同步发电机简单实用讲解课件

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同步电机的电枢反应
此时的电枢磁动势称为直轴电枢磁动势，用Fad表 示，相应的电枢反应称为直轴电枢反应。 可见 =-90º时直轴电枢反应的性质是纯粹助磁的。
若保证电压不变，即气隙的合成磁场不变，必须减 少直流励磁，这种电机叫做欠激状态的同步电机。 四、一般情况下（0<<90º）时的电枢反应
此时I滞后E0一个锐角 图示瞬间，A相的励磁电动势恰好达到最大值，但由 于电枢电流I滞后励磁电动势E0角，所示A相电流必 须过了一段时间，等转子转过空间电角度时，才能 达到最大值。
E0 Ea E
I1
＋
U1 －
E0 —转子磁场在定子绕组中的感应电势 ，也称励 磁电势； Ea —定子磁场在定子绕组中的感应电势，称为电 枢反应电势。 U —定子绕组端电压 I —定子绕组输出电流 ra—定子绕组的电阻， x—定子绕组漏抗。
5. 同步电机的气隙合成磁场 将气隙中的定子和转子磁场合并为一合成气隙磁场来 考虑，这种分析方法更符合同步电机的实际情况。
Z
A
N
n
Y
S
B X C
因为=0º，所以此瞬间A绕组中的电流也达到最大 值。
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同步电机的电枢反应
三相电流联合产 生的电枢磁势的 基波振幅便落在 A相绕组轴线上；
d 轴超前于A相 相轴 90º ，励磁 磁势的基波相量 在d 轴上；
1. 理解同步电机电枢反应的物理概念，并掌握电枢 反应的性质与哪些因素有关； 2. 熟练掌握同步发电机的电压平衡方程式和相应 的相量图的画法。 3. 熟练掌握同步发电机的功角特性，分析当励磁电 流改变时，空载电势和功角特性变化的规律。 4. 了解同步发电机的功率和转矩方程式、工作特性。 5. 了解同步发电机并联运行的条件及其整步方法。 6. 掌握同步发电机有功功率和无功功率的调节以及 同步发电机的U 形曲线；掌握无功功率的性质与励 磁电流的关系。
第十三章 同步发电机
13-1 同步发电机的空载运行 13-2 同步电机的电枢反应 13-3 同步发电机的电势方程式和相量图 13-4 同步发电机的功率和转矩方程式 13-5 同步发电机的特性 13-6 同步发电机的并联运行
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本章基本要求
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同步电机的电枢反应
对称负载时电枢磁动势的基波对主极磁场基波的影 响，简称对称负载时的电枢反应。 电枢反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的性质主要取决于E0与I之间的相位差 ， 亦即主要取决于负载的性质。 叫做内功率因数角，电压与电流的相位差叫做外 功率因数角。 注意内功率因数角无法测量，外功率因数角可以测 量。 为什么？
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同步电机的电枢反应
同理若忽略铁心饱和的影响： 可从励磁磁势和电枢磁势分别求出励磁电势和电枢 反应电势，即 E F B E Ff B f 1 0 0
a1 a1 a a
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二、同步发电机的空载运行 同步发电机被原动机拖动至同步转速，转子绕组通入 直流励磁电流，定子绕组开路时称为空载运行。 电枢（定子）： I1 (Fa ) = 0 转子每极磁通： Φ0 空载电动势： E0 = 4.44 f1 kw1 W1Φ0
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同步电机的电枢反应
E0
F
E
I

Fa
a
Ff
0
Ea
=0时的时—空相量图 二、当E0超前I 90º（=90º）时的电枢反应
当=90º 时，在图示瞬间，此时A相励磁电动势为最 大值，但定子A相电流为零。 就是说A相电流达到最大值时，转子已向前转过90º。
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同步发电机的空载运行
2. 同步电机的作用力 在同步电机的气隙中存在着两种不同的旋转磁场，只 要这两个旋转磁场在空间有位移，它们之间便会有电 磁力，犹如两块磁铁之间存在相互作用力一样。 3. 同步电机的运行方式 同步电机在工作时，由于两种旋转磁场之间没有相对 运动，因此它们之间的相互位置决定着同步电机的运 行情况： 如转子磁场在前，则当转子旋转时，便拉着定子磁场 旋转，这时转子磁场超前电枢磁场，这便是发电机运 行； 反之定子磁场旋转拉着转子磁场旋转，便是电动机 运行情况。
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同步发电机的空载运行
