第12章 同步電機(jī)的

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

什么是同步電機(jī)？一.同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別①轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)異步電機(jī):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(jī):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(jī)的運(yùn)行原理當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電之后，建立恒定的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n時(shí)，定子的導(dǎo)體感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)，其頻率是

三.同步電機(jī)的分類①按運(yùn)行方式和功轉(zhuǎn)換方向：同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步調(diào)相機(jī)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(jī)凸極機(jī)④按原動(dòng)機(jī)的類別分：汽輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)柴油發(fā)電機(jī)燃汽輪發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)速高、離心力大(p=1,p=2)——隱極式水輪發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多——凸極式四、同步電機(jī)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(guò)集電環(huán)送入勵(lì)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(jī)機(jī)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(jī)

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

凸極式轉(zhuǎn)子同步電機(jī)隱極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子上沒(méi)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(lì)磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒(méi)有開槽，構(gòu)成大齒，是磁極的中心區(qū)。勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會(huì)出現(xiàn)N極和S極。在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達(dá)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(jī)都做成細(xì)長(zhǎng)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(duì)磁極和勵(lì)磁線圈當(dāng)勵(lì)磁線圈中通過(guò)直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為N極和S極對(duì)水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機(jī)的極數(shù)就比較多，做成凸極式結(jié)構(gòu)工藝上較為簡(jiǎn)單。中小型同步電機(jī)多半也做成凸極式。汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)圖

二、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)定義：以汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)為原動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)：汽輪機(jī)的運(yùn)行性能在高速時(shí)較為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)有盡可能高的轉(zhuǎn)速。火電站中汽輪發(fā)電機(jī)一般為兩極隱極式。核電站的大型汽輪發(fā)電機(jī)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(shí)，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于1m時(shí)，采用扇形沖片定子繞組：銅線機(jī)座端蓋隱極同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1、汽輪發(fā)電機(jī)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(gè)細(xì)長(zhǎng)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(lì)磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。勵(lì)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(jī)相聯(lián)的一端為汽機(jī)端，稱與勵(lì)磁機(jī)相接的一端為勵(lì)磁機(jī)端。集電環(huán)：激磁繞組的兩個(gè)出線端，通過(guò)裝在勵(lì)磁機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)返回各種電機(jī)

引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心三、水輪發(fā)電機(jī)特點(diǎn)——極數(shù)多，直徑大，軸向長(zhǎng)度短，整個(gè)轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不相同，具扁短形。大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)為立式。(1)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)1、定子定子鐵心——水輪發(fā)電機(jī)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(jī)座發(fā)電機(jī)定子總裝配發(fā)電機(jī)定子鐵芯發(fā)電機(jī)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(jí)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(yùn)行過(guò)程中松動(dòng)。發(fā)電機(jī)定子總裝配發(fā)電機(jī)定子繞組定子繞組一般設(shè)計(jì)為三相雙層波形繞組發(fā)電機(jī)定子總裝配發(fā)電機(jī)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(lì)磁繞組阻尼繞組磁軛發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子左江24MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在吊裝現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)四、同步電機(jī)銘牌我國(guó)生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)有QFQ、QFN、QFS等系列。前兩個(gè)字母表示汽輪發(fā)電機(jī)；第三個(gè)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(jī)。TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)，定子外徑為1264厘米，鐵心長(zhǎng)為160厘米，極數(shù)為48。外同步電動(dòng)機(jī)系列有TD、TDL等，TD表示同步電動(dòng)機(jī)，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動(dòng)機(jī)；TDL表示立式同步電動(dòng)機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)為TT系列。電機(jī)型號(hào)額定容量SN(VA,kVA,MVA等)或額定功率PN(W,kW,MW等)：指電機(jī)輸出功率的保證值。額定電壓(V,kV等)：額定時(shí)定子輸出端線電壓。額定電流(A)：指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流。額定功率因數(shù)：額定運(yùn)行時(shí)輸出電功率的功率因數(shù)。額定頻率：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)電樞輸出端電能的頻率，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz。額定轉(zhuǎn)速：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)名牌上還有其它的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如額定負(fù)載時(shí)的溫升、勵(lì)磁容量和勵(lì)磁電壓，定子繞組連接等。第二節(jié)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)一、概念勵(lì)磁方式——同步電機(jī)獲取直流勵(lì)磁電流的方式勵(lì)磁系統(tǒng)——供結(jié)勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)，包括裝置和線路，如： 勵(lì)磁機(jī) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（手動(dòng)、自動(dòng)） 滅磁裝置二、對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求1、正常運(yùn)行時(shí)，供給勵(lì)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(lì)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(shí)（如發(fā)生短路故障等），能強(qiáng)行勵(lì)磁提高電勢(shì)，保持電壓穩(wěn)定4、突然丟負(fù)荷時(shí)，如水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速明顯升高，能強(qiáng)行減磁，限制端電壓過(guò)度增高。5、當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，能快速滅磁和減磁，以減小故障的損壞程度。6、對(duì)兩臺(tái)以上并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)，能成組調(diào)節(jié)無(wú)功功率，使無(wú)功合理分配。其他：反映迅速，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗小，成本低，體積小等三、勵(lì)磁方式

