壓內(nèi)增長(zhǎng)電壓電壓上升速度sv5 . 0一般值，K=1.5-2，v=0.5-1.0勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式l它勵(lì)由另外電源供電直流發(fā)電機(jī)，帶整流的交流發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式同軸，獨(dú)立工作l自勵(lì)自并勵(lì)，自復(fù)勵(lì)，諧波繞組勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法，或采用負(fù)載電流反饋的復(fù)式勵(lì)磁。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流勵(lì)磁交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流勵(lì)磁同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流

16、電源提供，待電壓建立起來(lái)后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。它勵(lì)式它勵(lì)式在中小型同步發(fā)電機(jī)中，也可采用自勵(lì)式整流系統(tǒng)在中小型同步發(fā)電機(jī)中，也可采用自勵(lì)式整流系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交旋轉(zhuǎn)電樞的

17、交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置無(wú)刷勵(lì)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)磁系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)電樞式三、同步電機(jī)的空載運(yùn)行三、同步電機(jī)的空載運(yùn)行1.空載磁勢(shì)2.時(shí)空矢量3.空載電勢(shì)4.電壓波形畸變1、空載與空載磁勢(shì)、空載與空載磁勢(shì)l空載運(yùn)行：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，勵(lì)磁繞組通過適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流，電樞繞組不帶任何負(fù)載時(shí)。l 空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)單獨(dú)建立氣隙磁場(chǎng)由

18、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)單獨(dú)建立，分析較為簡(jiǎn)單 1.1 隱極同步電機(jī)的空載磁勢(shì)隱極同步電機(jī)的空載磁勢(shì)l勵(lì)磁繞組（分布繞組）埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙近似均勻氣隙近似均勻。l勵(lì)磁磁勢(shì)在空間的分布為一個(gè)階梯形空間的分布為一個(gè)階梯形，受齒槽的影響,氣隙磁密呈現(xiàn)出波動(dòng)變化。l用諧波分析法可求出其基波分量l合理地選擇大齒的寬度可以使氣隙磁密的分布接近正弦波。如無(wú)特殊說明，以后僅考慮磁通密度的基波分量?jī)H考慮磁通密度的基波分量 fffFFk1波形系數(shù)1.2 凸極同步電機(jī)的空載磁勢(shì)凸極同步電機(jī)的空載磁勢(shì)勵(lì)磁繞組為集中繞組，磁勢(shì)波為矩形波矩形波l對(duì)于凸極發(fā)電機(jī)來(lái)說，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個(gè)電樞圓周分布不均氣隙沿整個(gè)電樞圓周分

19、布不均勻勻，極面下氣隙較小，磁阻較??；極間氣隙較大，極間磁阻很大。同一個(gè)極面下，氣隙徑向磁通密度的分布近似于平頂?shù)拿毙?。極靴以外的氣隙磁通密度減少很快，相鄰兩極中線上的磁通密度為零。l氣隙磁密用付立葉諧波分析分解出空間基波和一系列諧波一系列諧波。 2sin4fkl感應(yīng)電勢(shì)的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關(guān)。l在設(shè)計(jì)和制造電機(jī)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以獲得盡可能接近正弦分布接近正弦分布的氣隙磁密，從而得到較高品質(zhì)的感應(yīng)電勢(shì)。 2 同步電機(jī)中的時(shí)空量同步電機(jī)中的時(shí)空量將相繞組軸線作為空間矢量參考軸（相軸）令時(shí)間相量參考軸（時(shí)軸）與空間矢量參考軸重合轉(zhuǎn)子繞組軸線兩極間中心線時(shí)間相量時(shí)間

20、相量繞組的感應(yīng)電勢(shì)、電壓和電流，匝鏈的磁通空間矢量空間矢量磁勢(shì)和磁通密度（隨時(shí)間變化）3 空載電勢(shì)空載電勢(shì)三相電勢(shì)對(duì)稱三相電勢(shì)對(duì)稱主磁通主磁通 0漏磁通漏磁通 只有主磁通才在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)011044. 4NkfNE4 電壓波形畸變電壓波形畸變l定義：實(shí)際空載線電壓波形與正弦波形的偏差程度。1222122322mnmnmmkmmvUUUUUUk規(guī)定規(guī)定：空載及額定電壓時(shí)，容量在300kVA之上時(shí)不超過5%，較小容量不超過10%。影響影響：危害用電設(shè)備（瞬時(shí)電壓值可大大超過額定電壓），導(dǎo)致線路附加損耗，高頻輻射影響通訊。措施措施：使氣隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和短距繞組，三相Y形

