10同步发电机课件之空载运行及电枢反应

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同步发电机电枢反应

8
当ψ角为不同值的电枢反应
位置 Ψ=00 Ψ=900 Ψ=Ψ=-900
00<Ψ<900 -900<Ψ<00
Fa
F f Fa
夹角
Fa 记作
电枢反应性质交轴
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对电机的影响
波形畸变削弱增强
Ψ=
q轴 d轴 d轴 d 、q 轴 d 、q 轴
Ψ+900
Fδ
n(f) 下降
不变不变下降下降
U 不变下降上升下降上升
.
q轴 A轴轴轴
E0 A
.
Fa Fδ
Y C
I
.
A
Ψ+90 Ψ+90
0
d轴轴
Ff
.
A
N
E 0C
. I
C
. I
S
X
B
E0B
Z B
交轴电枢反应
5
内功率因数角Ψ=900 内功率因数角
时轴
.
q轴 A轴
E0A
.
Y
C
IC
ψ
. .
d轴
Ff
IA
.
A
N
Z B
S
Fa
X
E 0C
.
IB
E 0B
直轴去磁电枢反应
6
内功率因数角内功率因数角Ψ=-900
大小
位置
转速
励磁磁正弦恒定，由励由转子位由原动机的势波磁电流决定置决定转速决定电枢反正弦恒定，由电由电流瞬由电流的f 应磁势波枢电流决定时值决定和P决定
3
三个角
准备工作

空载运行及电枢反应

Ff 1 同相
0 同相
E0 滞后90度
对称三相负载
IA IB
Fa
IC
相绕组中 E0与I的相位差角称 — —内功率因数角
一、ψ=0°时的电枢反应
E0与I同相
分析A相电流达到正的最大值时刻 A相电动势达到正的最大值
性质：纯交轴电枢反应
e0
i
F
Fa
q
Y
C
Ff 1
A
N
Z
S
B
d
X
NS
作用：交轴电枢反应实现机电能量转换
二、ψ=90°时的电枢反应
性质：纯直轴去磁
E0超前 0
e0
分析A相电流达到正的最
大值时刻
A相电动势为0
i
q
Fa
Y
C
d
NS
S
A
N F
X
作用：单机运行时影响机端电压
并网运行时影响发电机无功输出
Ff 1
的性质和大小
Z
B
二、ψ= - 90°时的电枢反应性质：纯直轴助磁
E0滞后I90 0
e0
分析A相电流达到正的最
k
E0 UN
If
If0
同步发电机的空载特性
15-2 对称负载时的电枢反应
定、转子磁场转向相同、转速相等在空间保持相对静止
• 电枢反应——对称负载时，电枢磁动势的基波Fa对主极磁动势基波Ff 1的影响
• 电枢反应的性质与负载的性质和大小及电机的参数有关，主
要决定于Fa与Ff 1的空间相对位置。
If
大值时刻
A相电动势为0
i
F
Y Ff1
C
q
A

同步发电机的基本电磁关系和运行规律

同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
空载特性：改变励磁电流 if ，就可得到不同的 Φ0 和励磁电动势E0，曲线E0＝f(if )表示在同步转速下，空载电动势 E0与励磁电流 if 之间的关系，称为发电机的空载特性。如图所示。由于E0∝ if ，if ∝ Ff ，所以，空载曲线实质上就反映了电机的磁化曲线。
主磁通
漏磁通
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与电枢绕组交链的磁通Φ0，称为主磁通，它就是空载时的气隙磁通，或称励磁磁通。
主极漏磁通：只交链励磁绕组的磁通Φfσ称为主极漏磁通，它不参与电机的机电能量转换过程。
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
励磁电动势：将发电机用原动机拖动，使转子以同步速旋转，则主磁通Φ0将在气隙内形成一个旋转磁场，如果定子绕组是对称的，则主磁通切割电枢绕组感应出频率为f的三相对称电动势，称为励磁电动势，不计谐波，三相励磁电动势为：
E AE 0 0;E BE 0 12 ;E 0 CE 0 24 E 04.4f4w w 1 k0

