第12章 同步電機的

第12章同步電機的基本理論與運行特性第一節(jié)同步電機的結(jié)構(gòu)

什么是同步電機？一.同步電機和異步電機的區(qū)別①轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)異步電機:三相雙層疊繞組或其他交流繞組籠式繞組,構(gòu)成閉合回路同步電機:多為同心式繞組，外接直電源②轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系③繞組中的電流④氣隙大小的差別二、同步電機的運行原理當(dāng)勵磁繞組通以直流電之后，建立恒定的磁場，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n時，定子的導(dǎo)體感應(yīng)交流電動勢，其頻率是

三.同步電機的分類①按運行方式和功轉(zhuǎn)換方向：同步發(fā)電機同步電動機同步調(diào)相機②按結(jié)構(gòu)分:旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式(小容量)③按磁極的形狀分： 隱極機凸極機④按原動機的類別分：汽輪發(fā)電機水輪發(fā)電機柴油發(fā)電機燃汽輪發(fā)電機風(fēng)力發(fā)電機汽輪發(fā)電機——轉(zhuǎn)速高、離心力大(p=1,p=2)——隱極式水輪發(fā)電機——轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多——凸極式四、同步電機的基本結(jié)構(gòu)型式組成：固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子1、按旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)分：磁極旋轉(zhuǎn)式電樞旋轉(zhuǎn)式磁極旋轉(zhuǎn)式——以電樞為定子，磁極為轉(zhuǎn)子。使磁極旋轉(zhuǎn)，厲磁電流通過集電環(huán)送入勵磁繞組。旋轉(zhuǎn)電樞式------把磁極放在定子上，而電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上。應(yīng)用于小容量同步電機機械端口轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心電端口ABC返回磁極旋轉(zhuǎn)式同步電機

2、按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：隱極式轉(zhuǎn)子同步電機

凸極式轉(zhuǎn)子同步電機隱極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，這些槽中嵌放著勵磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)成大齒，是磁極的中心區(qū)。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn)N極和S極。在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達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)電機都做成細(xì)長的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子。凸極式轉(zhuǎn)子凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈當(dāng)勵磁線圈中通過直流勵磁電流后，每個磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為N極和S極對水輪發(fā)電機來說，由于水輪機的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機的極數(shù)就比較多，做成凸極式結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單。中小型同步電機多半也做成凸極式。汽輪發(fā)電機組汽輪發(fā)電機圖

二、汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)定義：以汽輪機或燃?xì)廨啓C為原動機。特點：汽輪機的運行性能在高速時較為經(jīng)濟，應(yīng)有盡可能高的轉(zhuǎn)速?；痣娬局衅啺l(fā)電機一般為兩極隱極式。核電站的大型汽輪發(fā)電機一般采用4極隱極式。

1、定子定子鐵心：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，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于1m時，采用扇形沖片定子繞組：銅線機座端蓋隱極同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)

1、汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)（2）定子繞組返回2、轉(zhuǎn)子

隱極式轉(zhuǎn)子，其外形常做成一個細(xì)長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，勵磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。勵磁繞組：為同心式繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)。轉(zhuǎn)軸——經(jīng)聯(lián)軸器與汽輪機相聯(lián)的一端為汽機端，稱與勵磁機相接的一端為勵磁機端。集電環(huán)：激磁繞組的兩個出線端，通過裝在勵磁機側(cè)的集電環(huán)經(jīng)電刷與直流激磁電源接通。1、汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)返回各種電機