21、接法消除三次及其倍數(shù)次諧波。四、對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的電樞反應(yīng)四、對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的電樞反應(yīng)l負(fù)載后磁勢(shì)分析，電樞反應(yīng)l概念：內(nèi)功率因數(shù)角 l不同情況電樞反應(yīng)分析4.1 負(fù)載后（氣隙）磁勢(shì)分析負(fù)載后（氣隙）磁勢(shì)分析空載時(shí)，只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢(shì)Ff隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì) (稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)) ，在電樞繞組中感應(yīng)出三相對(duì)稱交流電勢(shì)，勵(lì)磁電勢(shì)，即空載電勢(shì)E0。當(dāng)電樞繞組接上三相對(duì)稱負(fù)載后，電樞繞組中流過三相對(duì)稱的交流電流 ，將形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)電樞磁勢(shì)Fa電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) (稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)）。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速均為同步速，且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，矢量合成為

22、一個(gè)合成磁勢(shì) 。 氣隙磁場(chǎng) 由合成磁勢(shì) 在電機(jī)的氣隙中建立起來(lái)的磁場(chǎng)。同步發(fā)電機(jī)負(fù)載以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢(shì)和磁場(chǎng)及繞組中感應(yīng)電勢(shì)將發(fā)生顯著變化，此變化主要由電樞磁勢(shì)的出現(xiàn)所致。 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)4.2內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角 E0Ia 解釋：時(shí)間相量解釋：時(shí)間相量Ia與空間矢量與空間矢量Fa同向同向電樞磁勢(shì)Fa三相電流產(chǎn)生的合成磁勢(shì)，哪一相電流達(dá)最大值，則位置在其繞組的軸線上；A相電流Ia如Ia最大，則Ia在相軸上，此時(shí)Fa正好在交軸上4.3 =0時(shí)的電樞反應(yīng)分析時(shí)的電樞反應(yīng)分析l輸出電流 和空載電勢(shì)同相，有功功率從電機(jī)輸至電網(wǎng)發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)。l0，cos1，sin0，不發(fā)出無(wú)功功率不發(fā)出

23、無(wú)功功率。 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)在直軸上，電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢(shì)的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。作用在交軸上的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)，簡(jiǎn)稱交磁作用 解釋：時(shí)間相量解釋：時(shí)間相量Ia與空間矢量與空間矢量Fa同向同向電樞磁勢(shì)Fa三相電流產(chǎn)生的合成磁勢(shì)，哪一相電流達(dá)最大值，則位置在其繞組的軸線上；A相電流Ia如Ia最大，則Ia在相軸上，此時(shí)Fa正好在交軸上交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)Fa滯后于滯后于Ff1發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)4.4 =/2 時(shí)的電樞反應(yīng)分析時(shí)的電樞反應(yīng)分析l輸出電流滯后于空載電勢(shì)90，cos0，sin1，有功功率等于零，僅發(fā)出電感性無(wú)功功率發(fā)出電感性無(wú)功功率。 直軸

24、電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng) 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)均作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，合成磁?shì)的幅值減小直軸去磁電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)。為保持電壓不變，應(yīng)增大勵(lì)磁，即為過激狀態(tài)，將輸出電感性無(wú)功功率 4.5 = 時(shí)的電樞反應(yīng)分析時(shí)的電樞反應(yīng)分析lI與E0反相。cos1，sin0，有功功率將從電網(wǎng)輸送到電機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 lsin0，不發(fā)出無(wú)功功率不發(fā)出無(wú)功功率。 交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)Fa超前于超前于Ff1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)作用在直軸上，電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)使合成磁勢(shì)的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。4.6 =-/2 時(shí)的電樞反應(yīng)分析時(shí)的電樞反應(yīng)分

25、析l輸出電流超前空載電勢(shì)90，cos0，sin1，有功功率等于零，僅發(fā)出電容性無(wú)功功率發(fā)出電容性無(wú)功功率，或吸收電感性無(wú)功功率。 直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)均作用在直軸上，方向一致，合成磁勢(shì)的幅值加大，電樞反應(yīng)為純?cè)龃抛饔弥陛S助磁助磁電樞反應(yīng)。 為保持電壓不變，應(yīng)減少勵(lì)磁，即為欠激狀態(tài)，將輸出電容輸出電容性無(wú)功功率性無(wú)功功率 4.7 為任意角度時(shí)的電樞反應(yīng)為任意角度時(shí)的電樞反應(yīng)l將電樞磁勢(shì)分解為直軸和交軸兩個(gè)分量。coscossinsinaaqaaqaadaadIIFFIIFF交軸分量Faq滯后于Ff1為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，超前于Ff1為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)于輸出和輸入有功功率。直軸分