电力系统暂态分析—同步发电机的基本电磁关系

试说明同步电机中的 Ff 1、Fa、B0、Ba、E0、I 等物理量哪些是空间矢量？哪些是时间相量？试述两种矢（相）量之间的统一性。
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢三、不同ψ角时的电枢反应
1. I 与 E0 同相位时的电枢反应－交轴电枢反应
d轴 q轴 F Ff 1 Fa
AБайду номын сангаасt
f
F
E 0
称为励磁磁动势和励磁磁场。
图10-1 同步发电机的空载磁路
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢一、基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场和产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。
方向与电流正方向一致时，A相感电动势为正的最大，所以 E0
位于时间轴线上。如图(b)所示。电动势相量的角频率与转子旋
转的角速度都是ω。
A
电枢电流 I 也是时间相量，它的相位决定于电机内部的阻抗
和负载的性质。电机内部的阻
抗和负载的性质决定了电枢电 Ff 1 N
t
E0
I
流和空载电动势之间的相位差
角ψ， ψ称为内功率因数角。
N
B0
图10-6 时空相矢图
3.时空相矢图：
结论：在时空相矢图上E0 总是落后于 Ff1 以90度，Fa 总是与I 重合。E0与 I 之间相位差随着负载的性质不同而改变。而 Fa 与Ff1 之间相对位置又完全取决于ψ角 (它们之间的空间相位差为90 角)，所以电枢反应的性质是由ψ角决定的，也就是说单机运行时电枢反应的性质是由负载的性质决定的。

电枢反应

4.阻感性负载 4.阻感性负载
ɺ E0A ɺ E0A ɺ E0A
=
ɺ E0C
+
ɺ E0C
电感性负载
ɺ E0B
阻感性负载Βιβλιοθήκη ɺ E0Bɺ E0C
电阻性负载
ɺ E0B
结论：结论：阻感性负载时， 0°< ψ <90° ，电枢磁场对 <90° 阻感性负载时，转子载流导体产生的电磁力既对发电机转子起制动作用，使发电机转速下降，制动作用，使发电机转速下降，又使气隙磁场减弱，导致发电机端电压降低。减弱，导致发电机端电压降低。
1.电阻性负载 1.电阻性负载
ɺ E0
M
Z
A相轴线（交轴） t
转子 A 磁极轴线（直轴）
N
Y
n
-
π
2
0
π
N A相相
2
ω
C相相
S
B C X
ɺ I a
B相相
ɺ E0A
π
2
-
π
2
0
c b
ωt
ɺ E0C ɺ E0B
直轴
A
结论：结论：电阻性负载时，电阻性负载时，三相绕组合成交轴基波磁动势相量与转子交轴重称此时的电枢反应为交轴合，称此时的电枢反应为交轴电枢反应。电枢反应。结果使气隙磁场的轴线位置从空载时的直轴逆向旋转了一个锐角，且幅值有所增加。个锐角，且幅值有所增加。
ɺ 决定条件：决定条件：电枢反应的性质主要取决于 E0与的相位差ψ 亦即主要取决于负载的性质。的相位差ψ ，亦即主要取决于负载的性质。
电阻性负载-- =0° 电阻性负载-- ψ=0° 电感性负载-- =90° 电感性负载-- ψ=90° 电容性负载-90° 电容性负载-- ψ=-90°

