對稱負(fù)載下三相同步發(fā)電機(jī)的電壓向量圖翻譯

1、文章出處: R. H. Park, Electric Machinery, John Wiley, New York，2006對稱負(fù)載下三相同步發(fā)電機(jī)的電壓向量圖電壓向量圖對分析同步電機(jī)的運(yùn)行狀況有著非常重要的作用。從電壓向量圖上，我們可以得到同步電機(jī)電壓變化率，即由于負(fù)載減小電壓的升高和發(fā)電機(jī)從空載到負(fù)載過程中電壓的下降等。這些問題的解決具有重要意義：（1）在最初設(shè)計(jì)時(shí)要確定在不同的運(yùn)行條件下所需的勵(lì)磁電流；（2）在對已造好的電機(jī)進(jìn)行測試時(shí)，判定其性能是否與原技術(shù)設(shè)計(jì)書中一致。有了電壓向量圖，也使我們不必實(shí)際地施加負(fù)載，就能確定電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)的容量較大時(shí)，要實(shí)際地施加負(fù)載是特別困難的

2、。電壓向量圖可以使我們能夠通過計(jì)算機(jī)得到電機(jī)的主要運(yùn)行特性。最后，用電壓向量圖可以確定由勵(lì)磁磁場產(chǎn)生的電勢與端電壓之間的功率角。角無論在穩(wěn)態(tài)還是在瞬態(tài)情況下，在分析電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和功率時(shí)起著重要作用。由勵(lì)磁磁通產(chǎn)生的電勢E0和同步電機(jī)端電壓V之間的向量差，取決于電樞反應(yīng)的影響和電樞繞組的電阻和漏感抗上的電壓降。由于電樞反應(yīng)的影響與電機(jī)的類型（凸極機(jī)還是隱極機(jī)），負(fù)載的性質(zhì)（感性、電阻性還是電容性）和負(fù)載的平衡度（對稱的還是不對稱的）有很大關(guān)系，因此在畫電壓向量圖時(shí)，所有這些因素都必須充分考慮到。需要牢記的是，電壓向量圖中所有的電勢和電壓向量都是基波頻率，因此所有的電勢和電壓都必須事先進(jìn)行諧波分

3、析，然后從這些諧波中將基波分離出來。在討論電樞反應(yīng)的那一章中，已經(jīng)分析了可以獲得由與電機(jī)轉(zhuǎn)子同步的電樞磁場分量產(chǎn)生的基波電壓。當(dāng)一臺(tái)電機(jī)將要交付使用時(shí)，技術(shù)人員根據(jù)從空載和短路特性實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)繪出其電壓向量圖。端電壓是以下各因素共同作用的結(jié)果：（a）基波磁極磁勢產(chǎn)生磁通0，進(jìn)而感應(yīng)基波電勢E0；（b）正比于負(fù)載電流的縱軸分量Id（其相對電勢E0呈純感性）的縱軸電樞反應(yīng)磁勢Fad ；(c)正比于負(fù)載電流的縱軸的橫軸分量Iq（其相對電勢E0呈純電阻性）的橫軸反應(yīng)磁勢Faq ；正比于負(fù)載電流的漏電勢Ea=xaI ；（e）定子繞組的純電阻性電壓降Ira。由于當(dāng)I=In時(shí)，電壓降Ira小于額定電壓的

4、1%，因此在大多數(shù)情況下可以將其忽略。電壓向量圖可由兩種不同的方法繪制。在第一種方法中，假定各磁勢相互獨(dú)立存在，分別產(chǎn)生各自的磁通，它們的磁通又分別感應(yīng)各自的電勢。因此在電機(jī)中出現(xiàn)了由它們各自產(chǎn)生的四個(gè)磁通和相應(yīng)的四個(gè)電勢，即：（a）勵(lì)磁磁通0及其基波電勢E0；（b）縱軸電樞反應(yīng)磁通ad及其電勢Ead；(c)橫軸電樞反應(yīng)磁通aq及其電勢Eaq；（d）電樞繞組漏磁通a及其電勢Ea。如果再計(jì)及純電阻壓降（該壓降當(dāng)加上負(fù)號時(shí)，便可看作一電勢Er=Ira）的話，以上所有這些電勢的向量和便確定了端電壓向量V的大小和相位。由于將磁通以及由它們感應(yīng)的相應(yīng)的電勢，采用疊加法進(jìn)行向量相加，只有當(dāng)電機(jī)的磁路的各橫

5、截面上的磁阻力為常數(shù)時(shí)方能得到正確的結(jié)果，因此這種直接適用于同步電機(jī)不飽和的磁路中。當(dāng)將此方法適用于磁路飽和的電機(jī)時(shí)，必須將在給定條件的運(yùn)行條件下的磁路的各部分的實(shí)際磁阻考慮進(jìn)去，并就該給定的運(yùn)行條件而言假設(shè)其磁阻為常數(shù)。盡管要確定電機(jī)的實(shí)際情況是困難的，但這樣做的結(jié)果將是正確的。由于用此方法進(jìn)行的是同步電機(jī)感應(yīng)電勢向量相加，因此在這種情況下得到的電壓向量圖便可稱為電勢向量圖。由于這種方法進(jìn)行可以相當(dāng)完整地測算各電勢分量的向量和，最終確定同步電機(jī)的端電壓，因此，從理論觀點(diǎn)看，這種向量圖具有重大的研究方法上的價(jià)值，盡管在用于計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅r(shí)，該向量圖是頗復(fù)雜的。因此，對于許多實(shí)際用途，為使其更

