第13章同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系

13-1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行13-2對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)13-3隱極同步發(fā)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相-矢量圖和電動(dòng)勢(shì)相量圖13-4凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論及電動(dòng)勢(shì)相量圖第十三章同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系第十三章同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系基本要求：1.了解同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系，掌握空載運(yùn)行時(shí)的時(shí)空相矢量圖2.掌握同步發(fā)電機(jī)對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)3.了解同步發(fā)電機(jī)各種電抗的物理意義3.掌握隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和電動(dòng)勢(shì)相量圖

4.掌握凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和電動(dòng)勢(shì)相量圖

13-1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行：同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組中通以直流勵(lì)磁電流，電樞繞組開(kāi)路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系：三相對(duì)稱空載電動(dòng)勢(shì)基波電動(dòng)勢(shì)：1.基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)1）凸極同步電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)CAXBYZNS式中，為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的波形因數(shù)。對(duì)于凸極同步電機(jī)，

。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的幅值勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的基波幅值CAXBYZ2）隱極電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)通過(guò)實(shí)際總槽數(shù)Q2與沿轉(zhuǎn)子表面開(kāi)的等距槽的總槽數(shù)Q2的比值可查表得kf

。=0.75時(shí)，kf=1。一般取=0.67~0.8。NS

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2.基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)空間矢量空間參考軸選在定子A相繞組軸線+A處，該處為=0。AXNS+A3.基波氣隙磁通密度空間矢量不計(jì)磁滯渦流效應(yīng)，當(dāng)鐵心不飽和時(shí)，基波氣隙磁通密度b01和基波磁動(dòng)勢(shì)Ff1同相位。4.定子繞組一相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、時(shí)間相量在定子該相繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦變化，可用時(shí)間相量

表示。基波氣隙磁通密度隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，與定子任意一相繞組相交鏈的磁通量隨時(shí)間按正弦變化，可用時(shí)間相量

表示。AXNS+A時(shí)間相量：繞組的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流，交鏈的基波磁通量空間矢量：基波磁動(dòng)勢(shì)和基波磁通密度及在空間參考軸＋A上的相角0與在時(shí)間參考軸+j上的相角0之間的關(guān)系：AX+A5.時(shí)空相-矢量圖將空間矢量參考軸+A與時(shí)間相量參考軸+j重合在一起，即構(gòu)成時(shí)空相-矢量圖。注意：在時(shí)空相-矢量圖中，時(shí)間相量滯后空間矢量

90電角度。AX+A6.空載特性空載特性：同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒為n1時(shí)，空載電動(dòng)勢(shì)E0與勵(lì)磁電流if之間的關(guān)系E0=f(if)。與曲線相似（成比例）為電機(jī)的磁化曲線13-2

對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)1.電樞反應(yīng)的定義三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)三相對(duì)稱電流電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的影響。2.磁動(dòng)勢(shì)分析1）基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)性質(zhì)：圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值：+A+B+CXA+ACBYZ2）基波電樞磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速：與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同轉(zhuǎn)向：與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致極對(duì)數(shù)：和轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)p相同性質(zhì)：圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值：轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)向：與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致極對(duì)數(shù)：和轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)p相同結(jié)論：基波電樞磁動(dòng)勢(shì)和基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、極對(duì)數(shù)都相同，兩者在空間相對(duì)靜止。3.對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)1）=0時(shí)的情況假設(shè)t=0時(shí)，0=90。電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載電流之間的夾角，即內(nèi)功率因數(shù)角

。d軸q軸基波合成磁動(dòng)勢(shì)AX+A滯后于90

，為交軸電樞反應(yīng)。d軸q軸d軸q軸2）

=90時(shí)的情況與

相位相反，為直軸去磁電樞反應(yīng)。3）

=90時(shí)的情況與

相位相同，為直軸助磁電樞反應(yīng)。d軸q軸4）

=任意角時(shí)的情況式中，為直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)分量；

為交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)分量。0<<90時(shí)電樞反應(yīng)的性質(zhì)：既有交軸電樞反應(yīng)，又有直軸去磁電樞反應(yīng)。13-3

隱極同步發(fā)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)