引進600MW汽輪發(fā)電機國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子鐵心三、水輪發(fā)電機特點——極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同，具扁短形。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。(1)立式水輪發(fā)電機(2)臥式水輪發(fā)電機1、定子定子鐵心——水輪發(fā)電機的直徑很大，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。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，常采用分?jǐn)?shù)槽繞組。機座發(fā)電機定子總裝配發(fā)電機定子鐵芯發(fā)電機定子總裝配定子鐵芯由硅鋼片、齒壓板、壓指、壓緊螺栓等組成。硅鋼片厚度為0.5mm，兩面均涂有F級絕緣漆，鐵芯拉緊螺栓位于鐵芯疊片中部，用絕緣套管與鐵芯疊片絕緣，與傳統(tǒng)的位于鐵芯疊片尾部相比拉緊效果好，有利于防止疊片翹曲變形和運行過程中松動。發(fā)電機定子總裝配發(fā)電機定子繞組定子繞組一般設(shè)計為三相雙層波形繞組發(fā)電機定子總裝配發(fā)電機定子總裝配2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁極——由厚度為1～2mm的鋼片疊成勵磁繞組阻尼繞組磁軛發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)電機轉(zhuǎn)子左江24MW發(fā)電機轉(zhuǎn)子在吊裝現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機四、同步電機銘牌我國生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機有QFQ、QFN、QFS等系列。前兩個字母表示汽輪發(fā)電機；第三個字母表示冷卻方式，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雙水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機。TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機，定子外徑為1264厘米，鐵心長為160厘米，極數(shù)為48。外同步電動機系列有TD、TDL等，TD表示同步電動機，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動機；TDL表示立式同步電動機。同步補償機為TT系列。電機型號額定容量SN(VA,kVA,MVA等)或額定功率PN(W,kW,MW等)：指電機輸出功率的保證值。額定電壓(V,kV等)：額定時定子輸出端線電壓。額定電流(A)：指額定運行時定子的線電流。額定功率因數(shù)：額定運行時輸出電功率的功率因數(shù)。額定頻率：額定運行時電機電樞輸出端電能的頻率，我國標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz。額定轉(zhuǎn)速：額定運行時電機的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。同步電機名牌上還有其它的運行數(shù)據(jù)，如額定負(fù)載時的溫升、勵磁容量和勵磁電壓，定子繞組連接等。第二節(jié)同步電機的勵磁系統(tǒng)一、概念勵磁方式——同步電機獲取直流勵磁電流的方式勵磁系統(tǒng)——供結(jié)勵磁電流的整個系統(tǒng)，包括裝置和線路，如： 勵磁機 勵磁調(diào)節(jié)器（手動、自動） 滅磁裝置二、對勵磁系統(tǒng)的要求1、正常運行時，供給勵磁電流2、為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負(fù)載情況變化，勵磁電流能相應(yīng)調(diào)節(jié)3、當(dāng)系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降時（如發(fā)生短路故障等），能強行勵磁提高電勢，保持電壓穩(wěn)定4、突然丟負(fù)荷時，如水輪機組轉(zhuǎn)速明顯升高，能強行減磁，限制端電壓過度增高。5、當(dāng)電機內(nèi)部發(fā)生短路故障時，能快速滅磁和減磁，以減小故障的損壞程度。6、對兩臺以上并列運行發(fā)電機，能成組調(diào)節(jié)無功功率，使無功合理分配。其他：反映迅速，運行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，成本低，體積小等三、勵磁方式

1、直流勵磁機勵磁

直流勵磁機通常與同步發(fā)電機同軸，采用并勵或者他勵接法.直流并勵勵磁機系統(tǒng)，如圖：P209,圖12-10直流他勵勵磁機系統(tǒng)：采用他勵接法時，勵磁機的勵磁電流由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發(fā)電機供給。

二、交流勵磁機整流勵磁系統(tǒng)

1、靜止整流勵磁

2、旋轉(zhuǎn)整流勵磁可分為

1、交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)

