电机分析
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二、同步电机的运行状态
电动机——把电能转换为机械能 补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸
收无功功率 发电机——把机械能转换为电能
同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场
与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
三、同步电机的励磁方式
直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机 同轴，采用并励或他励接法。 如图6—8所示
二、考虑磁饱和时
考虑磁饱和时，由于磁路的非线性，叠加原理不再适用。
此时，应先求出作用在主磁路上的合成磁动势F，然后利用电
机的磁化曲线 (空载曲线) 求出负载时的气隙磁通 及相应Φ的
气隙电动势 。 E
Ff
ka Fa
•
•
FE
再从气隙电动势 减E去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得电
枢的端电压 ，即U
或
相应的矢量图、相量图和F～E间的关系如图6—16a和6— 16b所示。图6-16a中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故 称为电动势—磁动势图。
B0
B
A
Te
Y
Z
N
ns
B
S
Fa
C
X
E0 与 I不同相时
a) I滞• 后于 时E• 的0 空间矢量图
Ff
A
Z
N
B ns S Fad
X
A相轴线
ns
Faq
C Fa
E0 与 I不同相时
b) I滞• 后 E时• 0的时-空统一矢量图
Ff
•
0
Fad
1
Faq
0 •
I
•
E0
Fa
E0 与 I不同相时
c) 超I• 前 时E• 得0 时-空统一矢量图
Ff
•
0
Fad
1
•
I
0
Fa
•
E0
6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路
一、不考虑磁饱和时
同步发电机负载运行时物理量的关系：
主极I f F f
•
0
•
E0
•
•
电枢 I Fa
•
a
•
Ea
E
•
••
•
E(E j I X)
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电 枢的电压方程为
(6—5)
因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁路 饱和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
在时间相位上，
与 同相Φa位，I则
滞E后a 于 将滞后于
百度文库
E以以a 9Φ90a0°电°电角角度度I，于若是不计定亦子可铁写耗成,负
电抗压降的形式，即
(6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转 磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）
空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—9所示
6二.2、空对称载负和载负时载的时电同枢反步应发电机的磁场
电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁
场就称为电枢反应。电枢反应的性质(增磁、
去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在
空间的相对位置。分析表明，此相对位置
取决于激磁电动势 和E负• 0载电流
•
I
之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内功率因数角)。
下面分成两种情况来分析。
E0 与 I同相时
a) 定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图
Ff
A B0
Z
额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，即为
同步转速
6.2 同步发电机的空载磁场和电枢反应
一、空载运行
空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所 建立的主极磁场。图6—8表示一台四极电机空载 时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁 通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通过气隙并与定 子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组 相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙、电 枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。
静止式——如图6-9 整流器励磁————
旋转式
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
四、额定值
额定容量 SN —— 指额定运行时电机的输出功率
额定电压UN ——指额定运行时定子的线电压
额定电流IN ——指额定运行时定子的线电流
额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数
额定频率fN —— 指额定运行时电枢的频率
N
ns
B
S
X
Y ns
C
A相轴线
Fa
E0 与 I同相时
b) 时间矢量图
•
E 0C
•
IC
•
0C
•
E0B
•
0A
1
0
0• IA
时间参考轴
•
E0A
•
•
0B
IB
E0 与 I同相时
c) 时-空统一矢量图
Ff
•
B0 (0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
•
•
I
E0
E0 与 I同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
6.1 同步电机的基本结
构和运行状态
6.2 同步发电机的磁
场和电枢反应
6.3 隐极同步发电机的电
压方程、相量图和等效电路
6.4 凸极同步发电机
的电压方程和相量图
6.5 同步发电机的
功率方程和转矩方程
6.6 同步电机
参数的测定
6.7 同步发电
机的运行特性
6.8 同步发电机与
电网的并联运行
6.9 同步电动机与同步
补偿机
第六章 同步电机
临沂师范学院 6.10 同步发电机
的不对称运行
6.11
同步发电机的三相突然短路
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
一、同步电机的基本结构 旋转电枢式
同步电机
旋转磁极式
隐极式
（Salient-pole）
凸极式
（Cylindrical-Rotor）
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅 值Bad1相对较大。
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
二、凸极同步发电机的电压方程和相量图
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
一、双反应理论
考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应 分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称 为双反应理论。
凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较 小，两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙
比磁导 (d d )要0比交d 轴下单位面积的气隙比 磁弦导分布(的电枢磁)q动大势很作q多用，在0如直图q轴6—上1时8，a所由示于。λd当较正
(6—7)
式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它 是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一 个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。
图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量图， 图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c可 以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步阻 抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电 枢反应和电枢漏磁场的作用。