电机学-同步发电机的基本电磁关系

A
Y C
A Ff 1
N
S
B0
X
Z
n1
B
图10-3 励磁磁动势空间矢量
1.空间矢量：凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空间矢量。
电枢磁动势 F也a 为空间矢量，它的位置可以这样来确定，即当某相电流达到最大时，电枢磁动势 Fa刚好转到该相绕组的轴线上，它的指向与绕组中的电流方向符合右手螺旋定则，而且转
主磁通
漏磁通
图10-1 同步发电机的空载磁路
§10-1 同步发电机的空载运行
➢二、同步发电机空载运行分析
空载特性：改变励磁电流if ，就可得到不同的Φ0和励磁电动势E0 ，曲线E0＝f(if )表示在同步转速下，空载电动势
E0 U N a
气隙线 G bc
E0与励磁电流if 之间的关系，
称为发电机的空载特性。由
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢二、时空相矢图－分析电枢反应时采用时间相量和空间矢量统一图，这种图简称为“时空相矢图”
1.空间矢量：凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空间矢量。
基波励磁磁动势
Ff
及其磁密
1
B0
为一空间矢量。该矢量位于转子
的极轴线上，方向为N极指向，以同步速旋转，如图10－3所示。
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢一、基本概念
空载运行：同步发电机被原动机拖到同步转速，转子绕组通入直
流励磁电流而电枢绕组开路，这种运行状态称为空载运行或无载
运行。
主磁通
漏磁通
励磁磁动势：同步发电机空载
运行时电枢电流为零，电机气
隙中只有转子励磁电流 if 产生

《同步电机》PPT课件

精选ppt
10
5、饱和系数：饱和电机中E0一定时，气隙线
上的横坐标为气隙磁动势空载特性上的横坐标
为为励磁磁动势
饱和系数k=励磁磁动势/气隙磁动势=ac/ab= E0/UN
三、空载运行时空矢量图（见图6-7）
1、凸极机中： d轴-----直轴，转子磁极轴线
q轴-----交轴，N、S之间的中心线，与d轴垂直。
空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适当的励磁电流,电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称为空载运行。
空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势Ff（励磁磁势）单独建立，称励磁磁场。又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的每极磁通用0表示， 0参与电机的机电能量转换。
E0
3、 E0 = f(Ff)：改变If，可改变0 及E0，由此得空载特性曲线如图66。空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律。
☆励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载特性呈直线（将其延长后的射线称气隙线）。
精选ppt 图6-6 空载特性曲线 9
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为合理利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
☆空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基值，此时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特性彼此非常接近。

同步发电机的电枢反应

为n1，转向与转子转向一致，极数与转子极数相同，幅值大小不变，位置：哪相电流达最大值，
电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。
Fa与Ff1两磁动势在空间均以n1速度同向旋转，故相对静止。
第６章同步电机及同步电动机的电力拖动
3.什么叫电枢反应电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.
说明发电机带感性(或容性)无功负载时,不需要原动机增加能量.
但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降（或上升）。为维持电压恒定所需的励磁电流也需要相应增加（或减小）。
第６章同步电机及同步电动机的电力拖动
一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流的变化影响发电机的电压。
输出的有功功率越大，有功分量电流就越大，交轴电枢反应越强，Tem越大，这就要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机的转速不变。
第６章同步电机及同步电动机的电力拖动
当 900( 或 900）时,直轴电枢反应磁动势是与E 0成900的Id 产生
的,可以认为Id 是I的无功分量.
直轴电枢反应磁场与励磁电流共同作用,在励磁绕组上产生电磁力,但不能形成电磁转矩.
向电网输出容性无功功率。
第６章同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应
一、 00 900 空载电动势 E超0 前电
枢电流 I角,
q轴 U轴
V2 W1
Ff 1与Fa之间夹
角为 900 d轴
900
Fa
N
S
电枢反应性质：
Ff
U1
既有交轴,还有直轴

《同步发电机原理》PPT课件

运动的电产生磁，运动的磁产生电。
结构模型同步电机原理和结构
◆同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。
◆图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。
励磁方式简介
获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下：
1 直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。如图所示。
3 旋转整流器励磁静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如所示。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。
◆空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：①空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数。②发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。
同步发电机负载运行和电枢反
应