26、量Fad可能是磁化或去磁作用，當(dāng)去磁作用時(shí)，處于過激狀態(tài)。當(dāng)直軸電樞磁勢(shì)起磁化作用時(shí)，接在電網(wǎng)上的同步電機(jī)處于欠激狀態(tài)。 電樞反應(yīng)分析電樞反應(yīng)分析同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況：（-90o，90o）同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況：（90o，270o）電樞反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵電樞反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵l同步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子繞組開路，沒有負(fù)載電流：不存在電樞反應(yīng)，不存在電樞反應(yīng)，不存在由轉(zhuǎn)子到定子的能量傳遞不存在由轉(zhuǎn)子到定子的能量傳遞。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)帶有負(fù)載時(shí)，就產(chǎn)生了電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 不同負(fù)載性質(zhì)時(shí)，電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生不同性質(zhì)的電磁力和電磁轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同性質(zhì)的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩矩。實(shí)現(xiàn)能量的傳遞實(shí)現(xiàn)能量的傳遞

27、（a)：電樞反應(yīng)交軸作用，電磁力與旋轉(zhuǎn)方向相反，為了維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率（b）（c）：電樞反應(yīng)直軸作用，b為去磁，c為助磁，為保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須隨著無(wú)功負(fù)載的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的激磁電流。五、不計(jì)飽和分析隱極同步發(fā)電機(jī)五、不計(jì)飽和分析隱極同步發(fā)電機(jī)l當(dāng)不考慮磁路飽和現(xiàn)象時(shí)，可以應(yīng)用疊加原理：假設(shè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)分別在定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)感應(yīng)的電勢(shì)為空載電勢(shì)；電樞磁場(chǎng)感應(yīng)的電勢(shì)為電樞反應(yīng)電勢(shì)。l定子回路（每相）電壓平衡式 jxrIUEEEaa05.1 隱極發(fā)電機(jī)的等效電路隱極發(fā)電機(jī)的等效電路lE0空載電勢(shì)，反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的作用lEa電

28、樞反應(yīng)電勢(shì)，反應(yīng)電樞磁場(chǎng)的作用。是三相合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在一相繞組中的感應(yīng)電勢(shì)。5.2 隱極電機(jī)電樞反應(yīng)電抗隱極電機(jī)電樞反應(yīng)電抗xal當(dāng)三相對(duì)稱電樞電流流過電樞繞組時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì) ，在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生跨過氣隙的電樞反應(yīng)磁通 和不通過氣隙的漏磁通 ，分別在電樞各相繞組中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電勢(shì) 和漏磁電勢(shì) 。 l 與電樞電流 的大小成正比(不計(jì)飽和)，比例常數(shù)稱 為電樞反應(yīng)電抗?？紤]到相位關(guān)系后，每相電樞反應(yīng)電勢(shì)為： aEEaEIjxaEa物理意義：電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在定子每相繞組中感應(yīng)的電樞反應(yīng)電勢(shì)，可以看作相電流所產(chǎn)生的一個(gè)電抗電壓降aEaaFI電樞反應(yīng)氣隙磁通合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)Xa推導(dǎo)推導(dǎo)電樞磁勢(shì)基波振

29、幅電樞磁場(chǎng)基波振幅每極電樞磁通 電樞反應(yīng)電勢(shì)電樞反應(yīng)電抗 IkpNmIsqkmFwwa11222142IkpNmkFkBwaa1002lBaa2IpklkmfNNfkEawaw212014272121016pklkmfNxwa隱極電機(jī)同步電抗隱極電機(jī)同步電抗 xs對(duì)應(yīng)于定子繞組的漏磁通對(duì)應(yīng)于定子電流所產(chǎn)生的空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)是三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的，幅值為每相脈動(dòng)磁勢(shì)幅值的3/2倍。磁通在繞組中的感應(yīng)電勢(shì)用相電流 在電抗上的壓降表示，為每相值ssaaaZIUjxrIUxxjrIUE0 xs5.3 隱極發(fā)電機(jī)的相量圖隱極發(fā)電機(jī)的相量圖在作相量圖時(shí)，假設(shè)已知：發(fā)電機(jī)的端電壓，電樞電流，負(fù)載功

30、率因數(shù)角，同步電抗。根據(jù)方程式求得勵(lì)磁電勢(shì) 步驟1：在水平方向作出相量 U步驟2：根據(jù)角作I 的方向并作出相量 步驟3：在U 的尾端加上 Ira 和 相量jIx0 ，它超前于I 90 得到E相量步驟4：再加上相量jIxa，得到E0相量xxjrIUEaa05.3 隱極發(fā)電機(jī)的相量圖隱極發(fā)電機(jī)的相量圖功角功角 E0與U間的夾角，與功率有關(guān)位移角位移角i 空間矢量Ff1與F間的相位角，反映負(fù)載后磁勢(shì)的位移sin0sMxUEP 附、電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算附、電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算l磁路不飽和時(shí)，分別由磁勢(shì)-磁密-感應(yīng)電勢(shì)，然后進(jìn)行疊加。l考慮磁路飽和，則疊加原理不適用。必須先合成磁勢(shì)，利用磁化曲線，確定產(chǎn)生合

