第六章同步电机磁场6.2综述

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4.电枢绕组的磁链、感应电动势
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同步发电机的空载运行
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时间相量与空间矢量

画在同一坐标平面上的时间相量图和空间矢量图称为 时空矢量图。 参考轴的选取是任意的。但一般
– – – – – 把相绕组轴线作为空间矢量参考轴 令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合 相绕组轴线－相轴； 时间相量： E , , I ,U 转子绕组轴线－直轴； 空间矢量： F, B 与直轴正交（90度电角度）－交轴
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电枢反应的性质（内功率因数角 90 ）
时轴
1 2f1
I C
E 0A
相轴 交轴 时轴
1 2f1
直轴
E 0
E
I A
E 0C
F f1
0
a
I
F a
I B
E 0B
E a
时间相量图
时空矢量图
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质（内功率因数角 90）
时轴
1 2f1
I A
E 0A
相轴，交轴 时轴
E
I B
1 2f1
E 0B
直轴
E 0 E a
F
F f1
F a
I
E 0C
I C

0
a
时间相量图
时空矢量图
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第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
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第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
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同步电机的励磁系统 同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通 入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励 磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系 统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励 磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有 重要影响。 分类，励磁系统主要有两大类： 一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机 励磁系统； 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励 磁的交流励磁机整流励磁系统。
电枢反应的性质
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电枢反应的性质
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同步发电机负载时的电枢反应
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同步发电机负载时的电枢反应
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主极漏磁通 f 不通过
仅与励磁绕组相交链
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同步电机的空载运行 当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙 中形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相 f 定子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为 的一组对称三相空载电动势：
E 120 E0 A E00 E0 B E0120 E 0C 0
忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为
E0 4.44 fN1kw10
式中： 0 为每极的主磁通量
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同步发电机的空载运行
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同步发电机的空载运行
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（1）励磁磁动势
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（1）励磁磁动势
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（1）励磁磁动势
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隐极式同步电机的空载磁动势
隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有 一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶 梯波形，如下图所示，幅值为 Ff I f N （其中 I f 为励磁 f 电流， N f 为励磁绕组的每极匝数）
F 有增磁作用 Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 F f 因为I、E同相，所以不发无功功率
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电枢反应的性质（内功率因数角 180 ）
F 有增磁作用 Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 F f 因为I、E反相，所以不发无功功率
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质（内功率因数角 0 ）
与 与 同方向， 同方向 相矢图中，按参考轴设 定，有： F F f 0 a a
,F 90 F f a
0 F E E If F I f 0 0 a a a
Ff 1
4

Ff
励磁磁动势的波形系数
kf
4

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2.基波励磁磁动势
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（2）基波励磁磁动势
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（2）基波励磁磁动势
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（2）基波励磁磁动势
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同步发电机的空载运行
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3.基波气隙磁通密度
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3.基波气隙磁通密度
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同步发电机的空载运行
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4.电枢绕组的磁链、感应电动势
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4.电枢绕组的磁链、感应电动势
相轴，交轴
1 2f1
直轴
时轴
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5.时空相矢量图
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5.时空相矢量图
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5.时空相矢量图
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5.时空相矢量图
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同步发电机的空载运行
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6.空载特性
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对称负载时的电枢反应
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对称负载时的电枢反应

空载：I≈0，Fa ≈0，气隙磁场只由转子电流产生； 负载时：I≠0，Fa ≠0，Fa对Ff的影响称电枢反应 同步电机电枢磁势与转子磁势间的相对位置取决于负载
电流的性质。

电机输出电流 I 之间的相角 定义 同步和空载电势 E 0 为内功率因数角。 ； 0 时，电流 I 滞后于 E 0

和 I 端电压 U
之间的相位角 称为外功率因数角
。
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同步发电机负载时的电枢反应
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同步发电机负载时的电枢反应
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同步发电机负载时的电枢反应

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同步发电机的空载运行
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同步电机的空载运行
空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。 主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为 主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个 部分。 主极磁通 主磁通 0 是否通过气隙 通过 交链 于定子绕住相交链
f
f f1
0
ff
Ff F f 1

x
定义磁极磁动势的基波分 量振幅 F f 1 与实际磁动势 最大幅值 Ff 之比为 k f， 称为电机的励磁磁动势波 形系数，即
大齿
kf
Ff 1 Ff
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（1）励磁磁动势
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凸极式同步电机的空载磁动势
凸极同步电机的绕组式集中
绕组，它所产生的磁动势是矩形 波，幅值为 Ff ， 基波分量的振幅为