華北電力大學(xué)(保定)電機(jī)學(xué)-同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系概要

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)行一、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(wú)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)行一、基本概念主磁通（勵(lì)磁磁通）：既鏈過(guò)轉(zhuǎn)子，又通過(guò)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(guò)程。如圖1

2、01所示 。 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)行二、同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行分析空載特性：改變勵(lì)磁電流if ，就可得到不同的0和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E0 ，曲線E0f(if )表示在同步轉(zhuǎn)速下，空載電動(dòng)勢(shì)E0與勵(lì)磁電流if 之間的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的空載特性。由于E0 if ，if Ff ，所以，空載曲線實(shí)質(zhì)上就反映了電機(jī)的磁化曲線。二、同步發(fā)電機(jī)空載特性分析當(dāng)主磁通0較小時(shí)，整個(gè)磁路處于不飽和狀態(tài)，絕大部分磁動(dòng)勢(shì)消耗于氣隙，所以空載特性的下部是一條直線，與空載曲線下部相切的線OG稱為氣隙線,隨著0的增大，鐵心逐漸飽和，空載曲線逐漸變彎?？蛰d特性是同步發(fā)電機(jī)的基本特性之一。 圖10-

3、2 同步發(fā)電機(jī)的空載特性 （磁化曲線）電機(jī)的飽和因數(shù)同步電機(jī)的 k值一般在1.11.25左右。 空載特性不僅適用于空載情況，負(fù)載情況也是適用的。 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(guò)，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

4、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，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103所示。

5、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(lái)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

6、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)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)聞相量旋轉(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”。 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” 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

7、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(shuō)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。 1試說(shuō)明同步電機(jī)中的 、 、 、 、 、等物理量哪些是空間矢量？哪些是時(shí)間相量？試述兩種矢（相）量之間的統(tǒng)一性。如果不把相軸和時(shí)軸重合，那么時(shí)、空相（矢）量之間的關(guān)系怎樣？ 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

8、(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 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）

9、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)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)10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)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。 不同角時(shí)

10、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)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、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時(shí)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、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時(shí)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 fNkw1a式中： 稱為電樞反應(yīng)電抗 是對(duì)稱負(fù)載下

11、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、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時(shí)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、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時(shí)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)的同步電抗氣隙電動(dòng)勢(shì)：一、不考慮飽和時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖 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

12、 滯后）兩種情況下運(yùn)行。其中 和 保持不變，而 ，問(wèn)哪一種情況下所需的勵(lì)磁電流大？為什么？、 、 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(guò)額定溫升值。 10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 1、電磁關(guān)系：其中 稱為氣隙中基波合成磁動(dòng)勢(shì)(簡(jiǎn)稱氣隙磁動(dòng)勢(shì))；2、電動(dòng)勢(shì)方程式：二、考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)方程式和電動(dòng)勢(shì)方程式作出的相矢圖，稱為磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖。 1、繪制磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖的步驟：1)已知U、I、

13、cos以及空載特性，以感性負(fù)載為例。10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 1、繪制磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖的步驟：2) 的位置領(lǐng)前于 ,均為基波磁動(dòng)勢(shì),換算成一等效的階梯形波氣隙磁動(dòng)勢(shì):式中：kf為階梯形波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)分解出的基波的波形系數(shù)。二、考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 電樞磁動(dòng)勢(shì)折算系數(shù)10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 ka的物理意義：一個(gè)基波電樞磁動(dòng)勢(shì)乘以折算系數(shù)ka以后就換算成了一個(gè)等值的階梯形波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)；反過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)階梯形勵(lì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)除以ka (或乘以 kf)后，就換算成了一個(gè)

14、等值的電樞基波磁動(dòng)勢(shì)。 10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 3)決定 的大小與位置: 的位置與 重合，其大小可由計(jì)算或試驗(yàn)獲得，它 的計(jì)算公式為 4)求出如上圖中 段。5)把Ff1換算成階梯形波，即求出Ff kaFf 1， Ff用或 if Ff / Nf在空載特性上找 出E0，然后在落后于 矢量 方向作 相量討論：在負(fù)載時(shí)，雖然有Ff，然而卻不存在E0，實(shí)際繞組里只存在一個(gè)氣隙電 動(dòng)勢(shì)E，只有在負(fù)載除去后，E0才表現(xiàn)出來(lái)。 10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢圖 2、電壓調(diào)整率：所謂電壓

15、調(diào)整率，就是指當(dāng)勵(lì)磁電流保持不變，發(fā)電機(jī)從滿載和額定電壓下逐漸甩去全部負(fù)載，電壓變化的百分?jǐn)?shù)。即 E0為對(duì)應(yīng)于額定負(fù)載和額定電壓時(shí)得勵(lì)磁電流下得空載電動(dòng)勢(shì) UN為額定相電壓。10-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論一、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，因此同一電樞磁破動(dòng)勢(shì)作用在不同的位置時(shí)，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1、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