电动机——把电能转换为机械能 补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸
收无功功率 发电机——把机械能转换为电能
同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场
与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
三、同步电机的励磁方式
直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机 同轴，采用并励或他励接法。 如图6—8所示
二、考虑磁饱和时
考虑磁饱和时，由于磁路的非线性，叠加原理不再适用。
此时，应先求出作用在主磁路上的合成磁动势F，然后利用电
机的磁化曲线 (空载曲线) 求出负载时的气隙磁通 及相应Φ的
气隙电动势 。 E
Ff
ka Fa
•
•
FE
再从气隙电动势 减E去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得电
枢的端电压 ，即U
或
相应的矢量图、相量图和F～E间的关系如图6—16a和6— 16b所示。图6-16a中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故 称为电动势—磁动势图。
B0
B
A
Te
Y
Z
N
ns
B
S
Fa
C
X
E0 与 I不同相时
a) I滞• 后于 时E• 的0 空间矢量图
Ff
A
Z
N
B ns S Fad
X
A相轴线
ns
Faq
C Fa
E0 与 I不同相时
b) I滞• 后 E时• 0的时-空统一矢量图
Ff
•
0
Fad
1
Faq
0 •
I
•
E0
Fa
E0 与 I不同相时
c) 超I• 前 时E• 得0 时-空统一矢量图
Ff
•
0
Fad
1
•
I
0
Fa
•
E0
6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路
一、不考虑磁饱和时
同步发电机负载运行时物理量的关系：
主极I f F f
•
0
•
E0
•
•
电枢 I Fa
•
a
•
Ea
E
•
••
•
E(E j I X)
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电 枢的电压方程为
(6—5)
因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁路 饱和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
在时间相位上，
与 同相Φa位，I则
滞E后a 于 将滞后于
百度文库
E以以a 9Φ90a0°电°电角角度度I，于若是不计定亦子可铁写耗成,负
电抗压降的形式，即
(6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转 磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）
空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—9所示
6二.2、空对称载负和载负时载的时电同枢反步应发电机的磁场
电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁
场就称为电枢反应。电枢反应的性质(增磁、
去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在
空间的相对位置。分析表明，此相对位置
取决于激磁电动势 和E负• 0载电流
•
I
之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内功率因数角)。
下面分成两种情况来分析。
E0 与 I同相时
a) 定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图
Ff
A B0
Z
额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，即为
同步转速
6.2 同步发电机的空载磁场和电枢反应
一、空载运行
空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所 建立的主极磁场。图6—8表示一台四极电机空载 时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁 通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通过气隙并与定 子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组 相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙、电 枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。
静止式——如图6-9 整流器励磁————
旋转式
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
四、额定值
额定容量 SN —— 指额定运行时电机的输出功率
额定电压UN ——指额定运行时定子的线电压
额定电流IN ——指额定运行时定子的线电流
额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数
额定频率fN —— 指额定运行时电枢的频率
N
ns
B
S
X
Y ns
C
A相轴线
Fa
E0 与 I同相时
b) 时间矢量图
•
E 0C
•
IC
•
0C
•
E0B
•
0A
1
0
0• IA
时间参考轴
•
E0A
•
•
0B
IB
E0 与 I同相时
c) 时-空统一矢量图
Ff
•
B0 (0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
•
•
I
E0
E0 与 I同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
6.1 同步电机的基本结
构和运行状态
6.2 同步发电机的磁
场和电枢反应
6.3 隐极同步发电机的电
压方程、相量图和等效电路
6.4 凸极同步发电机
的电压方程和相量图
6.5 同步发电机的
功率方程和转矩方程
6.6 同步电机
参数的测定
6.7 同步发电
机的运行特性
6.8 同步发电机与
电网的并联运行
6.9 同步电动机与同步
补偿机
第六章 同步电机
临沂师范学院 6.10 同步发电机
的不对称运行
6.11
同步发电机的三相突然短路
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
一、同步电机的基本结构 旋转电枢式
同步电机
旋转磁极式
隐极式
（Salient-pole）
凸极式
（Cylindrical-Rotor）
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅 值Bad1相对较大。
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
二、凸极同步发电机的电压方程和相量图
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
一、双反应理论
考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应 分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称 为双反应理论。
凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较 小，两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙
比磁导 (d d )要0比交d 轴下单位面积的气隙比 磁弦导分布(的电枢磁)q动大势很作q多用，在0如直图q轴6—上1时8，a所由示于。λd当较正
(6—7)
式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它 是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一 个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。
图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量图， 图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c可 以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步阻 抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电 枢反应和电枢漏磁场的作用。