同步發(fā)電機的磁場

電機學(xué)

ElectricalMachinery自動化系溫志明20121本節(jié)內(nèi)容要點：1、時空相-矢量圖2、負載運行時兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢

a.由直流電流產(chǎn)生的勵磁磁動勢

b.三相對稱交流電流產(chǎn)生的電樞磁動勢3、隱極式同步發(fā)電機的電動勢相量圖，方程式，等值電路4、凸極式同步發(fā)電機的電動勢相量圖，方程式，等值電路2電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載運行空載磁場對稱負載運行電樞反應(yīng)（重點）本節(jié)內(nèi)容3電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機空載運行空載運行：定子繞組開路，定子電流為零，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流，發(fā)電機被拖動以同步速度旋轉(zhuǎn)的情況。4電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com基波勵磁磁動勢

當勵磁繞組中通入直流電流后，產(chǎn)生隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的磁動勢，稱為勵磁磁動勢。因為它隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，從定子上看，它也是一個旋轉(zhuǎn)磁動勢，所以同電樞繞組磁動勢的分析方法一樣。1、凸極電機的勵磁磁動勢5電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com基波勵磁磁動勢6電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com勵磁繞組放置在磁極兩邊槽里，磁極中間不放繞組以使磁極磁動動勢波形接近正弦，每極磁勢最大幅值為

，通過實際總槽數(shù)Z2與沿轉(zhuǎn)子表面開的等距槽的總槽數(shù)Z2的比值查表得。2、隱極電機的勵磁磁動勢基波勵磁磁動勢7電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com基波勵磁磁動勢8電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機空載電動勢切割電樞繞組9電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機空載電動勢漏磁通10電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機空載電動勢感應(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?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。11電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機空載電動勢電壓波形畸變定義：實際空載線電壓波形與正弦波形的偏差程度。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。

12電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com對稱負載運行定子繞組接三相對稱負載，定子電流不為零，有電樞磁動勢產(chǎn)生；轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流，有勵磁磁動勢產(chǎn)生；發(fā)電機被拖動以同步速度旋轉(zhuǎn)。13電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載與對稱負載運行時

物理情況對比運行狀態(tài)電流磁動勢磁通電動勢合成電動勢空載運行IfFfΦ0E0E0對稱負載運行IfFfΦ0E0EIaFaΦaEa14電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com定義：電樞磁動勢對勵磁磁動勢的影響叫電樞反應(yīng)。

一、磁動勢分析1、定子三相對稱繞組中對稱三相電流產(chǎn)生基波電樞磁動勢（1）大小：(A)（2）轉(zhuǎn)速：(r/min)（3）轉(zhuǎn)向：沿通電相序A、B、C的方向，它與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同（4）極對數(shù)：和轉(zhuǎn)子極對數(shù)Ｐ相同，決定于繞組的節(jié)距空載與對稱負載運行時

物理情況對比15電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com2、轉(zhuǎn)子繞組通入直流產(chǎn)生每極基波勵磁磁動勢（1）大?。?/p>

(A)（2）轉(zhuǎn)速：和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一樣為同步速（3）轉(zhuǎn)向：和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致（4）極對數(shù)：和轉(zhuǎn)子磁極的極對數(shù)相同空載與對稱負載運行時

物理情況對比16電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com勵磁磁動勢Ff與

電樞磁動勢Fa的特點磁動勢基波波形大小位置轉(zhuǎn)速共同點Ff正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機轉(zhuǎn)速決定轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相同，在空間相對靜止。Fa正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由頻率f和極對數(shù)p共同決定17電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)定義：電樞基波磁動勢對主極基波磁場的影響。性質(zhì)：取決于電樞基波磁動勢與勵磁磁動勢在空間的相對位置，有交磁、助磁、去磁之分。分析：取決于同步發(fā)電機的內(nèi)功率因數(shù)角ψ0。18電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.comψ0＝0時的電樞反應(yīng)BaB結(jié)論：電樞磁動勢只有交軸分量，電樞反應(yīng)對主極磁場的影響為交磁作用；交軸電樞反應(yīng)使氣隙合成磁場軸線位置從空載時的直軸處逆轉(zhuǎn)后移一個角度，而幅值增加；轉(zhuǎn)子主磁場B0超前氣隙合成磁場B，電磁轉(zhuǎn)矩對主磁極起制動作用。19電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com0°<ψ0<90°時的電樞反應(yīng)結(jié)論：電樞磁動勢包括交軸分量和直軸分量。交軸電樞反應(yīng)對主極磁場的影響為交磁作用；直軸電樞反應(yīng)對主極磁場的影響為去磁作用。20電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com-90°<ψ0<0°時的電樞反應(yīng)結(jié)論：電樞磁動勢包括交軸分量和直軸分量。交軸電樞反應(yīng)對主極磁場的影響為交磁作用；直軸電樞反應(yīng)對主極磁場的影響為助磁作用。21電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com當ψ0角為不同值的電樞反應(yīng)