16、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(lái)。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、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時(shí)的相量圖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、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時(shí)的相量圖電樞反應(yīng)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

17、繞組中感應(yīng)的直軸或交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時(shí)的相量圖電樞反應(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 。同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時(shí)的相量圖電樞反應(yīng)電抗：10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時(shí)的相量圖綜上分析，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)

18、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)。二、不考慮飽和時(shí)的相量圖引入電動(dòng)勢(shì) ，10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時(shí)的相量圖等效電路： 例10-2 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）。 三、考慮飽和時(shí)的相量圖設(shè)已知凸極同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)數(shù)據(jù)U、I、cos和電機(jī)參數(shù)ra、x、kad、kaq以及空載特性，作考慮飽和時(shí)的相量圖。1）首先按 作出P點(diǎn)；2）確定角，即如何確定Q點(diǎn)；由1024相矢圖可以看出：產(chǎn)生所需的等效磁動(dòng)勢(shì)為：10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)

19、勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖考慮飽和時(shí)的相量圖2）確定角，即如何確定Q點(diǎn)；因此只要算出kaqFa，即可從空載特性上找出由圖1024可知，若 已作出，則 由兩部分組成，一部分為 ，一部分為 ，即因而相矢圖中的 方向即可作出。產(chǎn)生Ed 的磁動(dòng)勢(shì) 可由空載特性找出；產(chǎn)生Ead的磁動(dòng)勢(shì)為FadFasin，可以計(jì)算得到，只要把Fad折算成等效的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)kad Fad ，就可求出勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為由Ff從空載特性上即可找出E0的值，如圖1025所示。同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式、同步電抗和相量圖考慮飽和時(shí)的相量圖2）確定角，即如何確定Q點(diǎn)；10-6 從空載特性、短路特性求同步電

20、抗的不飽和值和短路比一、空載特性空載特性：在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，電樞空載情況下，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)電樞空載端電壓的變化曲線，即 n=n1，I=0時(shí)，U0=f(if)空載特性的試驗(yàn)測(cè)取方法：在電樞空載（開路）的情況下，用原動(dòng)機(jī)把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步速，然后調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使空載電樞電壓達(dá)到額定值的倍左右，然后單方向逐步減少勵(lì)磁電流并記錄不同勵(lì)磁電流下對(duì)應(yīng)的電樞端電壓。 同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比一、空載特性研究空載特性的重要意義：空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一，空載特性一方面表征了電機(jī)磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性等其它特性配合在一

21、起還可以確定同步電機(jī)的基本參數(shù)。 10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比二、短路特性短路特性：短路特性表示了電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下，電樞端點(diǎn)三相短路時(shí)，電樞電流(短路電流)與勵(lì)磁電流的關(guān)系，即：n=n1，U=0時(shí)，Ik=f(if)短路特性的試驗(yàn)測(cè)取方法：短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測(cè)得，試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使電樞電流約為1.2倍額定值，同時(shí)量取電樞電流和勵(lì)磁電流，10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比二、短路特性短路特性是直線的原因：用三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)發(fā)電機(jī)的相矢圖來(lái)說(shuō)明。 10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比二

22、、短路特性對(duì)于一般同步電機(jī)，定子漏抗標(biāo)么值約為，若平均取為，則短路電流等于額定電流（即I* =1）時(shí)，漏抗壓降的標(biāo)么值應(yīng)為，于是氣隙電動(dòng)勢(shì)標(biāo)么值亦等于，即氣隙電動(dòng)勢(shì)僅為額定電壓的15，由此可見，在短路情況下，電機(jī)的磁路通常處以于不飽和狀態(tài)。 因此勵(lì)磁電流變化時(shí)，氣隙電動(dòng)勢(shì)和對(duì)應(yīng)的短路電流將隨之正比地變化，即 所以短路特性是一條直線。10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比三、利用空載特性和短路特性求同步電抗的不飽和值為了便于查對(duì)，常把空載特性和短路特性畫在同一張坐標(biāo)紙上，如圖103l所示 。四、短路比短路比：所謂“短路比”就是在相應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的

23、短路電流與額定電流之比值。四、短路比短路比：所謂“短路比”就是在相應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流與額定電流之比值。 不計(jì)飽和時(shí)四、短路比短路比對(duì)電機(jī)的影響：短路比的數(shù)值對(duì)電機(jī)影響很大。短路比小，說(shuō)明同步電抗大，這時(shí)短路電流小，但負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化較大，而且并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性較差，但電機(jī)的成本較低；反之，短路比大則電機(jī)性能較好，但成本高，因?yàn)槎搪繁却蟊硎?小，故氣隙大，使勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)子用銅量增大，所以短路比的選擇要合理地統(tǒng)籌兼顧運(yùn)行性能和電機(jī)造價(jià)這兩方面地要求。我國(guó)制造的汽輪發(fā)電機(jī)的Kc，水輪發(fā)電機(jī)的Kc，水輪發(fā)電機(jī)的短路比較大是由于水輪發(fā)電機(jī)為凸極結(jié)構(gòu)，氣