同步发电机的运行特性ppt课件

在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确
同步发电机的运行特性主要有： ➢用以确定发电机的同步电抗及表示电机磁路饱和情况的空载特性和短路特性； ➢用以确定发电机的电压变化率，额定励磁电流及表明运行性能的外特性和调整特性； ➢以及用来研究发电机和电力系统并列运行时功率传递情况的功角特性。
四、调整特性
调整特性：调整特性是指发电机保持额定转速不变，端电压和负载的功率因数恒定时，励磁电流If与负载电流I的关系，即n=nN，U=常数，cos =常数时，If=f(I)。
对应于不同的负载功率因数有不同的调整特性，如图所示。
对于感性和纯阻性负载，为了补偿负载电流所产生的电枢反应去磁作用，保持发电机端电压U不变，必须随负载电流I的增大相应地增大励增电流If。因此图中调整特性曲线是上升的，如图中cos =0.8和cos =1的曲线所示。对于容性负载，为了抵消电枢反应的助磁作用，保持发电机端电压不变，必须随负载电流的增加相应地减少励磁电流。因此图中调整特性曲线是下降的，如图中cos（- ）=0.8的曲线所示。
U0 下降分支
U0 E0
U 上升分支
N
2 1
If
图 1-3同步发电机的空载特性曲线
If1 If0 If
图 1-4同步发电机的实用空载特性曲线 1-空载特性曲线 2-气隙线
空载特性曲线表明了电机磁路的饱和情况, 具有磁化曲线的特征。起始部分是直线，铁心未饱和；弯曲部分，表明铁心已有不同程度的饱和；其后段，铁心已达到深度饱和。
U0 下降分支
U0 E0
U 上升分支
N
2 1
If
图 1-3同步发电机的空载特性曲线

同步发电机的空载运行

同步发电机的空载运行1．空载运行时的磁场分析（1）所谓空载运行ns＝n1,u＝0励磁绕组通以直流电流（2）空载时的磁动势（mmf:magnetro-motive force）定子电流为零，电机气隙中只有由转子电流产生的磁动势ff,（基波ff1）,以及由此磁势建立的磁场，沿空间弦分布（以同步速旋转）（3）磁通情况此时磁通可分为两部分主磁通primaryflux——既和转子绕组相交链，又和定子绕且相交链——励磁磁通主极漏磁通leakageflux——只和转子绕组相交链，不和定子绕组相交链主磁通所经的磁路称为主磁路主磁通——基波分量的每极磁通量则：图1 凸极同步发电机的空载磁场2．空载阻电动势和空载特性和磁化曲线①改变，改变，改变，改变，曲线称为空载特性曲线。

图2 同步发电机的空载特性也体现了同步电机的磁化曲线，因为适当改变尺度，就可以由空载特性转变为磁化曲线，两者是等价的。

②饱和系数的概念气隙线：空载行性曲线开始一般是直线，这是因而为这段之内，电机的磁路没有饱和。

磁路饱和之后，的增表速度跟不上的增加。

曲线弯曲。

直线段及其延长线，称之为气隙线。

对应于空载电动势时，按空载特性所需的磁动势与按气隙线所需的磁动势一般1．1～1．253．空载时的空相量图①d轴（直轴）——主磁极轴线q轴（交轴）——两极之间的中线②时间相量图是表示电压、电流在时间上的相位关系，是针对某一相而言的。

③所有这些时间相量，都围绕一个固定的时间轴线（纵轴）以w 的角速度旋转，其幅值在轴线上的投影是它们的瞬时值。

电流是时间矢量，磁动势是空间矢量，当某相电流达到最大时，旋转基波磁动势的正幅值位置正好和该相的轴线重合，这样如果将电流的时轴取在相轴上时，则相电流矢量和三相合成基波矢量重合,它们都以角速度旋转。

④励磁磁动势的基波和它产生的气隙磁的基波都是空间分布波，两者同相位，其幅值均处于转子直轴方向上，同步速旋转。

与对应的磁场和某相绕组交链的磁通也可经用时间向量表示。