同步電機2基本電磁關系課件

6.2同步發(fā)電機的電磁關系§1同步發(fā)電機的空載運行§2三相同步發(fā)電機的電樞反應§3隱極同步發(fā)電機的電磁關系§4凸極同步發(fā)電機的雙反應理論§5凸極同步發(fā)電機的電磁關系§6同步發(fā)電機的特性曲線§7有關參數的實驗求取6.2同步發(fā)電機的電磁關系§1同步發(fā)電機的空載運行§§1同步發(fā)電機的空載運行一、基本概念空載運行：同步發(fā)電機被原動機拖到同步轉速，轉子繞組通入直流勵磁電流而電樞繞組開路，這種運行狀態(tài)稱為空載運行或無載運行。勵磁磁動勢：同步發(fā)電機空載運行時電樞電流為零，電機氣隙中只有轉子勵磁電流

if產生的磁動勢Ff和磁場，稱為勵磁磁動勢和勵磁磁場。

圖

同步發(fā)電機的空載磁路§1同步發(fā)電機的空載運行一、基本概念空載運行：同步發(fā)一、基本概念主磁通（勵磁磁通）：既鏈過轉子，又通過氣隙并與電樞繞組交鏈的磁通Φ0，稱為主磁通，它就是空載時的氣隙磁通，或稱勵磁磁通。主極漏磁通：只交鏈勵磁繞組的磁通Φfσ稱為主極漏磁通，它不參與電機的機電能量轉換過程。如圖所示。圖

同步發(fā)電機的空載磁路一、基本概念主磁通（勵磁磁通）：既鏈過轉子，又通過氣隙并與電同步電機(2)基本電磁關系ppt課件二、同步發(fā)電機空載運行分析空載特性：改變勵磁電流if

，就可得到不同的Φ0和勵磁電動勢E0

，曲線E0＝f(if

)表示在同步轉速下，空載電動勢E0與勵磁電流if之間的關系，稱為發(fā)電機的空載特性。由于E0∝，if∝Ff

，所以，空載曲線實質上就反映了電機的磁化曲線。二、同步發(fā)電機空載運行分析空載特性：改變勵磁電流if，就可同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件§2三相同步發(fā)電機的電樞反應一、基本概念電樞磁動勢：帶上負載以后，由于電樞繞組有電流通過，就出現第二個磁動勢－電樞磁動勢。如果繞組對稱，三相負載亦對稱，電樞磁動勢的基波就將為一同步旋轉的旋轉磁動勢勵磁磁動勢的基波和電樞磁動勢基波二者之和，就構成了負載時的合成磁動勢，從而決定了氣隙合成磁場。電樞反應：負載時電樞磁動勢的基波對主極磁通基波的影響，就稱為電樞反應，因此，電樞磁動勢又稱為電樞反應磁動勢?！?三相同步發(fā)電機的電樞反應一、基本概念電樞磁動同步電機(2)基本電磁關系ppt課件一、基本概念旋轉電機實現機電能量轉換的基本條件：同步電機的電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢轉速相同，轉向一致，因此它們在空間保持相對靜止。正由于這種相對靜止，才使它們之間的相互關系保持不變，從而建立穩(wěn)定的氣隙磁場和產生平均電磁轉距，實現機電能量轉換。實際上，定轉子磁動勢相對靜止是一切電磁感應型旋轉電機正常運行的基本條件。一、基本概念旋轉電機實現機電能量轉換的基本條件：同步電機的電二、時空相矢圖－分析電樞反應時采用時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為“時空相矢圖”

1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。

基波勵磁磁動勢及其磁密為一空間矢量。該矢量位于轉子的極軸線上，方向為N極指向，以同步速旋轉，如圖所示。二、時空相矢圖－分析電樞反應時采用時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。電樞磁動勢

也為空間矢量，它的位置可以這樣來確定，即當某相電流達到最大時，電樞磁動勢剛好轉到該相繞組的軸線上，它的指向與繞組中的電流方向符合右手螺旋定則，而且轉向與轉子的一致，并以同步速旋轉，如圖所示。圖中A相電流最大，所以剛好轉到A相軸線上。(電流的規(guī)定正方向仍由末端流向首端)。

1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。電同步電機(2)基本電磁關系ppt課件2.時間相量：凡是隨時間按正弦規(guī)律變化的量同步電機的空載電動勢(勵磁電動勢）是時間向量，該相量的相位由轉子的位置決定，如轉子處于圖(a)位置，當電動勢正方向與電流正方向一致時，A相感電動勢為正的最大，所以位于時間軸線上。如圖(b)所示。電動勢相量的角頻率與轉子旋轉的角速度都是ω。電樞電流也是時間相量，它的相位決定于電機內部的阻抗和負載的性質。電機內部的阻抗和負載的性質決定了電樞電流和空載電動勢之間的相位差角ψ，ψ稱為內功率因數角。2.時間相量：凡是隨時間按正弦規(guī)律變化的量同步電機的空載電動同步電機(2)基本電磁關系ppt課件3.時空相矢圖：由于空間矢量和時聞相量旋轉的角速度都是ω，把空間軸線+A與時間軸線+t重合在一起，空間矢量和時間相量就畫在同一張圖里，稱為時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，簡稱為“時空相矢圖”。