交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)：

同一軸上有三臺交流發(fā)電機，即主發(fā)電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機。副勵磁機的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(有時采用永磁發(fā)電機)。副勵磁機的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機主勵磁機的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機的勵磁繞組。在中小型同步發(fā)電機中，也可采用自勵式整流系統(tǒng)2、交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)2、交流勵磁機旋轉(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)的勵磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機，其勵磁電流達到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。在大容量的同步發(fā)電機中常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)。主勵磁機是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。交流主勵磁機的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置——無刷勵磁系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)電樞式第三節(jié)同步電機的基本原理一、同步電機的基本原理：

當(dāng)同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子在原動機的拖動下達到同步轉(zhuǎn)速n1時，由于轉(zhuǎn)子繞組是由直流電流If勵磁，所以轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中所建立的磁場相對于定子來說是一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場切割定子上開路的三相對稱繞組，在三相對稱繞組中產(chǎn)生三相對稱空載感應(yīng)電動勢E0。若改變勵磁電流的大小則可相應(yīng)地改變感應(yīng)電動勢的大小，此時同步發(fā)電機處于空載運行。

當(dāng)同步發(fā)電機帶負(fù)載后，定子繞組構(gòu)成閉合回路，產(chǎn)生定子電流，該電流是三相對稱電流，因而要在氣隙中產(chǎn)生與與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。此時定、轉(zhuǎn)子間旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止，氣隙中的磁場是定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的合成。由于氣隙中磁場的改變，定子繞組中感應(yīng)電動勢的大小也將發(fā)生變化。二、兩種旋轉(zhuǎn)磁場1、定子旋轉(zhuǎn)磁場2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場（與異步電機比較)三、電磁力的產(chǎn)生同步電機的兩種旋轉(zhuǎn)磁場均以同步速度旋轉(zhuǎn)，沒有相對運動，但兩種磁場存在空間位移，便會產(chǎn)生電磁力三、同步電機的運行方式電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場間沒有相對運動三、同步電機的運行方式

電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場間沒有相對運動發(fā)電機方式：轉(zhuǎn)子磁場超前定子磁場（電磁阻力）電動機方式：定子磁場超前轉(zhuǎn)子磁場（驅(qū)動轉(zhuǎn)動）第四節(jié)同步電機的空載運行一、空載與空載磁勢空載運行：同步發(fā)電機被原動機拖動到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流，定子繞組開路（定子電流為零），此時發(fā)電機的端電壓等于繞組中的感應(yīng)電動勢，稱為空載電動勢E0空載運行是同步發(fā)電機最簡單的運行方式，其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢單獨建立，分析較為簡單

If

Ff（空載磁動勢）二、隱極同步電機的空載磁勢勵磁繞組（分布繞組）埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙近似均勻。勵磁磁勢在空間的分布為一個階梯形，受齒槽的影響,氣隙磁密呈現(xiàn)出波動變化。用傅里葉極數(shù)可求出其基波分量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。如無特殊說明，以后僅考慮磁通密度的基波分量

階梯形波幅值：Ff=IfNf三、凸極同步電機的空載磁勢對于凸極發(fā)電機來說，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個電樞圓周分布不均勻，極面下氣隙較小，磁阻較?。粯O間氣隙較大，極間磁阻很大。同一個極面下，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。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。

勵磁繞組為集中繞組，磁勢波為矩形波感應(yīng)電勢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)。在設(shè)計和制造電機時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以獲得盡可能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。

四、同步電機中的時空量圖將相繞組軸線作為空間矢量參考軸（相軸）令時間相量參考軸（時軸）與空間矢量參考軸重合轉(zhuǎn)子繞組軸線兩極間中心線時間相量——U、I、E、Φ(對一相而言)磁勢和磁場是空間分布函數(shù)，磁通電空間矢量——F、B（整臺電機而言）勢是時間函數(shù)，二者有相同的角速度五、空載電勢三相電勢對稱主磁通0漏磁通只有主磁通才在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢六、電壓波形畸變定義：實際空載線電壓波形與正弦波形的偏差程度。規(guī)定：空載及額定電壓時，容量在300kVA之上時不超過5%，較小容量不超過10%。影響：危害用電設(shè)備（瞬時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：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形接法消除三次及其倍數(shù)次諧波。第四節(jié)對稱負(fù)載時的電樞反應(yīng)一、負(fù)載后（氣隙）磁勢分析★空載時，只有一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵磁磁勢Ff——隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(稱為機械旋轉(zhuǎn)磁勢)

