《电机学第六章》PPT课件

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同步转速 返回
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
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—l0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。
Ff
•
1
0
Fad
•
Fa
I
0
•
E0
返回
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
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
E0和扭载电流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。。。。。
E 0 I
与
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
N
ns
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
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
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Φ相应
的气隙电动势 E。
Ff
ka Fa
•
•
FE
再从气隙电动势 E 减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，使
得电枢的端电压 U，即
或
四、额定值
• 额 定 容 SN —— 指额定运行时电机的输辅出 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
• 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，即为
B
A
Te
Y
Z
N
ns
B
S
Fa
C
X
E 0 I
与 不同相时
a)
•
I
滞后于
•
E
0时的空间矢量图
Ff
A
Z
N
B ns S Fad
X
A相轴线
ns
Faq
C Fa
E 0 I
与 不同相时
b)
•
I
滞后
•
E
0
时的时-空统一矢量图
Ff
•
0
Fad
1
Faq
0 •
I
•
E0
Fa
E 0 I
与 不同相时
c)
•
I
超前
•
E
0时得时-空统一矢量图
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
系：
If
•
I
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关
•
•
Ff
0
E0
Fa
Fad
•
ad
•
•
E ad
•
Faq
aq • E aq •
(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。
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。
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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。
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
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
(6—5) 因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa不计磁饱 和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
铁耗在, 时Φ a间与相I位同上相，位E a，滞则后E于 a 将Φ 滞a以后90于°电I 角以度90，°若电不角计度定于子是
亦可写成负电抗压降的形式，即 (6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得
B
S
X
Y ns
C
A相轴线
Fa
E 0 I
与
同相时
b) 时间矢量图
•
E 0C
•
IC
•
0C
•
E0B
•wk.baidu.com
0A
1
0
0• IA
时间参考轴
•
E0A
•
•
0B
IB
E 0 I
与
同相时
c) 时-空统一矢量图
Ff
•
B0 (0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
•
•
I
E0
E 0 I
与
同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
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磁导λd (λd＝μ0／λd) 要比交轴下单位面积的气隙磁导λq (λq＝μ0／λq) 大很多，如图6—18a所示。
当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于λd 较大，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。
6.1 同步电机的
基本结构和运行 状态
6.2 空载和
负载时同步发 电机的磁场
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
同步电机的稳态
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
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—11所示
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
二、对称负载时的电枢反应
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电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就