31、成的磁場(chǎng)及其合成感應(yīng)電勢(shì)。l電樞磁勢(shì)折算為等效的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，并與原轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成為等效的氣隙合成磁勢(shì)。l隱極機(jī)與凸極機(jī)氣隙形狀不一樣，有不同的折算結(jié)果。附附.1 隱極機(jī)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算隱極機(jī)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算l折算原則：產(chǎn)生相等的基波磁場(chǎng)產(chǎn)生相等的基波磁場(chǎng)l由于氣隙均勻，則需基波磁勢(shì)振幅相等基波磁勢(shì)振幅相等l轉(zhuǎn)子磁勢(shì)ff，階梯波，振幅為Ff，基波振幅為Ff1=kfFf。fffFFk1波形系數(shù)電樞反應(yīng)磁勢(shì)基波分量fa，正弦分布，振幅為Fa設(shè)折算至轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的折算值為Fa（階梯形分布），相應(yīng)的基波分量振幅為kfFa依據(jù)折算原則，則kfFa = Fa即： 算系數(shù)隱極機(jī)電樞反應(yīng)磁勢(shì)折aaaafakFkFk

32、F1隱極機(jī)氣隙磁場(chǎng)簡(jiǎn)單計(jì)算隱極機(jī)氣隙磁場(chǎng)簡(jiǎn)單計(jì)算）對(duì)應(yīng)的（即利用空載特性求得有效轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，得：同乘以氣隙基波磁勢(shì)011EFEFFFFFkFFFfafaafa x I jEFFIEFFIaaff1思考題思考題l12-3 同步電抗對(duì)應(yīng)于什么磁通?為什么說同步電抗是三相電流產(chǎn)生的電抗而它的數(shù)值又是每相值？每相同步電抗與每相繞組本身的激磁電抗有什么區(qū)別? l哪些是空間矢量?哪些是時(shí)間相量?如何理解電流相量與電樞磁勢(shì)“同相”? 三相電流通過對(duì)稱三相繞組時(shí)產(chǎn)生電樞磁勢(shì)（為三相合成磁勢(shì)，空間矢量），幅值總是和具有最大電流的相繞組軸線重合。當(dāng)某相電流最大時(shí)，電流相量在時(shí)間軸上。在時(shí)空?qǐng)D上，取時(shí)間軸與相繞組軸線

33、（空間軸）重合，則有電流相量與電樞磁勢(shì)“同相”重合。六、不計(jì)飽和凸極電機(jī)的分析六、不計(jì)飽和凸極電機(jī)的分析l凸極同步機(jī)的氣隙不均勻凸極同步機(jī)的氣隙不均勻在極面下的磁導(dǎo)大，兩極之間的磁導(dǎo)小。l同一電樞磁勢(shì)波作用在氣隙不同處，會(huì)遇到不同的磁阻，產(chǎn)生不同的磁密。F=，B= Sl雙反應(yīng)法雙反應(yīng)法電樞基波磁勢(shì)Fa分解為直軸上的直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fad和交軸上的交軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)Faq。l根據(jù)直軸和交軸的磁導(dǎo)，分別求出直軸和交軸的磁通密度波及磁通。l求出在每相定子繞組中直軸電樞反應(yīng)電勢(shì)Ead和交軸電樞反應(yīng)電勢(shì)Eaq。l雙反應(yīng)法的基礎(chǔ)是，當(dāng)不計(jì)飽和時(shí)，適用疊加原理，用雙反應(yīng)法來(lái)分析凸極同步電機(jī)。aqaqqaqaa

34、adaddadEIFEIFEIF)()()(交軸直軸6.1 電路方程與等效電路電路方程與等效電路jXrIUEEEEaaqad0電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)Fad磁通磁通ad電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)Faq磁通磁通aq機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)Ff 磁通磁通0定子繞組漏磁場(chǎng)定子繞組漏磁場(chǎng) 6.2 直軸電樞反應(yīng)電抗直軸電樞反應(yīng)電抗xadl直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)fad 基波振幅為 l磁通密度分布波的振幅l磁通密度波基波分量振幅 l直軸電樞反應(yīng)基波每極磁通 l感應(yīng)產(chǎn)生的直軸電樞反應(yīng)電勢(shì) dwadIkpNmF12adadFkBaddadBkB1ddwadadIpklkmNklB10211222ddwadwadIpkklkmfNfNkE212