，在電樞繞組中感應(yīng)出三相對稱交流電勢，勵磁電勢，即空載電勢E0?！锂?dāng)電樞繞組接上三相對稱負(fù)載后，電樞繞組中流過三相對稱的交流電流，將形成一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢——電樞磁勢Fa——電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢）。★兩個旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速均為同步速，且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，矢量合成為一個合成磁勢。★氣隙磁場——由合成磁勢在電機的氣隙中建立起來的磁場。

電樞反應(yīng)------對稱負(fù)載時Fa（電樞磁勢）對Ff1的影響內(nèi)功率因數(shù)角ψ：

E0Ia解釋：時間相量Ia與空間矢量Fa同向電樞磁勢Fa——三相電流產(chǎn)生的合成磁勢，哪一相電流達最大值，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Fa正好在交軸上一、ψ=0時的電樞反應(yīng)分析輸出電流和空載電勢同相，有功功率從電機輸至電網(wǎng)——發(fā)電機狀態(tài)。ψ＝0，cosψ＝1，sinψ＝0，不發(fā)出無功功率。轉(zhuǎn)子磁勢在直軸上，電樞磁勢作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢的軸線位置產(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)，簡稱交磁作用解釋：時間相量Ia與空間矢量Fa同向電樞磁勢Fa——三相電流產(chǎn)生的合成磁勢，哪一相電流達最大值，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Fa正好在交軸上交軸電樞反應(yīng)Fa滯后于Ff1發(fā)電機二、ψ=π/2時的電樞反應(yīng)分析輸出電流滯后于空載電勢90°，cosψ＝0，sinψ＝1，有功功率等于零，僅發(fā)出電感性無功功率。直軸電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢均作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫铣纱艅莸姆禍p小——直軸去磁電樞反應(yīng)。為保持電壓不變，應(yīng)增大勵磁，即為過激狀態(tài)，將輸出電感性無功功率

三、ψ=π時的電樞反應(yīng)分析I與E0反相。cosψ＝1，sinψ＝0，有功功率將從電網(wǎng)輸送到電機——電動機運行狀態(tài)。sinψ＝0，不發(fā)出無功功率。交軸電樞反應(yīng)Fa超前于Ff1電動機轉(zhuǎn)子磁勢作用在直軸上，電樞磁勢作用在交軸上，電樞反應(yīng)使合成磁勢的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。四、ψ=-π/2時的電樞反應(yīng)分析輸出電流超前空載電勢90°，cosψ＝0，sinψ＝1，有功功率等于零，僅發(fā)出電容性無功功率，或吸收電感性無功功率。直軸電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢均作用在直軸上，方向一致，合成磁勢的幅值加大，電樞反應(yīng)為純增磁作用——直軸助磁電樞反應(yīng)。為保持電壓不變，應(yīng)減少勵磁，即為欠激狀態(tài)，將輸出電容性無功功率

五、y為任意角度時的電樞反應(yīng)1、將電樞磁勢分解為直軸和交軸兩個分量。2、交軸分量Faq滯后于Ff1為發(fā)電機運行，超前于Ff1為電動機運行，分別對應(yīng)于輸出和輸入有功功率。3、直軸分量Fad可能是磁化或去磁作用，當(dāng)去磁作用時，處于過激狀態(tài)。當(dāng)直軸電樞磁勢起磁化作用時，接在電網(wǎng)上的同步電機處于欠激狀態(tài)。電樞反應(yīng)分析同步發(fā)電機運行情況：（-90o，90o）同步電動機運行情況：（90o，270o）電樞反應(yīng)是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵同步電機空載運行時，定子繞組開路，沒有負(fù)載電流：不存在電樞反應(yīng)，不存在由轉(zhuǎn)子到定子的能量傳遞。當(dāng)同步發(fā)電機帶有負(fù)載時，就產(chǎn)生了電樞反應(yīng)。不同負(fù)載性質(zhì)時，電樞磁場與轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生不同性質(zhì)的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。實現(xiàn)能量的傳遞