1、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁

直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法.直流并勵(lì)勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)，如圖：P209,圖12-10直流他勵(lì)勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)：采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。

二、交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng)

1、靜止整流勵(lì)磁

2、旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁可分為

1、交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)

交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)：

同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流電源提供，待電壓建立起來(lái)后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過(guò)靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過(guò)靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。在中小型同步發(fā)電機(jī)中，也可采用自勵(lì)式整流系統(tǒng)2、交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)2、交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過(guò)電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過(guò)熱。在大容量的同步發(fā)電機(jī)中常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，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(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置——無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)電樞式第三節(jié)同步電機(jī)的基本原理一、同步電機(jī)的基本原理：

當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n1時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組是由直流電流If勵(lì)磁，所以轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中所建立的磁場(chǎng)相對(duì)于定子來(lái)說(shuō)是一個(gè)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)切割定子上開路的三相對(duì)稱繞組，在三相對(duì)稱繞組中產(chǎn)生三相對(duì)稱空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E0。若改變勵(lì)磁電流的大小則可相應(yīng)地改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，此時(shí)同步發(fā)電機(jī)處于空載運(yùn)行。

當(dāng)同步發(fā)電機(jī)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(duì)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(chǎng)。此時(shí)定、轉(zhuǎn)子間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止，氣隙中的磁場(chǎng)是定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成。由于氣隙中磁場(chǎng)的改變，定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小也將發(fā)生變化。二、兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1、定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（與異步電機(jī)比較)三、電磁力的產(chǎn)生同步電機(jī)的兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)均以同步速度旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但兩種磁場(chǎng)存在空間位移，便會(huì)產(chǎn)生電磁力三、同步電機(jī)的運(yùn)行方式電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)三、同步電機(jī)的運(yùn)行方式

電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)電機(jī)方式：轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前定子磁場(chǎng)（電磁阻力）電動(dòng)機(jī)方式：定子磁場(chǎng)超前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)）第四節(jié)同步電機(jī)的空載運(yùn)行一、空載與空載磁勢(shì)空載運(yùn)行：同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流，定子繞組開路（定子電流為零），此時(shí)發(fā)電機(jī)的端電壓等于繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為空載電動(dòng)勢(shì)E0空載運(yùn)行是同步發(fā)電機(jī)最簡(jiǎn)單的運(yùn)行方式，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)單獨(dú)建立，分析較為簡(jiǎn)單

If

Ff（空載磁動(dòng)勢(shì)）二、隱極同步電機(jī)的空載磁勢(shì)勵(lì)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(lì)磁磁勢(shì)在空間的分布為一個(gè)階梯形，受齒槽的影響,氣隙磁密呈現(xiàn)出波動(dòng)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(wú)特殊說(shuō)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(jī)的空載磁勢(shì)對(duì)于凸極發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個(gè)電樞圓周分布不均勻，極面下氣隙較小，磁阻較小；極間氣隙較大，極間磁阻很大。同一個(gè)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(lì)磁繞組為集中繞組，磁勢(shì)波為矩形波感應(yīng)電勢(shì)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(jì)和制造電機(jī)時(shí)，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(shì)。