35、11042addadxI jEadadxkxkd的數(shù)值，一般在081之間，它和磁極下的最大、最小氣隙之比值及極弧與極距之比值等數(shù)值有關(guān) 氣隙越大，則磁阻越大，電樞反應(yīng)電抗越小6.3 交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗xaqqwaqIkpNmF12aqaqFkB0qaqqqwaqwaqIxIpkklkmfNfNkE21201142qaqaqIjxEaqaqxkxkq的數(shù)值，一般在040.6之間 6.4 同步電抗同步電抗l主要受電樞反應(yīng)電抗的影響，與電樞繞組匝數(shù)平方N2成正比，與磁導(dǎo)成正比l鐵心飽和程度提高，則磁導(dǎo)減小l氣隙增大，則磁導(dǎo)減小l激磁繞組匝數(shù)增加，如不改變磁路飽和程度，則同步電抗不變aq

36、qaddxxxxxxklpklkmfNxwa721210166.5 凸極發(fā)電機(jī)的相量圖凸極發(fā)電機(jī)的相量圖l由負(fù)載性質(zhì)，作出U和I相量l 確定E0的方向，得到內(nèi)功率因數(shù)角l分解負(fù)載電流Id=Isin ,Iq=Icos l得到E0qaqddx I jr IUxxI jE06.6 電抗簡(jiǎn)單比較說明電抗簡(jiǎn)單比較說明l變壓器激磁電抗標(biāo)幺值為幾十（無(wú)氣隙，磁阻小，主磁通大），Im在0.02-1標(biāo)幺值l異步電機(jī)激磁電抗標(biāo)幺值為幾（氣隙小，磁阻小，對(duì)應(yīng)空載氣隙主磁通），Im在0.2-0.5標(biāo)幺值l同步電機(jī)同步電抗標(biāo)幺值：隱極機(jī)在0.9-3.5，凸極機(jī)在0.6-1.6（交軸0.4-1.0），由于氣隙大，磁阻大附

37、、電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算附、電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算l磁路不飽和時(shí)，分別由磁勢(shì)-磁密-感應(yīng)電勢(shì)，然后進(jìn)行疊加。l考慮磁路飽和，則疊加原理不適用。必須先合成磁勢(shì)，利用磁化曲線，確定產(chǎn)生合成的磁場(chǎng)及其合成感應(yīng)電勢(shì)。l電樞磁勢(shì)折算為等效的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，并與原轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成為等效的氣隙合成磁勢(shì)。l隱極機(jī)與凸極機(jī)氣隙形狀不一樣，有不同的折算結(jié)果。附附.2 凸極機(jī)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算凸極機(jī)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算l氣隙不均勻，電樞磁勢(shì)波與磁密波有不同波形，折算條件：產(chǎn)生相同的基波磁密產(chǎn)生相同的基波磁密。l假設(shè)：不考慮交、直軸磁場(chǎng)間的相互影響（主要是對(duì)磁路飽和程度的影響）l交、直軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)波形不同，分別進(jìn)行折算。凸極機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁

38、磁勢(shì)凸極機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁勢(shì)l激磁磁勢(shì)ff為矩形波振幅為 Ff=NfIf產(chǎn)生的磁密波近似矩形bf 振幅為Bf基波分量 bf1 振幅為Bf1ffFkB0fBfBfFkkBkB01直軸電樞反應(yīng)的折算直軸電樞反應(yīng)的折算l直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)fad基波振幅為Fad磁場(chǎng)磁密波bad的振幅為Bad基波分量bad1的振幅為Bad1adadFkB0addaddadFkkBkB01折算：addadBFkkFkk00adadadBdadFkFkkF交軸電樞反應(yīng)的折算交軸電樞反應(yīng)的折算l交軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)faq基波振幅為Faq產(chǎn)生馬鞍形磁密波馬鞍形磁密波假想在直軸上磁密baq振幅為Baq基波磁密波baq1的振幅為Baq1aqa

39、qFkB0aqqaqqaqFkkBkB01折算：aqaqaqBqaqFkFkkFaqqaqBFkkFkk00凸極機(jī)磁場(chǎng)簡(jiǎn)單分析凸極機(jī)磁場(chǎng)簡(jiǎn)單分析l折算的物理意義：建立同樣大小的基波磁場(chǎng)時(shí)，單位安匝的直軸或交軸電樞磁勢(shì)（基波）相當(dāng)于多少安匝的勵(lì)磁磁勢(shì)（指幅值）l一般，kqkd，在隱極機(jī)中kd=kq=1EEFFIIEFFIEFFFFIaqaqaqaqqadaddddddfff1比較多個(gè)折算的異同比較多個(gè)折算的異同l變壓器：用假想的繞組代替變壓器一側(cè)繞組，使成為k=1的變壓器，折算原則保持內(nèi)部電磁平衡關(guān)系l異步電機(jī)：繞組折算同變壓器，將轉(zhuǎn)子繞組的電壓、電流和阻抗進(jìn)行折算；頻率折算是將旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子等效為