3.時空相矢圖：由于空間矢量和時聞相量旋轉的角速度都是ω，把同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件三、不同ψ角時的電樞反應三、不同ψ角時的電樞反應三、不同ψ角時的電樞反應1.與同相位時的電樞反應－交軸電樞反應三、不同ψ角時的電樞反應1.與同相位時的電樞反應－1.與同相位時的電樞反應－交軸電樞反應交軸電樞反應的作用：1）對主磁極而言，交軸電樞反應磁動勢在前極端(順轉向看、極靴的前部)起去磁作用，在后極端（順轉向看,極靴的后部)起加磁作用。定子合成磁動勢

扭斜了

角，幅值也有所增加，從而使氣隙磁場的大小也有所增加。2）同步電機的電磁轉矩和能量轉換與交軸電樞反應密切相關。只有具有交軸電樞反應，定子合成磁動勢和主磁極之間才會形成一定的角，從而才能實現機、電能量轉換，所以交軸電樞反應是實現機、電能量轉換的必要條件。

1.與同相位時的電樞反應－交軸電樞反應交軸電樞反應的2.落后以時的電樞反應－去磁性質的直軸電樞反應2.落后以時的電樞反應－去磁性質的直軸電樞反應2.落后以時的電樞反應－去磁性質的直軸電樞反應直軸電樞反應的作用：1）對主磁場而言，直軸電樞反應磁動勢起去磁作用，使得氣隙合成磁場減小。2）由于合成磁動勢沒有扭斜現象（），此時直軸電樞反應磁場與勵磁磁場正對著，不產生切向力，所以不產生電磁轉距，因而也不能進行機電能量轉換。2.落后以時的電樞反應－去磁性質的直軸電樞反應3.超前以時的電樞反應－加磁性質的直軸電樞反應3.超前以時的電樞反應－加磁性質的直軸電樞反應3.超前以時的電樞反應－加磁性質的直軸電樞反應直軸電樞反應的作用：1）對主磁場而言，直軸電樞反應磁動勢起加磁作用，使得氣隙合成磁場增強。2）由于合成磁動勢沒有扭斜現象（），所以也不會產生電磁轉距，也不能進行機電能量轉換。3.超前以時的電樞反應－加磁性質的直軸電樞反應4.一般情況下的電樞反應直軸電樞反應磁動勢交軸電樞反應磁動勢4.一般情況下的電樞反應直軸電樞反應磁動勢交軸電樞反應磁動勢4.一般情況下的電樞反應若把電流也分解成和兩個分量，則交軸電樞反應磁動勢使氣隙磁場扭斜。產生

ψ角，從而進行機電能量轉換，直軸電樞反應磁動勢對勵磁磁動勢起去磁作用，使氣隙磁場減小。

4.一般情況下的電樞反應若把電流也分解成和同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件§3隱極同步發(fā)電機的電磁關系一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖1、電磁關系：2、電勢平衡方程式：

§3隱極同步發(fā)電機的電磁關系一、不考慮飽和時一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖3、電樞反應電抗：Ea

＝4.44fNkw1Φa式中：稱為電樞反應電抗

是對稱負載下每相電流為1安時所感應的電樞反應電動勢。一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖3、電樞反一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖4、漏電抗：漏磁電動勢

也可寫成負的漏抗壓降的形式，即

式中：為與漏磁通相對應的漏電抗。一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖4、漏電抗同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件6、相量圖和等效電路分析功率因數角、內功率因數角、功角物理意義？6、相量圖和等效電路分析功率因數角、內功率因數角、功角物理意同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件

一臺隱極式同步發(fā)電機，分別在、、（滯后）與滯后）兩種情況下運行。其中和保持不變，而>，問哪一種情況下所需的勵磁電流大？為什么？、

、、

一臺隱極式同步發(fā)電機，分別在、、二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件根據磁動勢方程式和電動勢方程式作出的相矢圖，稱為磁動勢－電動勢相矢圖。

1、繪制磁動勢－電動勢相矢圖的步驟：1)已知U、I、cosφ以及空載特性，以感性負載為例。根據磁動勢方程式和電動勢方程式作出的相矢圖，稱為磁動勢－電動1、繪制磁動勢－電動勢相矢圖的步驟：2)

的位置領前于

,均為基波磁動勢,換算成一等效的階梯形波氣隙磁動勢:式中：kf為階梯形波勵磁磁動勢分解出的基波的波形系數。1、繪制磁動勢－電動勢相矢圖的步驟：2)的位置領前于二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖3)決定

的大小與位置:

