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1、第十三章 同步电机的电磁关系,要点：,1、时空相-矢量图,2、负载运行时两个旋转磁动势 a.由直流电流产生的励磁磁动势 b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势,3、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式，等值电路,4、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式，等值电路,第一节 同步发电机空载运行,空载运行：当原动机带动发电机在同步转速下运行，励磁绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负载时的运行情况。,一、基波励磁磁动势,励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中间不放绕组以使磁极磁动动势波形接近正弦，每极磁势最大幅值为，通过实际总槽数Q2与沿转子表面开的等距槽的总槽数Q2的比值查表得。,一、基波励磁磁
2、动势(续）,2、隐极电机的励磁磁动势,空间参考轴选择定子A组绕组轴线+A处，该处为=0基波励磁磁动势用空间向量表示,向量长度等于基波磁动势的幅值,向量位置为基波磁动势正波幅所在位置，向量以同步角速度逆时针方向转动。,+A,二、基波励磁磁动势空间矢量,三、基波气隙磁密空间矢量,1、隐极机：气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势成正比，基波磁动势产生正弦波磁密，在不考虑磁铁的磁滞涡流效应下，磁密波的相位和磁动势波的相位相同。,2、凸极机：气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的磁密大小与磁动势大小不成正比，正弦的基波励磁磁动势产生的磁密波是非正弦分布的，磁密波还要分解基波和一系列谐波，基波磁密
3、和基波磁动势仍然同相位。,四、定子绕组一相的感应电动势、时间相量,气隙磁密 旋转切割定子三相绕组，定子绕组感应随时间正弦变化的电动势，用时间相量来表示。由于空间坐标选A相绕组轴线+A为参考轴，所以时间相量也分析A相，感应电动势效值用 表示。,1、及 均与+A轴重合，A相绕组的有效边处于极间磁密为零处，A相绕组感应电势瞬时值为零，即 在+j时间轴的投影为零。,+A,+j,2、A相绕组边处于磁极中心线，磁密最大，A相绕组感应电动势瞬时值为正最大。,结论：及 在空间参考轴+A上初相位 与A相时间相量 在时间参考轴+j的初相位 之间存在一定关系，即：=-900，此关系适合任意时刻。,A,+A,+j,五
4、、时空相矢量图,将空间矢量图参考轴+A与时间相量参考轴+j重合在一起，构成时间空间相量图，即时-空相矢量图,注意：时间相量与空间矢量的物理意义截然不同，放在一起无实际意义，只是为了方便找出向量的相对位置,A,+j,A,+j,六、空载特性：(磁化曲线),注意：空载曲线横坐标是实际的励磁电流，或每极实际磁动势波幅，而不是基波磁动势。,定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转速并通入励磁电流的运行状态称为同步发电机的空载运行，称 的函数关系为空载特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。,第二节 对称负载时的电枢反应,定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。,一、磁动势分析1、定子三相对称绕组中对称三
5、相电流产生基波电枢磁动势,（1）大小：(A),（2）转速：(r/min),（3）转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同,（4）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距,2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势,（1）大小：(A)（2）转速：和转子转速一样为同步速（3）转向：和转子转向一致（4）极对数：和转子磁极的极对数相同,励磁磁势和电枢磁势的区别,二、基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的作用,设 时，转子S极中心在空间坐标轴超前90的位置，即 的位置。,空间基波电枢磁动势向量 空间基波励磁磁动势向量 空载时定子一相电动势,电机带负载后，由于所带负载性质不同，使 和 之间相位角不同
6、，电枢反应的性质也不同。,内功率因数角=00的情况,电枢反应磁动势 落后励磁磁动势，空间电角度，叫做交轴电枢反应磁动势，交轴电枢反应使合成磁动势 与励磁磁动势 不在一个方向上，相差一个相角。,内功率因数角=900,与 相差，对 起去磁作用，叫直轴去磁电枢反应磁动势。直轴去磁电枢反应使合成磁动势 比 减小，气隙磁密比空载时减小，感应电动势相应减小，与 同相位，即,内功率因数角=-900,与 同相位，对 起增磁作用，叫直轴增磁电枢反应磁动势。直轴增磁电枢反应使合成磁动势 比 增大，气隙磁密比空载时增大，感应电动势相应增大，与 同相位，,内功率因数角00900,电枢反应磁动势 可以分解为两个分量：（
7、1）沿直轴方向的分量，对 起去磁作用（2）沿交轴方向的分量，使合成磁动势 与 产生夹角,当角为不同值的电枢反应,同一台发电机，端电压的变化，不仅与负载电流的大小有关，还与负载性质有关。,第三节 隐极同步发电机的磁动势电动势相矢量图和电动势相量图,一、负载电流对端电压的影响：,二、负载时定子绕组一相的电压方程式：,同步发电机加负载后，定子中有三相对称的电枢电流流过，产生电枢磁势，与励磁磁势合成气隙磁势，将在气隙中产生磁密波,以同步速旋转，切割定子绕组，定子每相绕组中感应电势为。,电枢电流流过定子绕组，在每相绕组中产生电阻压降和漏电抗压降，定子绕组产生的漏磁通包括三个部分：（1）槽漏磁通；（2）端
8、接漏磁通；（3）差漏磁通。定子每相的电压方程式为：,定子一相漏磁通,每相漏阻抗,三、考虑磁路饱和，隐极发电机的磁动势电动势相矢量图,隐极发电机内部的电磁关系,隐极发电机磁动势电动势相矢量图的作图方法,已知电机带负载时的、及电机的参数、，求电机励磁磁动势幅值。,电压调整率,是空载电动势，对应于额定负载和额定电压时的励磁电流，在此励磁电流下得到的空载电动势。,标么值,四、不考虑磁路饱和，隐极机的电动势相量图,1、磁路线性化,2、磁路线性化后的磁动势电动势相矢量图,电磁关系,磁路线性化后的磁动势电动势相矢量图,电动势相量图,五、隐极同步发电机的电枢反应电抗、同步电抗和等效电路,不计饱和电枢反应电动势
9、 是由 产的，在相位上总是落后于 电角度，若引入一个比例常数 则 和 的关系可写成：，相当于一个感抗，称作同步电机的电枢反应电抗。,隐极发电机的相量图,已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cos及参数ra、xc,当功率因数 滞后时的相量图,思考：同步电抗 的物理意义 是什么？,第四节 凸极同步发电机的双反应理论及电动势相量图,一、凸极同步发电机的双反应法,凸极同步发电机的磁路特点：,气隙不均匀，气隙各处的磁阻不相同,极面下磁阻小，两极之间磁阻大，二者相差很大,所以，在分析凸极同步电机电枢反应时，不仅要知道电枢磁动势的大小和位置，还要找出该空间位置处的磁阻，才能求出电枢磁通密度。而求空气隙各处的磁阻又非常困难，为了解决这个困难，采用双反应法。,双反应法,直轴磁导和交轴磁导虽然不相等，但它们本身都有固定的数值。,分解电枢基波磁动势,直轴上的直轴电枢反应磁动势,交轴上的交轴电枢反应磁动势,凸极发电机中的 和，可以看作是电枢电流 的分量 和 产生的，与 成900电角度，与 同相位。,二、凸极发电机的电动势相量图：,凸极机电动势关系式为：,若已知 和 的夹角，可求得 和 的夹角：,落后 时，领先 时，,三、等效电路：,和 同相位，但，,假设，用 代替，得到其等值电路。,设：,