四、同步電機(jī)中的時(shí)空量圖將相繞組軸線作為空間矢量參考軸（相軸）令時(shí)間相量參考軸（時(shí)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(shí)間相量——U、I、E、Φ(對(duì)一相而言)磁勢(shì)和磁場(chǎng)是空間分布函數(shù)，磁通電空間矢量——F、B（整臺(tái)電機(jī)而言）勢(shì)是時(shí)間函數(shù)，二者有相同的角速度五、空載電勢(shì)三相電勢(shì)對(duì)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(shì)六、電壓波形畸變定義：實(shí)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(shí)，容量在300kVA之上時(shí)不超過(guò)5%，較小容量不超過(guò)10%。影響：危害用電設(shè)備（瞬時(shí)電壓值可大大超過(guò)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(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)一、負(fù)載后（氣隙）磁勢(shì)分析★空載時(shí)，只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢(shì)Ff——隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)(稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì))

，在電樞繞組中感應(yīng)出三相對(duì)稱交流電勢(shì)，勵(lì)磁電勢(shì)，即空載電勢(shì)E0?！锂?dāng)電樞繞組接上三相對(duì)稱負(fù)載后，電樞繞組中流過(guò)三相對(duì)稱的交流電流，將形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)——電樞磁勢(shì)Fa——電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)）?！飪蓚€(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速均為同步速，且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，矢量合成為一個(gè)合成磁勢(shì)?！餁庀洞艌?chǎng)——由合成磁勢(shì)在電機(jī)的氣隙中建立起來(lái)的磁場(chǎng)。

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

E0Ia

解釋：時(shí)間相量Ia與空間矢量Fa同向電樞磁勢(shì)Fa——三相電流產(chǎn)生的合成磁勢(shì)，哪一相電流達(dá)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(shí)Fa正好在交軸上一、ψ=0時(shí)的電樞反應(yīng)分析輸出電流和空載電勢(shì)同相，有功功率從電機(jī)輸至電網(wǎng)——發(fā)電機(jī)狀態(tài)。ψ＝0，cosψ＝1，sinψ＝0，不發(fā)出無(wú)功功率。轉(zhuǎn)子磁勢(shì)在直軸上，電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢(shì)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(jiǎn)稱交磁作用解釋：時(shí)間相量Ia與空間矢量Fa同向電樞磁勢(shì)Fa——三相電流產(chǎn)生的合成磁勢(shì)，哪一相電流達(dá)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(shí)Fa正好在交軸上交軸電樞反應(yīng)Fa滯后于Ff1發(fā)電機(jī)二、ψ=π/2時(shí)的電樞反應(yīng)分析輸出電流滯后于空載電勢(shì)90°，cosψ＝0，sinψ＝1，有功功率等于零，僅發(fā)出電感性無(wú)功功率。直軸電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)均作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，合成磁?shì)的幅值減小——直軸去磁電樞反應(yīng)。為保持電壓不變，應(yīng)增大勵(lì)磁，即為過(guò)激狀態(tài)，將輸出電感性無(wú)功功率

三、ψ=π時(shí)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(jī)——電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。sinψ＝0，不發(fā)出無(wú)功功率。交軸電樞反應(yīng)Fa超前于Ff1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)作用在直軸上，電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)使合成磁勢(shì)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(shí)的電樞反應(yīng)分析輸出電流超前空載電勢(shì)90°，cosψ＝0，sinψ＝1，有功功率等于零，僅發(fā)出電容性無(wú)功功率，或吸收電感性無(wú)功功率。直軸電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)均作用在直軸上，方向一致，合成磁勢(shì)的幅值加大，電樞反應(yīng)為純?cè)龃抛饔谩陛S助磁電樞反應(yīng)。為保持電壓不變，應(yīng)減少勵(lì)磁，即為欠激狀態(tài)，將輸出電容性無(wú)功功率