（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)電機的轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動機的輸入功率（b）（c）：電樞反應(yīng)直軸作用，b為去磁，c為助磁，為保持發(fā)電機的端電壓不變，必須隨著無功負(fù)載的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的激磁電流。第五節(jié)隱極同步電機的分析方法一、接對稱負(fù)載時IfFf1兩個磁場定轉(zhuǎn)子磁場無相對運動相互間沒有感應(yīng)耦合，因而都不會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢，不計飽和時便可用疊加原理，認(rèn)

為轉(zhuǎn)子磁場與電樞磁場分別在

IFa繞組中感應(yīng)電勢二、不計飽和時的電磁關(guān)系IfFf1

Φ0E0EI系統(tǒng)Fa

ΦaEa

方程式：

等效電路:E0——空載電勢，反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場的作用Ea——電樞反應(yīng)電勢，反應(yīng)電樞磁場的作用。是三相合成電樞反應(yīng)磁場在一相繞組中的感應(yīng)電勢。三、隱極電機電樞反應(yīng)電抗xa，同步電抗XS,漏抗X?1、電樞反應(yīng)電抗Xa當(dāng)三相對稱電樞電流流過電樞繞組時，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢，在電機內(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)電勢和漏磁電勢。與電樞電流的大小成正比(不計飽和)，比例常數(shù)稱為電樞反應(yīng)電抗。考慮到相位關(guān)系后，每相電樞反應(yīng)電勢為：

物理意義：電樞反應(yīng)磁場在定子每相繞組中感應(yīng)的電樞反應(yīng)電勢，可以看作相電流所產(chǎn)生的一個電抗電壓降2、漏抗X?

電樞反應(yīng)磁通Φa（互磁通）Fa電樞磁勢槽漏磁通和端部漏磁通高次諧波磁勢諧波磁通（差漏磁通）端部漏磁通槽漏磁通統(tǒng)稱為定子漏磁通ΦΔ差部漏磁通3、隱極電機同步電抗xs對應(yīng)于定子繞組的漏磁通對應(yīng)于定子電流所產(chǎn)生的空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場

定子旋轉(zhuǎn)磁勢是三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的，幅值為每相脈動磁勢幅值的3/2倍。磁通在繞組中的感應(yīng)電勢用相電流在電抗上的壓降表示，為每相值xs3、隱極發(fā)電機的相量圖在作相量圖時，假設(shè)已知：發(fā)電機的端電壓，電樞電流，負(fù)載功率因數(shù)角，同步電抗。根據(jù)方程式求得勵磁電勢步驟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I90°