因该磁场是交流励磁的，故称为交流励磁的旋转磁场， 同步电机的定子绕组又称为电枢绕组，因此又称为电 枢磁场。 如果在转子上装有由直流励磁的磁极，且用原动机把 转子带到同步转速，就像同步电机那样，则在气隙中 同样出现一个圆形旋转磁场，这样获得的旋转磁场又 称直流励磁的旋转磁场或称机械旋转磁场。 同步发电机空载时，定子绕组中的电流为零，在气隙 中只有直流励磁的旋转磁场，在负载的情况下，两种 旋转磁场均存在。
这时应有 0 a 相应地有 E0 Ea E 应注意：这里所述的所有的时间相量都是属于定子中 某一相中的物理量。 当各相时轴和相轴都取在绕组的轴线上时，时—空相 量图存在下列关系。 时轴：若取某轴为时间参考轴时，则旋转相量 2I 在该轴上的投影即为电流的瞬时值，即当相量与该轴 重合时，正弦量达到最大值。
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A
A Z
Z
N
n
Y
Y
F
N
S
S
B X C
Ff
B
Fa
C
n
X
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同步电机的电枢反应
电枢磁动势的幅值恰好位于励磁磁动势的轴线上， 但方向相反。 此时的电枢磁动势称为直轴电枢磁动势，用Fad表 示，相应的电枢反应称为直轴电枢反应， 可见 =90º时直轴电枢反应的性质是纯粹去磁的。 若保证电压不变，即气隙的合成磁场不变，必须加 大直流励磁，这种电机叫做过激状态的同步电机。 三、当E0滞后I90º（=-90º）时的电枢反应 当=-90º 时，在图示瞬间，此时A相励磁电动势为最 大值，但定子A相电流为零。
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同步电机的电枢反应
相轴：绕组的轴线。当某相电流达到最大值时，旋转 磁势的幅值就落在该相绕组的轴线上。 相量图的画法： (1)磁通相量(时间相量)应与产生它的磁密相量(空间 相量)重合； (2)忽略铁心中的损耗影响时，磁通相量应与产生它 的电流相量同相位； 而磁势与产生它的电流重合。(时轴与相轴取在一起) (3)当磁通与感应电势正方向符合右手螺旋法则时， 电势滞后于产生它的磁通90º 。 根据这些基本关系，便可画出时空相量图如下图所示。
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只有在电流等于零的情况下，才能测到电势E0，负载 时测到的是电压。 下面就角的几种情况，分别讨论电枢反应的性质。
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同步电机的电枢反应
一、E0和I 同相（=0） 时的电枢反应 当 =0º时，图中所 示瞬间，A相绕组的 轴线与主磁极的交轴 （q轴）重合； 此时A相绕组励磁电 动势为最大值，其方 向按右手定则确定。
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13-1 同步发电机的空载运行
一、同步电机的基本作用原理 1. 两种旋转磁场 当对称三相电流流过对称三相绕组时，将在气隙中 产生一个旋转磁场，基波磁势有下列特性：
振幅恒定是单相绕组最大振幅的1.5倍，转速为同步 转速n1，旋转方向是从电流超前的相转向电流滞后 的相，当某相电流达到最大值时，旋转磁场的振幅 恰好在该相绕组的轴线上。 同步电机无论作为发电机运行还是作为电动机运行， 和异步电机一样，只要它们的定子三相绕组中流过三 相对称电流，都将在气隙中产生上述的旋转磁场。
同步发电机等效电路如图所示。 同步电机正常运行时的等效电路是一个没有副方回 路与原方耦合的独立回路，求解时也不用联立方程， 非常简单。同步发电机各物理量的正方向规定如图 所示。
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同步发电机的空载运行
如不考虑饱和现象，利用迭加原理： E0 Ea E U Ira 或 E0 Ea U I (ra jx )
或
电枢相电压：
E0 = －j4.44 f1 kw1 W1Φ0
U0P = E0
U 电枢线电压（Y 形联结）： 0L =√3 E0 pn f1 = 60 E0 的频率：
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13-2 同步电机的电枢反应
空载时，同步电机中只有一个以同步旋转的转子磁 场，即励磁磁场，它在三相绕组中感应出对称的三 相电势，每一相为E0，称为励磁电势，定子每相电 压为E0=U。 当定子绕组接上对称的负载后，气隙合成磁势由电 枢磁势与转子磁势相互作用共同建立，并建立负载 时的气隙磁场； 尽管励磁电流未变，但气隙磁场已不同于原来的励 磁磁场，所以感应电势已不再是E0了。 对于功率因数滞后的感性负载，此时电势将明显地 低于空载电势E0，再计入电枢绕组中的电阻和漏抗 压降后，这就使U更加低于E0。