五、y為任意角度時(shí)的電樞反應(yīng)1、將電樞磁勢(shì)分解為直軸和交軸兩個(gè)分量。2、交軸分量Faq滯后于Ff1為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，超前于Ff1為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，分別對(duì)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(shí)，處于過(guò)激狀態(tài)。當(dāng)直軸電樞磁勢(shì)起磁化作用時(shí)，接在電網(wǎng)上的同步電機(jī)處于欠激狀態(tài)。電樞反應(yīng)分析同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況：（-90o，90o）同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況：（90o，270o）電樞反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵同步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子繞組開路，沒(méi)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(jī)帶有負(fù)載時(shí)，就產(chǎn)生了電樞反應(yīng)。不同負(fù)載性質(zhì)時(shí)，電樞磁場(chǎng)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(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負(fù)載的變化調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)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(jī)的端電壓不變，必須隨著無(wú)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(jī)的分析方法一、接對(duì)稱負(fù)載時(shí)IfFf1兩個(gè)磁場(chǎng)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)相互間沒(méi)有感應(yīng)耦合，因而都不會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)，不計(jì)飽和時(shí)便可用疊加原理，認(rèn)

為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)分別在

IFa繞組中感應(yīng)電勢(shì)二、不計(jì)飽和時(shí)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(shì)，反應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的作用Ea——電樞反應(yīng)電勢(shì)，反應(yīng)電樞磁場(chǎng)的作用。是三相合成電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在一相繞組中的感應(yīng)電勢(shì)。三、隱極電機(jī)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(duì)稱電樞電流流過(guò)電樞繞組時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì)，在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生跨過(guò)氣隙的電樞反應(yīng)磁通和不通過(guò)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(shì)和漏磁電勢(shì)。與電樞電流的大小成正比(不計(jì)飽和)，比例常數(shù)稱為電樞反應(yīng)電抗?？紤]到相位關(guān)系后，每相電樞反應(yīng)電勢(shì)為：

物理意義：電樞反應(yīng)磁場(chǎng)在定子每相繞組中感應(yīng)的電樞反應(yīng)電勢(shì)，可以看作相電流所產(chǎn)生的一個(gè)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(shì)槽漏磁通和端部漏磁通高次諧波磁勢(shì)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(jī)同步電抗xs對(duì)應(yīng)于定子繞組的漏磁通對(duì)應(yīng)于定子電流所產(chǎn)生的空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)是三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的，幅值為每相脈動(dòng)磁勢(shì)幅值的3/2倍。磁通在繞組中的感應(yīng)電勢(shì)用相電流在電抗上的壓降表示，為每相值xs3、隱極發(fā)電機(jī)的相量圖在作相量圖時(shí)，假設(shè)已知：發(fā)電機(jī)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(lì)磁電勢(shì)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(jī)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(shì)的位移二、電樞反應(yīng)磁勢(shì)的折算磁路不飽和時(shí)，分別由磁勢(shì)->磁密->感應(yīng)電勢(shì)，然后進(jìn)行疊加?？紤]磁路飽和，則疊加原理不適用。必須先合成磁勢(shì)，利用磁化曲線，確定產(chǎn)生合成的磁場(chǎng)及其合成感應(yīng)電勢(shì)。電樞磁勢(shì)折算為等效的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，并與原轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成為等效的氣隙合成磁勢(shì)。隱極機(jī)與凸極機(jī)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(jī)的分析方法一、雙反應(yīng)理論凸極同步機(jī)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(shì)波作用在氣隙不同處，會(huì)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(shì)Fa分解為直軸上的直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fad和交軸上的交軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)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(shì)Ead和交軸電樞反應(yīng)電勢(shì)Eaq。雙反應(yīng)法的基礎(chǔ)是，當(dāng)不計(jì)飽和時(shí)，適用疊加原理，用雙反應(yīng)法來(lái)分析凸極同步電機(jī)。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(jī)械旋轉(zhuǎn)Ff磁通

0定子繞組漏磁場(chǎng)

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(jī)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(jī)對(duì)稱運(yùn)行

時(shí)的特性1. 空載特性、短路特性、負(fù)載特性（曲線）2. 測(cè)定同步電抗、計(jì)算短路比、測(cè)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(jī)的特性分析基礎(chǔ)對(duì)稱運(yùn)行：指電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值且保持恒定，并供給三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的一種穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(jì)算時(shí)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(shì)為額定相電壓時(shí)的勵(lì) 磁電流第八節(jié)同步發(fā)電機(jī)的空載、

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

Φ0

Φ0=f（Ff）即磁化曲線If

Ff

二、空載特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定調(diào)節(jié)可變電阻，使勵(lì)磁電流逐步上升，每次記下If和E0