位置電樞反應(yīng)性質(zhì)對電機的影響負載性質(zhì)n(f)UΨ=00q軸交軸波形畸變下降不變RΨ=900d軸直、去削弱不變下降LΨ=-900d軸直、助增強不變上升C00<Ψ<900d、q軸交、直去削弱下降下降R、L-900<Ψ<00d、q軸交、直助增強下降上升R、C22電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電機的時空矢量圖交磁去磁助磁23電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機情況凸極同步發(fā)電機情況本節(jié)內(nèi)容24電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義同步電抗是同步電機中一個極為重要的參數(shù)，它的大小對同步電機的性能有很大影響，因此在未具體研究同步電機性能以前，先對同步電抗的概念作一介紹。隱極同步電機：隱極同步電機有一個特點就是定轉(zhuǎn)子之間的氣隙是均勻分布的。下面我們就來分析他的電抗。25電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義已知：其中的稱為電樞反應(yīng)電抗。在同樣大小電流情況下,如果越大，電樞反應(yīng)電勢也越大，表示著電樞磁勢所產(chǎn)生的電樞磁通很強。因此的大小可以說明電樞反應(yīng)的強弱。當然，電樞電流除了產(chǎn)生主磁通外，還要產(chǎn)生一定的漏磁通，由于漏磁通也會交鏈電樞繞組，所以對應(yīng)產(chǎn)生電動勢26電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義所以在三相對稱電流通過電樞繞組后，所產(chǎn)生的匝鏈定子繞組的磁通為（），兩者在電樞繞組中所產(chǎn)生的全部電勢為式中稱為隱極同步電機的同步電抗。27電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義這樣同步發(fā)電機在負載下，電樞反應(yīng)磁通及漏磁通所產(chǎn)生的作用，可以通過同步電抗壓降的形式來表示了。同步電機在正常狀態(tài)下工作，磁路略呈飽和。磁路的飽和程度越高，它的磁阻便越大，所對應(yīng)的電抗便會越小。所以磁阻或電抗的大小是隨著磁路飽和程度的改變而改變的。28電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義二、凸極同步電機：凸極同步電機的特點就是氣隙分布不均勻。這樣我們就不能用分析隱極式同樣的方法來分析凸極同步電機的電抗。在凸極電機中，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大。

很顯然，由于直軸處的氣隙比交軸處小，故直軸磁導(dǎo)比交軸磁導(dǎo)大。這樣，同樣大小的電樞磁動勢作用在直軸和交軸上時，所產(chǎn)生的電樞磁場將有明顯的差別。而不同的磁阻將對應(yīng)著不同的電抗。

29電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義所以，在這里，我們將磁動勢分解成沿直軸和交軸方向的兩個分量。直軸電樞磁勢固定地作用在直軸磁路上，對應(yīng)于一個恒定不變的磁阻，產(chǎn)生磁通。30電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義交軸電樞磁勢固定地作用在交軸磁路，也對應(yīng)于一個恒定不變的磁阻，產(chǎn)生磁通。磁通與分別切割定子繞組而在其中感應(yīng)出電勢及。由于交軸及直軸的磁阻都恒定不變，所以正比于，正比于，因此，31電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義和隱極電機一樣，直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗各和定子漏抗相加，便可以得到直軸同步電抗和交軸同步電抗，即32電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義注意：在直軸磁路上，由于氣隙小，磁阻小，所以較大。在交軸磁路上，由于氣隙很大，磁阻大，所以較小。當直軸及交軸的同步電抗相等時，就是隱極電機。33電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電樞反應(yīng)電抗的物理意義以上物理量都是一相的值；Xa：對稱負載下單位電流感應(yīng)的電樞反應(yīng)電動勢；Xa：綜合反映了三相對稱電流所產(chǎn)生的磁動勢對一相的影響；Xa：相當于感應(yīng)電機中的激磁電抗Xm。電樞反應(yīng)電抗34電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com氣隙對磁導(dǎo)的影響隱極極凸35電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機的電樞磁場d軸q軸FadBadFaqBaqBad1Baq1ψ0=90°ψ0=0°36電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機情況前提：不考慮飽和基本電磁關(guān)系電壓方程式相量圖等效電路同步電抗的物理意義37電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機

的基本電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子主極：定子電樞：38電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機

的電壓方程式同步電抗電樞反應(yīng)電抗不計飽和電壓方程39電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機的相量圖40電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機的等效電路～41電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機

相量圖的求解方法方法一：利用電壓方程式；方法二：利用幾何關(guān)系。caobd已知：U,I,φ,Ra,Xs求：E0,δ42電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機情況前提：不考慮飽和雙反應(yīng)理論基本電磁關(guān)系電壓方程式相量圖等效電路直軸與交軸同步電抗的意義43電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com雙反應(yīng)理論電樞磁動勢Fa的位置取決于ψ0。當Fa既不在直軸、也不在交軸，而位于任意位置時，可把Fa分解為直軸分量Fad和交軸分量Faq，分別求解直軸電樞反應(yīng)和交軸電樞反應(yīng)，兩者疊加，在不計飽和時就可得到一般情況下凸極同步電機的電樞反應(yīng)。44電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機

的基本電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子主極：定子電樞：45電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機

的電壓方程式直軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗46電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機

的電壓方程式47電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機的相量圖現(xiàn)在的問題：如何確定ψ0？48電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機的相量圖為了確定ψ0，畫出相量圖，定義一個虛擬電動勢：與E0同相49電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機

相量圖的標量求解方法50電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機的等效電路～51電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com直軸與交軸同步電抗的意義Φad(Λad)Φaq

(Λaq)Φσ(Λσ)Φσ(Λσ)52電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電機參數(shù)的比較電機漏抗電樞反應(yīng)電抗直軸同步電抗交軸同步電抗基本關(guān)系大小關(guān)系隱極機XσXaXsXsXs=Xd=Xq

=Xσ+XaXs>>Xσ>Ra凸極機XσXadXaqXdXqXd=Xσ+XadXq=Xσ+XaqXd>Xq>Xσ>Ra53電機學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com例題有一臺的汽輪發(fā)電機，，電樞電阻略去不計。試求額定負載下勵磁電動勢及內(nèi)功率因數(shù)角。有一臺的汽輪發(fā)電機，，電樞電阻略去不計。每相勵磁電動勢為7520V，試求分下列幾種情況接上三相對稱負載時的電樞電流值，并說明其電樞反應(yīng)的性質(zhì)：

(1)每相是7.52純電阻

(2)每相是7.52Ω純電感；