6、為簡單和使用便利，人們對電勢向量圖進(jìn)行了不少修正。最有價(jià)值的方法是Blondel的雙反應(yīng)理論，根據(jù)這個(gè)理論，由負(fù)載電流I產(chǎn)生的所有磁通，包括漏磁通a，都沿縱軸和橫軸分解。與此相關(guān)，我們引入同步電機(jī)縱軸和橫軸電抗xd和xq以及它們的分量的概念，這些物理量代表同步電機(jī)某些基本參數(shù)，并且用于測算電機(jī)的運(yùn)行特性。用第二種方法，我們可以先確定由勵(lì)磁磁勢與電樞反應(yīng)磁勢相互作用而得到的發(fā)電機(jī)的合成磁勢，再由它求出氣隙磁通后，確定在電機(jī)中實(shí)際感應(yīng)的電勢E。通過從電勢向量E中減去漏電抗的感應(yīng)電勢jIxa和純電阻壓降Ira后，我們便可求出發(fā)電機(jī)兩端的合成電壓。在這種情況下得到的磁勢和電勢向量圖稱為Potier法則

7、，或電勢磁勢向量圖。對于假定其各相參數(shù)均相等到的對稱負(fù)載情況，我們可以只畫其中一相的向量圖。值得注意的是，為作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)而畫的向量圖可以很容易地?cái)U(kuò)展到作為電動(dòng)機(jī)和同步進(jìn)相機(jī)運(yùn)行時(shí)的情況。最簡單的向量是磁路不飽和的隱極同步發(fā)電機(jī)帶對稱負(fù)載時(shí)所得到。因此我們從這種發(fā)電機(jī)開始討論。首先讓我們畫感性負(fù)載（0<<90o）下隱極同步發(fā)電機(jī)的電勢向量圖。將發(fā)電機(jī)端電壓向量V 置于坐標(biāo)軸的正方向上，并在滯后其角處畫電流向量I。然后將由勵(lì)磁磁通產(chǎn)生的電勢E0的向量畫得領(lǐng)先電流向量I角。根據(jù)定則，磁通0領(lǐng)先電勢向量E0 90o。同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)磁勢的基波Fa與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。在隱極同步電機(jī)

8、中，沿縱軸和橫軸之間磁導(dǎo)之差可以忽略不計(jì)，且可以假定磁勢Fa僅可以產(chǎn)生電樞反應(yīng)正弦波磁通a。該磁通與電流I同相，在定子繞組中產(chǎn)生滯后電流I 90o的感應(yīng)電勢Ea。若xa為隱極電機(jī)電樞反應(yīng)電抗，那么Ea=-jIxa。分別將磁通向量0與a，電勢向量E0與向量Ea相加，便得：（1）合成磁通向量，該磁通是實(shí)實(shí)在在存在于發(fā)電機(jī)的氣隙當(dāng)中，并決定磁路的飽和程度的；（2）定子繞組的合成電勢向量E，它正比于磁通，并滯后其90o。與電樞反應(yīng)磁通同時(shí)存在的是定子繞組漏磁通a，與磁通向量a一樣，該向量與電流I同相，并在定子繞組中產(chǎn)生基波頻率，在相位上滯后電流I 90o的漏電勢Ea =-jIxa。上式中xa為定子繞組

9、漏電抗，除此之外，還必須考慮電勢Er =-Ira，該向量與電流I在相位上相反，式中ra為定子繞組純電阻。將電勢向量E0 , Ea , Ea和Er，或?qū)㈦妱菹蛄縀a, Ea和Er進(jìn)行向量相加，都得到發(fā)電機(jī)端電壓向量V 。電流I滯后于電壓V的角由與發(fā)電機(jī)相聯(lián)并對其供電的外電路的參數(shù)決定。線電壓向量Vc與發(fā)電機(jī)向量相位相反。在畫同步發(fā)電機(jī)的向量圖時(shí)，圖中的各向量并不是用電勢向量Ea, Ea和Er來表示，而是用它們的相反的量，也就是在給定的電路中的感性和電阻性電壓降來表示，即-Ea=jIxa, - Ea= jIxa, -Er=Ira顯然，在這種情況下的電壓向量圖中，由勵(lì)磁磁通產(chǎn)生的電勢E0分解成了代表電壓降和以及發(fā)電機(jī)端電壓jIxa, jIxa和jIra 以及發(fā)電機(jī)端電壓F0 , Fa和F的各向量分量。另一方面，電壓向量圖并不顯示磁通0,a和，而是顯示產(chǎn)生這些磁通的磁勢F0 , Fa和F，這便使得稱其為電勢磁勢向量圖合情合理。電壓降向量jIxa 和jIxa可由一公共的電壓降向量來替代jIxa + jIxa = jIxs式中，電抗xs = xa+ xa稱為凸極電機(jī)的同步電抗。將電機(jī)的各主要部分，即定轉(zhuǎn)子及其繞組，與這些繞組產(chǎn)生的磁勢在空間的相對位置表示出來是很有意思的。角表示電流I達(dá)最大值的那相導(dǎo)體與電勢E0取得最大值，且一磁極軸線相反的