得到E相量步驟4：再加上相量jIxa，得到E0相量隱極發(fā)電機的相量圖:功角δ——E0與U間的夾角，與功率有關(guān)位移角δi——空間矢量Ff1與Fδ間的相位角，反映負(fù)載后磁勢的位移二、電樞反應(yīng)磁勢的折算磁路不飽和時，分別由磁勢->磁密->感應(yīng)電勢，然后進行疊加。考慮磁路飽和，則疊加原理不適用。必須先合成磁勢，利用磁化曲線，確定產(chǎn)生合成的磁場及其合成感應(yīng)電勢。電樞磁勢折算為等效的轉(zhuǎn)子磁勢，并與原轉(zhuǎn)子磁勢合成為等效的氣隙合成磁勢。隱極機與凸極機氣隙形狀不一樣，有不同的折算結(jié)果。第六節(jié)凸極同步發(fā)電機的分析方法一、雙反應(yīng)理論凸極同步機的氣隙不均勻．在極面下的磁導(dǎo)大，兩極之間的磁導(dǎo)小。同一電樞磁勢波作用在氣隙不同處，會遇到不同的磁阻，產(chǎn)生不同的磁密。F=，B=S雙反應(yīng)法——電樞基波磁勢Fa分解為直軸上的直軸電樞反應(yīng)磁勢Fad和交軸上的交軸電樞反應(yīng)磁勢Faq。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。求出在每相定子繞組中直軸電樞反應(yīng)電勢Ead和交軸電樞反應(yīng)電勢Eaq。雙反應(yīng)法的基礎(chǔ)是，當(dāng)不計飽和時，適用疊加原理，用雙反應(yīng)法來分析凸極同步電機。二、電路方程與等效電路電樞反應(yīng)Fad磁通ad電樞反應(yīng)Faq磁通aq機械旋轉(zhuǎn)Ff磁通0定子繞組漏磁場三、直軸與交軸電樞反應(yīng)電抗和同步電抗（一）直軸電樞反應(yīng)電抗（二）交軸電樞反應(yīng)電抗（三）直軸同步電抗和交軸同步電抗凸極發(fā)電機的相量圖由負(fù)載性質(zhì)，作出U和I相量確定E0的方向，得到內(nèi)功率因數(shù)角ψ分解負(fù)載電流Id=Isinψ,Iq=Icosψ得到E0同步電機對稱運行

時的特性1. 空載特性、短路特性、負(fù)載特性（曲線）2. 測定同步電抗、計算短路比、測定漏抗3. 外特性與調(diào)整特性4. 電壓變化率分析同步電機的特性分析基礎(chǔ)對稱運行：指電機轉(zhuǎn)速為額定值且保持恒定，并供給三相對稱負(fù)載時的一種穩(wěn)態(tài)運行方式主要變量：電壓U、電樞電流I、激磁電流If和功率因數(shù)cosθ特性：(1)空載特性：I=0(2)短路特性：U＝0(3)負(fù)載特性：I＝const、cosθ=const(4)外特性：If＝const、cosθ＝const(5)調(diào)整特性：U＝const、cosθ=const主要參數(shù)：同步電抗xs、xd、xq及漏抗xσ

標(biāo)幺值計算時的基值的選取定子側(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/電流基值轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子電流基值——空載電勢為額定相電壓時的勵 磁電流第八節(jié)同步發(fā)電機的空載、

短路和負(fù)載特性一. 同步發(fā)電機的空載特性當(dāng)空載運行時（電樞繞組開路，I=0）,空載電動勢E0隨轉(zhuǎn)子勵磁電流If變化的關(guān)系?？蛰d特性與電機磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律E0Φ0

Φ0=f（Ff）即磁化曲線IfFf

二、空載特性的實驗測定調(diào)節(jié)可變電阻，使勵磁電流逐步上升，每次記下If和E0的讀數(shù)。作同步電機的空載特性由于存在剩磁，規(guī)定用下降曲線來表示空載特性。從1.3UN對應(yīng)的勵磁逐步減?。ㄝ^正的空載特性曲線）剩磁電動勢三、飽和系數(shù)：E0*=1時的總磁勢與氣隙磁勢之比， 一般在1.1-1.25間意義：空載磁路飽和后，由勵磁磁勢所建立的磁通和感應(yīng)電勢都降低到未飽和時的1/k。當(dāng)勵磁電流較小時，由于磁通較小，電機磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長后的射線稱為（氣隙線）磁勢主要消耗在氣隙上隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進入飽和段。（向下彎曲）鐵磁飽和后，需磁勢迅速增大，橫向距離bc為鐵磁部分的磁動勢Ffe為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計在空載特性的彎曲處，如圖中的c點