40、靜止的轉(zhuǎn)子，與定子繞組有相同的頻率。l同步電機(jī)：激磁磁勢(shì)為階梯形波，電樞磁勢(shì)為正弦波，波形不同需折算，原則是產(chǎn)生相同的基波磁勢(shì)（隱極機(jī)）或相同的基波磁密（凸極機(jī)：由于氣隙不均勻）七、電樞繞組的漏抗七、電樞繞組的漏抗l漏磁通在定子繞組中感應(yīng)漏抗電勢(shì)E ，用漏抗x表示l漏磁路主要為氣隙：不飽和，漏抗為常數(shù)，數(shù)值很小，標(biāo)幺值不飽和，漏抗為常數(shù)，數(shù)值很小，標(biāo)幺值0.07-0.45間間l高次空間諧波磁通（旋轉(zhuǎn)速度為同步速），在電樞中感應(yīng)電勢(shì)為基波頻率，用差漏抗或諧波漏抗表示，數(shù)值更小。l漏抗的影響漏抗的影響：1.槽漏磁通產(chǎn)生電流的集膚效應(yīng)，增加銅耗；2.端部漏磁通引起渦流，產(chǎn)生局部熱；3.漏抗電勢(shì)影響端

41、電壓。作業(yè)作業(yè)l思12-1，2，3，4l12-1，12-2要求繪出相量圖，說明參考相量，區(qū)分角度、。 可以由上兩題體會(huì)汽輪發(fā)電機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)差異。同步電機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的特性同步電機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的特性1.空載特性、短路特性、負(fù)載特性（曲線）2.測(cè)定同步電抗、計(jì)算短路比、測(cè)定漏抗3.外特性與調(diào)整特性4.電壓變化率分析一、同步電機(jī)的特性分析基礎(chǔ)一、同步電機(jī)的特性分析基礎(chǔ)l對(duì)稱運(yùn)行：指電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值且保持恒定，并供給三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的一種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式 l主要變量變量：電壓U、電樞電流I、激磁電流If和功率因數(shù)cos l特性： (1)空載特性： I=0 (2)短路特性： U0 (3)負(fù)載特性：

42、 Iconst、cos=const (4)外特性： Ifconst、cosconst (5)調(diào)整特性： Uconst、cos=const 主要參數(shù)參數(shù)：同步電抗xs、xd、xq及漏抗x fIfU0fkIfIfIfU IfU IfIf區(qū)別不同的條件、參數(shù)間關(guān)系標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)的基值標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)的基值l定子側(cè)電壓基值額定相電壓電流基值額定相電流容量功率基值電壓基值*電流基值阻抗基值電壓基值/電流基值l轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子電流基值空載電勢(shì)為額定相電壓時(shí)的激 磁電流1.同步發(fā)電機(jī)的空載特性同步發(fā)電機(jī)的空載特性l當(dāng)空載運(yùn)行時(shí)（電樞繞組開路，I=0）,空載電動(dòng)勢(shì)E0隨轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流If變化的關(guān)系 。l空載特性與電機(jī)磁路的

43、磁化曲線具有類似的變化規(guī)律空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律 E00 If Ff 當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí)，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長(zhǎng)后的射線稱為（氣隙線）隨著勵(lì)磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進(jìn)入飽和段。（向下彎曲）鐵磁飽和后，需磁勢(shì)迅速增大，橫向距離為鐵磁部分的磁壓為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處，如圖中的c點(diǎn) ba飽和系數(shù)：E0*=1時(shí)的總磁勢(shì)與氣隙磁勢(shì)之比，一般在1.1-1.25間意義：空載磁路飽和后，由勵(lì)磁磁勢(shì)所建立的磁通和感應(yīng)電勢(shì)都降低到未飽和時(shí)的1/k。aback 空載特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定空載特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定l調(diào)節(jié)可變電

