同步发电机电磁关系

C
F&f A
N
SX
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Z
B
Na
电枢反应磁动势 Fa 落后励磁磁动势 Ff ，900 空间电角度，
叫做横轴电枢反应磁动势，横轴电枢反应使合成磁动势 F 与
励磁磁动势 Ff 不在一个方向上，相差一个相角 θ 。
内功率因数角Ψ=900
+j
E. 0A
Y
.
IC
d轴
Na
A
N
ψ I. A
Ff1 F
.
E 0C I.B
关系，即： 0 = -0900，此关系适合任意时刻。
五、时空相—矢量图
将空间矢量图参考轴+A与时间相量参考轴+j重合在一 起，构成时间空间相量图，即时-空相矢量图
＋A,+j
＋A,+j
Ff1
B0
0 E0
E0
Ff1 B 0
注意：时间相量与空间矢量的物理意义截然不同，放在一 起无实际意义，只是为了方便找出向量的相对位置
第十六章 同步电机的电磁关系
要点： 1、时空相-矢量图
2、负载运行时两个旋转磁动势 a.由直流电流产生的励磁磁动势 b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势
3、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路
4、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路
第一节 同步发电机空载运行
空载运行：当原动机带动发电机在同步转速 下运行，励磁绕组通过适当的励磁电流，电 枢绕组不带任何负载时的运行情况。
1、隐极机：
气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势成正比， 基波磁动势产生正弦波磁密，再不考虑磁铁的磁滞涡流效应下， 磁密波的相位和磁动势波的相位相同。
2、凸极机：
气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的磁密大小 与磁动势大小不成正比，正弦的基波励磁磁动势产生的磁密波 是非正弦分布的，磁密波还要分解基波和一系列谐波，基波磁 密和基波磁动势仍然同相位。
励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中间不放绕组
以使磁极磁动动势波形接近正弦，每极磁势最大幅值
为
Ff
1 2
N f if，通过实际总槽数Z2与沿转子表面开的等距槽
的总槽数Z2的比值查表得 k。f
2、隐极电机的励磁磁动势
+A
Y
1
C +A 1'
Ff
Ff1
2
A
3
4
2'
X
3' 4'
2
3
4
0
4′ 3′2
2′ 1′
I. A ψ I.B
E. 0C
I.C
Y
d轴
Sa
A
N
E. 0B
F
Ff1 Fa
Z
q轴 +A
C
S
Na
X
B
Ff
与
1
Fa
同相位，Fa
对
Ff
起助磁作用，
1
叫
纵
轴
助
磁电枢反应磁动势。纵轴助磁电枢反应使合成磁动
势 R 比 Ff 1 增大，气隙磁密比空载时增大，感应电动 势相应增大，F 与 Ff 1 同相位，θ 00
1 2 3
2
Z
B
二、基波励磁磁动势空间矢量
n
A
N
+A
S
0
+A
X
2
Ff1
0
2
3
2
+A
Ff1
B
空间参考轴选择定子A组绕组轴线+A处，该处为 =0基
波励磁磁动势用空间向量表示,向量长度等于基波磁动势的副 值,向量位置为基波磁动势正波幅所在位置，向量以同步角速 度ω逆时针方向转动。
三、基波气隙磁密空间矢量
一、基波励磁磁动势
当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转 的磁动势，称为励磁磁动势。因为它随转子一起转动，从 定子上看，它也是一个旋转磁动势，所以同电枢绕组磁动 势的分析方法一样。
1、凸极电机的励磁磁动势
Y
C
+A
A
X
z
0 B
f +A
0
Ff
1N
2
f if
Ff1 kfFf
一、基波励磁磁动势(续）
正弦波 恒定，由 励磁电流 决定
位置
由转子位 置决定
转速
由原动机 的转速决
定
电枢 反应 磁势
正弦波 恒定，由 电枢电流 决定
由电流瞬 时值决定
由电流的 f和P决定
二、 基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的作用
Fa Ff 1
——空间基波电枢磁动势向量 ——空间基波励磁磁动势向量
E0 ——空载时定子一相电动势
E. 0B
Z
q轴 +A
C
S
Sa
X
Fa
B
Fa 与 Ff 1 相差 1800 ，Fa 对 Ff 1起去磁作用，叫 纵轴去磁电枢反应磁动势。纵轴去磁电枢反应使
合成磁动势
F
比 Ff 1减小，气隙磁密比空载时
减小，感应电动势相应减小，F
与 Ff 1
同相R位，
即 θ 00
内功率因数角Ψ=-900
+j
E. 0A
电机带负载后，I 0 ，由于所带负载性质不
同，使 E 和 I 之间相位角Ψ不同，电枢反应的
性质也不同。
设 t 0 时，转子S极中心在空间坐标轴超
前90°的位置，即 0 900 的位置。
内功率因数角Ψ=00的情况
+j
E. 0A
.
IA
E. 0C
.
IC
.
IB
d轴
E. 0B
q轴
F&
F&a +A
Y Sa
四、定子相绕组的感应电动势、时间相量
气隙磁密B0 旋转切割定子三相绕组，定子绕组感应
随时间正弦变化的电动势，用时间相量来表示。由于空间 坐标选A相绕组轴线+A为参考轴，所以时间相量也分析A 相，感应电动势效值用 E0表示。
n
A
N
+A
S
0
+A
Fxf 1
X
B0
0
+j
E0
1、F f 1 及 B0 均与+A轴重合，A相绕组的有效边处于极间
六、空载特性：(磁化曲线)
定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转 速并通入励磁电流的运行状态称为同步发电机的 空载运行，称 U0 E0 f (if ) 的函数关系为空载
特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。
E0
Un
O
Ifn
If
注意：空载曲线横坐标是实际的励磁电流，或每极
实际磁动势波幅，而不是基波磁动势。
（4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节距 y1
2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势
（1） 大小：
Ff
1
1 2
k
f
N
f
if
(A)
Ff 1
（2） 转速：和转子转速一样为同步速
（3） 转向：和转子转向一致 （4） 极对数：和转子磁极的极对数相同
励磁磁势和电枢磁势的区别
励磁 磁势
基波 大 小 波形
磁密为零处，A相绕组感应电势瞬时值为零，即E0 在+j 时间轴的投影为零 。
2、A相绕组边处于磁极中心线，磁密最大，A相绕 组感应电动势瞬时值为正最大。
+A
+j
n
A N ＋AS X
E0
0
Ff1 B 0
结论： F f及1 B0在空间参考轴+A上初相位 0 与A相时
间相量 E0在时间参考轴+j的初相位 0之间存在一定
第二节 对称负载时的电枢反应
定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。
一、 磁动势分析
1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势Fa
（1）
大小：Fa
1.35
N1I1kdp1 p
(A)
（2）
（3）
转速： n1
60 f1 p
(r/min)
转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同