ba空載特性的工程應(yīng)用①將設(shè)計好的電機的空載特性與常規(guī)空載特性相比較，如果兩者接近，說明電機設(shè)計合理，反之，則說明該電機的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。 如太飽和，將使勵磁繞組用銅過多，且電壓調(diào)節(jié)困難 如飽和度太低，則負(fù)載變化時電壓變化較大，且鐵心利用率較低，鐵心耗材較多②結(jié)合短路特性可以求取同步電機的參數(shù)。③發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。必須掌握（*）二、 同步發(fā)電機的短路特性發(fā)電機定子繞組三相短路，即U=0時，電樞短路電流Ik與勵磁電流If間的關(guān)系曲線，即IK=f（If）忽略繞組電阻ra(c)短路運行時，Ik滯后于E090o電角度，y=90o，交軸分量Ikq=0，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔谩?/p>

影響：電機磁路處于不飽和狀態(tài)。短路特性曲線去磁作用減少了電機中的磁通，磁路處于不飽和狀態(tài)電樞磁勢Fa正比于電樞電流I=Ik短路特性是一直線IkIf0U=0穩(wěn)態(tài)短路時，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔茫姍C的磁通和感應(yīng)電勢較小，短路電流不大，三相穩(wěn)態(tài)短路運行沒有危險零功率因數(shù)特性（2）：I=IN,cosθ=0(θ=90°)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

端電壓三 負(fù)載特性曲線端電壓與勵磁電流間的曲線I=const，cosθ=const U＝f(If)矢量（相量）關(guān)系變成了代數(shù)關(guān)系重點：空載特性與零功率因數(shù)曲線

mn對應(yīng)于去磁磁勢kadFad的勵磁電流on：合成磁勢om=mn+om：勵磁磁勢Ffan：E——合成電勢ab：Ixσ

bn=cm：U=E-Ixσ

c點：對應(yīng)(U,If)為零功率因數(shù)特性曲線上一點負(fù)載時實際激磁電抗三角形abc如電樞電流保持不變，三角形大小不變高ab=Ixσ，底邊bc=mn均正比于電樞電流c點軌跡即為零功率因數(shù)曲線重點：空載特性與零功率因數(shù)曲線

第九節(jié)同步發(fā)電機的參數(shù)及測定同步發(fā)電機的參數(shù)及測定：同步電抗：飽和與不飽和值xd和xq的轉(zhuǎn)差法測定短路比漏抗和保梯電抗一、 同步電抗的實驗測定1、不飽和同步電抗短路時不計飽和凸極電機的交軸同步電抗可以利用經(jīng)驗公式求得

2、飽和同步電抗的測定：在純感性負(fù)載時磁路飽和決定于空氣隙中的合成磁場，忽略漏阻抗壓降，則決定于端電壓。不同的端電壓時，xs不同當(dāng)磁路不飽和時，同步電抗電壓為c’a’，比ca大。不飽和同步電抗的數(shù)值比飽和同步電抗的數(shù)值大。二、短路比kK在空載時使空載電勢有額定值時的激磁電流If0與在短路時使短路電流有額定值時的激磁電流Ifk之比IN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)載變化時發(fā)電機的電壓變化就小，并聯(lián)運行時發(fā)電機的穩(wěn)定度較高；設(shè)計上，電機氣隙較大，轉(zhuǎn)子的額定激磁磁勢和用銅量增大。短路比小，同步電抗大，負(fù)載變化時發(fā)電機的電壓變化就大——電壓調(diào)整率大，發(fā)電機的穩(wěn)定度較差。工程上：隨著單機容量的增大，為了提高材料利用率，隨機組容量增大短路比降低。由于采用自動勵磁調(diào)節(jié)裝置，大大提高了運行穩(wěn)定性，降低短路比可以提高電機經(jīng)濟指標(biāo)三、轉(zhuǎn)差率試驗，測定xd、xq同步電