44、阻，使激磁電流逐步上升，每次記下If和E0的讀數(shù)。l作同步電機(jī)的空載特性l由于存在剩磁，規(guī)定用規(guī)定用下降曲線來(lái)表示空載特下降曲線來(lái)表示空載特性性。 l從1.3UN對(duì)應(yīng)的激磁逐步減小剩磁電動(dòng)勢(shì)空載特性的工程應(yīng)用空載特性的工程應(yīng)用l 將設(shè)計(jì)好的電機(jī)的空載特性與常規(guī)空載特性相比較，如果兩者接近，說明電機(jī)設(shè)計(jì)合理，反之，則說明該電機(jī)的磁路磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。如太飽和太飽和，將使勵(lì)磁繞組用銅過多，且電壓調(diào)節(jié)困難如飽和度太低飽和度太低，則負(fù)載變化時(shí)電壓變化較大，且鐵心利用率較低，鐵心耗材較多l(xiāng)結(jié)合短路特性可以求取同步電機(jī)的參數(shù)結(jié)合短路特性可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。l發(fā)電廠通過測(cè)取空載特性來(lái)判斷

45、三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。 必須掌握（*）2.同步發(fā)電機(jī)的短路特性同步發(fā)電機(jī)的短路特性l發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，電樞短路電流Ik與激磁電流If間的關(guān)系曲線。忽略繞組電阻忽略繞組電阻ra(c) 短路運(yùn)行時(shí)，Ik 滯后于E0 90o電角度， =90o，交軸分量Ikq =0 ，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ偶內(nèi)ゴ抛饔谩?影響：電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)。短路特性曲線短路特性曲線l去磁作用減少了電機(jī)中的磁通，磁路處于不飽和狀態(tài)磁路處于不飽和狀態(tài)l電樞磁勢(shì)Fa正比于電樞電流I=Ikl短路特性是一直線短路特性是一直線kIEFkaIF kaffIFFFI1IkIf0U=0穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫姍C(jī)的磁

46、通和感應(yīng)電勢(shì)較小，短路電流不大，三相穩(wěn)態(tài)短路穩(wěn)態(tài)短路運(yùn)行沒有危險(xiǎn)短路特性的測(cè)定短路特性的測(cè)定短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)l先將三相電樞繞組在出線端處短接，再起動(dòng)原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速，通入不同數(shù)值的激磁電流If，讀取每次相應(yīng)的短路電流Ik，即得同步發(fā)電機(jī)的短路特性。 零功率因數(shù)特性（零功率因數(shù)特性（2） ：cos =0的負(fù)載特性純感性負(fù)載，純?nèi)ゴ抛饔玫碾姌蟹磻?yīng) Faq=0,Fad=Fa合成磁勢(shì)端電壓3.負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線端電壓與激磁電流間的曲線Uf(If)I=const，cos=constadadfFkFFIxEIxEUs0矢量（相量）關(guān)系變成了代數(shù)關(guān)系矢量（相量）關(guān)系變成了代數(shù)關(guān)系重點(diǎn)：空載特

47、性與零功率因數(shù)曲線重點(diǎn)：空載特性與零功率因數(shù)曲線 lmn對(duì)應(yīng)于去磁磁勢(shì)對(duì)應(yīng)于去磁磁勢(shì)kadFad的激磁電流的激磁電流on：合成磁勢(shì)om=mn+om：激磁磁勢(shì)Ffan：E合成電勢(shì)ab：Ix bn=cm：U=E-Ix c點(diǎn)：對(duì)應(yīng)(U,If)為零功率因數(shù)特性曲線上一點(diǎn)電抗三角形abc如電樞電流保持不變，三角形大小不變高ab= Ix，底邊bc=mn均正比于電樞電流c點(diǎn)軌跡即為零功率因數(shù)點(diǎn)軌跡即為零功率因數(shù)曲線曲線負(fù)載時(shí)實(shí)際激磁零功率因數(shù)曲線求取零功率因數(shù)曲線求取兩點(diǎn)試驗(yàn)兩點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法當(dāng)電機(jī)較大時(shí)，將電機(jī)并聯(lián)于電網(wǎng)，有功調(diào)節(jié)為零，調(diào)節(jié)勵(lì)磁使發(fā)出無(wú)功電流達(dá)到IN，即為e點(diǎn).短路點(diǎn)e點(diǎn)（I=IN,U=

48、0）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使三相穩(wěn)定短路電流為額定值額定電壓點(diǎn)c點(diǎn)（ I=IN,U=UN ）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)處于過激，電樞電流為額定值，輸出有功功率為0（零功率因數(shù)），激磁電流和額定電壓決定c點(diǎn)二、同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及測(cè)定二、同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及測(cè)定l同步電抗：飽和與不飽和值lxd和xq的轉(zhuǎn)差法測(cè)定l短路比l漏抗和保梯電抗1.同步電抗的實(shí)驗(yàn)測(cè)定同步電抗的實(shí)驗(yàn)測(cè)定l不飽和同步電抗不飽和同步電抗 短路時(shí)不計(jì)飽和dkskxI jxI jE0*000*0kNkNNkNNdNdksdIEIIUEUIEIUxIxIExx凸極電機(jī)的交軸同步電抗可以利用經(jīng)驗(yàn)公式求得 dqxx65. 0飽和同步電抗飽和同步電抗l在純感性負(fù)