相-矢量圖和電動(dòng)勢(shì)相量圖1.交流電機(jī)主磁通、漏磁通和漏電抗

1）主磁通由基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的穿過(guò)氣隙與定、轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)交鏈的基波磁通。2）定子漏磁通槽漏磁通端部漏磁通諧波漏磁通端部漏磁通槽漏磁通諧波漏磁通：定子諧波合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的諧波氣隙磁通。諧波漏磁通=氣隙總磁通氣隙基波磁通，又稱為差漏磁通。漏電動(dòng)勢(shì)可以用負(fù)漏抗壓降來(lái)表示，即式中，Xs—定子繞組的每相漏電抗。3）定子漏電抗2.負(fù)載時(shí)定子繞組的一相電壓方程式1）電磁關(guān)系系統(tǒng)2）電壓方程式式中，Zs=R+jXs為每相漏阻抗。3.考慮磁路飽和，隱極發(fā)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相-矢量圖1）電磁關(guān)系2）磁動(dòng)勢(shì)方程式和電動(dòng)勢(shì)方程式磁動(dòng)勢(shì)方程式：電動(dòng)勢(shì)方程式：系統(tǒng)3）磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢量圖用時(shí)空相矢量圖求出一相氣隙電動(dòng)勢(shì)；利用空載特性求出合成磁動(dòng)勢(shì)；已知：隱極同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的U、I、cos及電機(jī)參數(shù)R和XS

，求電機(jī)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)幅值Ff及電機(jī)空載電動(dòng)勢(shì)E0。求電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)在時(shí)空相矢量圖上，與同相位。求基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)由E查空載特性得階梯波磁動(dòng)勢(shì)F，折算成基波磁動(dòng)勢(shì)F。式中，為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的波形因數(shù)。求同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)求階梯波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的幅值Ff式中，為電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的折合因數(shù)。電壓調(diào)整率U：發(fā)電機(jī)由滿載過(guò)渡到空載，保持勵(lì)磁電流不變，電壓升高的數(shù)值相對(duì)于額定電壓的比值。求同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率U4.不考慮磁路飽和，隱極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖1）電磁關(guān)系系統(tǒng)2）電樞反應(yīng)電抗不考慮磁路飽和時(shí)，忽略定子鐵耗，滯后于90電角度，于是可以寫(xiě)成負(fù)電抗壓降的形式，即式中，Xa稱為電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗Xa的物理意義：對(duì)稱負(fù)載下三相單位電樞電流聯(lián)合產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通在一相電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。3）電動(dòng)勢(shì)方程式隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式為式中，Xc=Xa+Xs為隱極同步電機(jī)每相繞組的同步電抗；

Zc=R+jXc為隱極同步電機(jī)每相繞組的同步阻抗。4）電動(dòng)勢(shì)相量圖同步電抗Xc的物理意義：對(duì)稱負(fù)載下三相單位電樞電流聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁通（電樞反應(yīng)磁通和電樞漏磁通）在一相電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。內(nèi)功率因數(shù)角=+：功率因數(shù)角，和之間的夾角；：功率角，和之間的夾角；已知：隱極同步發(fā)電機(jī)的端電壓U，電樞電流I，負(fù)載的功率因數(shù)cos及同步阻抗Zc=R+jXc

，畫(huà)電動(dòng)勢(shì)相量圖求。E0和的解析計(jì)算法：5）等效電路~13-4

凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論及電動(dòng)勢(shì)相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)由于氣隙不均勻，電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的分布和強(qiáng)弱不僅與Fa的大小有關(guān)，還與角有關(guān)。電樞磁動(dòng)勢(shì)作用于交軸q軸電樞磁動(dòng)勢(shì)作用于直軸d軸d軸q軸1.凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)法雙反應(yīng)法：當(dāng)電樞磁動(dòng)勢(shì)作用于直軸和交軸之間的任意位置時(shí)，可將之分解成直軸分量和交軸分量，先分別求出交、直軸電樞反應(yīng)，最后再把它們的效果疊加起來(lái)。d軸q軸不考慮磁路飽和時(shí)，凸極同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系：2.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為不計(jì)磁路的飽和時(shí)，有電動(dòng)勢(shì)相量圖直軸電樞反應(yīng)電抗Xad和交軸電樞反應(yīng)電抗Xaq的物理意義：對(duì)稱負(fù)載下三相單位直軸電樞電流或交軸電樞電流聯(lián)合產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通在一相電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。不計(jì)定子鐵耗時(shí)，滯后90電角度，滯后90電角度，和可以表示成電抗壓降的形式，即式中，為每相電樞繞組的直軸電樞反應(yīng)電抗；

為每相電樞繞組的交軸電樞反應(yīng)電抗。凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式為式中，為每相電樞繞組的直軸同步電抗；為每相電樞繞組的交軸同步電抗。直軸同步電抗Xd和交軸同步電抗Xq的物理意義：對(duì)稱負(fù)載下三相單位直軸電樞電流或交軸電樞電流聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁通在一相電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。3.凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖已知：凸極同步發(fā)電機(jī)的端電壓U，電樞電流I，負(fù)載的功率因數(shù)cos及參數(shù)R、Xd、Xq

，畫(huà)電動(dòng)勢(shì)相量圖求。電動(dòng)勢(shì)相量圖的實(shí)際作法：由已知條件畫(huà)出和；畫(huà)出相量，確定出b點(diǎn)，則與之間的夾角即為角。根據(jù)求出的角把分解為和；