24、隙大之故。 10-7 用轉(zhuǎn)差法試驗(yàn)測(cè)同步電機(jī)的同步電抗一、轉(zhuǎn)差法既可以測(cè)出xd又可以測(cè)出xq的方法試驗(yàn)接線如圖1033所示，其中勵(lì)磁繞組應(yīng)開路試驗(yàn)方法：首先把同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到接近同步轉(zhuǎn)速(但不能等于同步速)，讓轉(zhuǎn)差率小于l。然后在定子上加上一個(gè)額定頻率的三相對(duì)稱電壓，并且讓電樞旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，所加電壓的大小等于(0.02-0.15) 待轉(zhuǎn)差穩(wěn)定后，用示波器拍攝電樞電壓、電樞電流及勵(lì)磁電壓的波形，如圖(10-34)所示。 轉(zhuǎn)差法既可以測(cè)出xd又可以測(cè)出xq的方法計(jì)算同步電抗的方法：由于沒(méi)有勵(lì)磁電流，故E0=0，電樞的電動(dòng)勢(shì)方程式為 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線將不斷依次和轉(zhuǎn)子的直軸

25、或交軸置合，相應(yīng)地，電樞的電抗將隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)位置的變化而變化，即在最大值xd 和最小值xq 之間作周期變動(dòng)。10-7 用轉(zhuǎn)差法試驗(yàn)測(cè)同步電機(jī)的同步電抗轉(zhuǎn)差法既可以測(cè)出xd又可以測(cè)出xq的方法計(jì)算同步電抗的方法：當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線對(duì)準(zhǔn)直軸d時(shí),Iq=0，I=Id，這時(shí)電樞電抗達(dá)到最大值，故電樞電流為最小值Imin，由于供電線路壓降較小，電樞每相電壓為最大值Umax，故得同理，當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)交軸q時(shí)，電壓為最小值，電流為最大值，故得10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定零功率因數(shù)負(fù)載特性：指同步發(fā)電機(jī)帶上一個(gè)純感性負(fù)載（cos0），讓轉(zhuǎn)速為同步速，并保持負(fù)載電流I不

26、變，求取發(fā)電機(jī)端點(diǎn)壓與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系，即試驗(yàn)接線及方法：如圖1035所示，電樞接一個(gè)可變的三相純感性負(fù)載。試驗(yàn)時(shí)，把同步發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，然后調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流和負(fù)載的大小，使負(fù)載電流始終保持為常值（例如I=IN），記錄不同勵(lì)磁下發(fā)電機(jī)的的電壓，即可得到零功率因數(shù)曲線，如圖10-36所示。 10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定從圖l036可見，零功率因數(shù)特性在空載特性的右邊，其形狀與空載特性相似，這表明兩條曲線之間具有某種聯(lián)系，下面研究這個(gè)問(wèn)題。 10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因

27、數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)，由于需要克服定子漏抗壓降和去磁的電樞反應(yīng)，如仍要保持端電壓為額定值10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系： 零功率因數(shù)特性和空載特性之間相差一個(gè)直角三角形AEF，該三角形稱為同步電機(jī)的特性三角形或保梯三角形。 特性三角形的一條直角邊(鉛垂邊)是定子漏抗壓降Ix，另一條直角邊(水平邊)是電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的等效勵(lì)磁電流ifa, 由于測(cè)取零功率因數(shù)特性時(shí)，電流I保持不變，可見Ix和ifa不變，即特性三角形的大小不變。因此只要把特性三角形的底邊保持水平位置而使其頂點(diǎn)E沿空載特性上移

28、動(dòng)，則其右邊頂點(diǎn)的軌跡即為零功率因數(shù)特性。當(dāng)特性三角形移到其水平邊與橫坐標(biāo)重合時(shí)，可得K點(diǎn)，該點(diǎn)的端電壓U=0，故實(shí)質(zhì)上即為短路點(diǎn)。 10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：氣隙線的平行線 并和空載特性交于E點(diǎn)，由E點(diǎn)作 的垂線交于A點(diǎn)，則AEF即為要找的特性三角形。由此可見，電樞電流I所產(chǎn)生的電樞磁動(dòng)勢(shì)為 定子漏抗為 10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測(cè)定已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：研究表明，由于零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)子的漏磁比空載時(shí)大，所以零功率因數(shù)特性和空載特性所確定的漏抗將比實(shí)際的定子漏抗稍大，一般把由零功率因數(shù)特性和空載特性確定的漏抗稱為保梯電抗，以xp表示。對(duì)一般的電機(jī)來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)和作圖求取