的位置與重合，其大小可由計算或試驗獲得，它的計算公式為

4)求出如上圖中段。5)把Ff1換算成階梯形波，即求出Ff＝kaFf

1，Ff用或if＝Ff/Nf在空載特性上找

出E0，然后在落后于矢量方向作相量討論：在負載時，雖然有Ff，然而卻不存在E0，實際繞組里只存在一個氣隙電動勢Eδ，只有在負載除去后，E0才表現出來。

二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖3)決定的大小二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖2、電壓調整率：所謂電壓調整率，就是指當勵磁電流保持不變，發(fā)電機從滿載和額定電壓下逐漸甩去全部負載，電壓變化的百分數。即

E0為對應于額定負載和額定電壓時的勵磁電流下的空載電動勢UNφ為額定相電壓。二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖2、電壓調整率：所謂電§4凸極同步發(fā)電機的雙反應理論一、問題的提出§4凸極同步發(fā)電機的雙反應理論一、問題的提出同步電機(2)基本電磁關系ppt課件二、問題的解決二、問題的解決同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件§5凸極同步發(fā)電機的電磁關系一、不考慮飽和時的相量圖1、電磁關系：2、電動勢方程式：各物理量的規(guī)定正方向與前相同?！?凸極同步發(fā)電機的電磁關系一、不考慮飽和一、不考慮飽和時的相量圖電樞反應電抗：和隱極電機相似，不計飽和時

式中xad、xaq分別為直軸電樞反應電抗和交軸電樞反應電抗，它表征當對稱的三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時，三相聯合產生的基波電樞磁場在每一相繞組中感應的直軸或交軸電樞反應電動勢。一、不考慮飽和時的相量圖電樞反應電抗：和隱極電機相似，不計飽一、不考慮飽和時的相量圖電樞反應電抗：電樞反應電抗正比于匝數的平方和磁導的乘積，即

對于隱極電機，由于氣隙均勻，，所以。一、不考慮飽和時的相量圖電樞反應電抗：電樞反應電抗正比于匝數一、不考慮飽和時的相量圖電樞反應電抗：一、不考慮飽和時的相量圖電樞反應電抗：一、不考慮飽和時的相量圖綜上分析，凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為：式中：分別稱為凸極同步電機的直軸同步電抗和交軸同步電抗。其物理意義為當對稱三直軸或交軸電樞電流每相為1安時，三相聯合產生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應的電動勢。一、不考慮飽和時的相量圖綜上分析，凸極同步發(fā)電機的電動勢方程同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件

例

一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗分別等于，電樞電阻略去不計。試計算發(fā)電機發(fā)出額定電壓、額定功率，（滯后）時的勵磁電動勢（不計飽和）。例一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗分別等于同步電機(2)基本電磁關系ppt課件§6同步發(fā)電機的特性曲線§6同步發(fā)電機的特性曲線一、空載特性空載特性：在發(fā)電機的轉速保持為同步轉速，電樞空載情況下，調節(jié)勵磁電流時電樞空載端電壓的變化曲線，即

n=n1，I=0時，U0=f(if)空載特性的試驗測取方法：在電樞空載（開路）的情況下，用原動機把發(fā)電機轉子拖到同步速，然后調節(jié)勵磁電流，使空載電樞電壓達到額定值的1.2倍左右，然后單方向逐步減少勵磁電流并記錄不同勵磁電流下對應的電樞端電壓。一、空載特性空載特性：在發(fā)電機的轉速保持為同步轉速，電樞空載研究空載特性的重要意義：空載特性是發(fā)電機的基本特性之一，空載特性一方面表征了電機磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性等其它特性配合在一起．還可以確定同步電機的基本參數。

研究空載特性的重要意義：空載特性是發(fā)電機的基本特性之一，空載二、短路特性短路特性：短路特性表示了電機在同步轉速下，電樞端點三相短路時，電樞電流(短路電流)與勵磁電流的關系，即：n=n1，U=0時，Ik=f(if)短路特性的試驗測取方法：短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗測得，試驗時，發(fā)電機的轉速保持為同步速，調節(jié)勵磁電流，使電樞電流約為1.2倍額定值，同時量取電樞電流和勵磁電流，二、短路特性短路特性：短路特性表示了電機在同步轉速下，電樞端同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件三、零功率因數負載特性零功率因數負載特性：指同步發(fā)電機帶上一個純感性負載（cosφ＝0），讓轉速為同步速，并保持負載電流I不變，求取發(fā)電機端點電壓與勵磁電流之間的關系，即試驗接線及方法：如圖所示，電樞接一個可變的三相純感性負載。試驗時，把同步發(fā)電機拖動到同步轉速，然后調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流和負載的大小，使負載電流始終保持為常值（例如I=IN），記錄不同勵磁下發(fā)電機的的電壓，即可得到零功率因數曲線，如圖所示。三、零功率因數負載特性零功率因數負載特性：指同步發(fā)電機帶上一從圖可見，零功率因數特性在空載特性的右邊，其形狀與空載特性相似，這表明兩條曲線之間具有某種聯系，下面研究這個問題。

從圖可見，零功率因數特性在空載特性的右邊，其形狀與空載特性相同步電機(2)基本電磁關系ppt課件同步電機(2)基本電磁關系ppt課件零功率因數特性與空載特性的關系：