49、載時(shí)sIxUE0abcaUxIIUxxNsNNNss磁路飽和決定于空氣隙中的合成磁場(chǎng)，忽略漏阻抗壓降，則決定于端電壓。不同的端電壓時(shí)，xs不同當(dāng)磁路不飽和時(shí)，同步電抗電壓為ca，比ca大。不飽和同不飽和同步電抗的數(shù)值步電抗的數(shù)值比飽和同步電抗的數(shù)值大大。2.轉(zhuǎn)差率試驗(yàn)，測(cè)定轉(zhuǎn)差率試驗(yàn)，測(cè)定xd、xql同步電機(jī)由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子激磁繞組開路（不加激磁），在定子端子上外施對(duì)稱三相電壓。為了避免轉(zhuǎn)子被牽入同步，外施電壓約外施電壓約為額定電壓的為額定電壓的1/4左右左右，且使其相序能保證電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向致。l調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使約有1一2的轉(zhuǎn)差。此時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線

50、交替地與轉(zhuǎn)子直軸和交軸重合。 當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子直軸重合時(shí)，定子的電抗為xd，此時(shí)電抗最大，定子電流最小，線路壓降最小，端電壓為最大。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子交軸重合時(shí)，定子的電抗為xq，此時(shí)電抗最小，定子電流最大，線路壓降最大，端電壓為最小。計(jì)算為不飽和值maxminminmaxIUxIUxqd應(yīng)用：正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)磁路飽和，d軸氣隙小而磁導(dǎo)大，磁路飽和而使xd減小，分析時(shí)應(yīng)用xd飽和值；短路時(shí)，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，使電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)，xd用不飽和值。q軸：磁路氣隙較長(zhǎng)，磁導(dǎo)小，磁路不飽和，xq取不飽和值。1 外施電壓低，定子電樞磁場(chǎng)較小2 無(wú)激磁電流，沒有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)3.短路比短路

51、比kKl在空載時(shí)使空載電勢(shì)有額定值時(shí)的激磁電流If0與在短路時(shí)使短路電流有額定值時(shí)的激磁電流Ifk之比 NkfkfkIIIIk00kkNNNNkdkCIIUEUIIEx10000025. 11 . 100主磁路飽和系數(shù)NUECIN在激磁電流為If0時(shí)的短路電流標(biāo)幺值3.短路比短路比kK分析：短路比略大于不飽和同步電抗的倒數(shù)短路比大，則同步電抗小，負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化就小，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較高；設(shè)計(jì)上，電機(jī)氣隙較大，轉(zhuǎn)子的額定激磁磁勢(shì)和用銅量增大。短路比小，同步電抗大，負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化就大電壓調(diào)整率大電壓調(diào)整率大，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較差。工程上：隨著單機(jī)容量的增大，為了提高材

52、料利用率，隨機(jī)組容量增大短路比降低。由于采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，大大提高了運(yùn)行穩(wěn)定性，降低短路比可以提高電機(jī)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)4.漏抗的測(cè)定漏抗的測(cè)定l電抗三角形法l抽出轉(zhuǎn)子法NIabx bc等效于電樞反應(yīng)的勵(lì)磁電流抽出轉(zhuǎn)子法測(cè)漏抗抽出轉(zhuǎn)子法測(cè)漏抗l抽出電機(jī)轉(zhuǎn)子，定子繞組外施三相對(duì)稱電壓，使輸入電流達(dá)到額定值（U=15%UN）l電壓方程 忽略定子繞組電阻，則：l特點(diǎn)：實(shí)測(cè)值大于實(shí)際值轉(zhuǎn)子空間也歸入了漏磁路，使總磁阻減小，轉(zhuǎn)子空間也歸入了漏磁路，使總磁阻減小，表現(xiàn)漏抗增大表現(xiàn)漏抗增大?？刹捎锰綔y(cè)線圈修正。00jxrIUEEEaaIUx 保梯電抗保梯電抗xpl在三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，縱邊為INx短路三角形l隨著電壓增加，三角形縱變將增大，對(duì)應(yīng)于U=UN，邊長(zhǎng)為INxP保梯(potier)三角形l汽輪發(fā)電機(jī)，極間漏磁通較小，xp近似等于x l凸極發(fā)電機(jī)，xp=(1.1-1.3) x零功率因數(shù)試驗(yàn)時(shí)，磁極漏磁較大，磁極飽和程度較空載時(shí)高，為此必須加大激磁曲線2：由特征三角形及空載特性作出當(dāng)考慮轉(zhuǎn)子漏磁