同步发电机的基本电磁关系和运行规律
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讨论：空载特性反映了发电机的磁化特性，而磁化特 性不管空载或负载都适用，所以从这个意义上看，励 磁电动势与励磁电流的关系不仅适用于空载情况，负 载情况也是适用的。
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
电枢磁动势：同步发电机空载时，电机中只有一个同步 旋转的励磁磁动势，带上负载以后，由于电枢绕组有电 流通过，就出现第二个磁动势——电枢磁动势。如果绕 组对称，三相负载亦对称，电枢磁动势的基波就将为一 同步旋转的旋转磁动势，励磁磁动势的基波和电枢磁动 势基波二者之和，就构成了负载时的合成磁动势，从而 决定了气隙合成磁场。 电枢反应：负载时电枢磁动势的基波对主极磁通基波的 影响，就称为电枢反应，因此，电枢磁动势又称为电枢 反应磁动势。
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢时空相矢图——分析电枢反应时采用时间相量和空间 矢量统一图，简称为“时空相矢图” 。
1.空间矢量：凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空 间矢量。
基波励磁磁动势 F f 1 及其磁密 B 0 为一空间矢量。该矢量 位于转子的极轴线上，方向为N极指向，以同步速旋转， 如图所示。
主磁通
漏磁通
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与 电枢绕组交链的磁通Φ0，称为主磁通，它就是空载时 的气隙磁通，或称励磁磁通。
主极漏磁通：只交链励磁绕组的磁通Φfσ称为主极漏磁 通，它不参与电机的机电能量转换过程。
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系 和运行规律
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
空载运行：同步发电机被原动机拖到同步转速，转子 绕组通入直流励磁电流而电枢绕组开路，这种运行状 态称为空载运行或无载运行 。
励磁磁动势：同步发电机空载运行时电枢电流为零， 电机气隙中只有转子励磁电流 if 产生的磁动势Ff 和磁 场，称为励磁磁动势和励磁磁场。
该相量的相位由转子的位置决定，如转子处于图示位 置，当电动势规定正方向与电流规定正方向一致时，
A相感电动势为正的最大，所以 E0 位于时间轴线上。
如图所示。电动势相量的角频率与转子旋转的角速度 都是ω。
Ff1
N
A
t
E0
I
图 10-5 空 载 电 动 势 相 位 的 确 定
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载特性分析
一般设计的电机，空载电动势等于额定电压的一点在 曲线转弯处，电机的饱和因数
k
ac ab
if0 i f
普通同步电机的 kμ值一般在1.1～1.25左右。
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载特性分析
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
空载特性：改变励磁电流 if ，就可得到不同的 Φ0 和励 磁电动势E0，曲线E0＝f(if )表示在同步转速下，空载电 动势 E0与励磁电流 if 之间的关系，称为发电机的空载 特性。如图所示。由于E0∝ if ，if ∝ Ff ，所以，空载曲 线实质上就反映了电机的磁化曲线。
A
Y C
A F f1
N
S
B0
X
Z
n1
B
图 10-3 励 磁 磁 动 势 空 间 矢 量
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
电枢磁动势 F a 也为空间矢量，它的位置可以这样来
确定，即当某相电流达到最大值时，电枢磁动势 F a
刚好转到该相绕组的轴线上，它的指向与绕组中的电 流方向符合右手螺旋定则，而且转向与转子转向一 致，并以同步速旋转。
E0 0 U N a
气隙线 G bc
0
F f i f
Ff0 if0
Ff if
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载特性分析
当主磁通Φ0较小时，整个磁路处于不饱和状态，绝大 部分磁动势消耗于气隙，所以空载特性的下部是一条直 线，与空载曲线下部相切的线OG称为气隙线,随着Φ0 的增大，铁心逐渐饱和，空载曲线逐渐变弯。空载特性 是同步发电机的基本特性之一。
如图所示。图中A相电流最大，所以 刚好转到A相 轴线上。(电流的规定正方向仍由末端流向首端)。
A t
IA
Y n1
Fa
C
A
X
IC
IB
Z
n1
B
图10-4 电枢磁动势空间矢量
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
2.时间相量：凡是随时间按正弦规律变化的量都可表示 为时间相量。
同步电机的空载电动势(励磁电动势）E0 是时间相量，
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
励磁电动势：将发电机用原动机拖动，使转子以同步速 旋转，则主磁通Φ0将在气隙内形成一个旋转磁场，如 果定子wenku.baidu.com组是对称的，则主磁通切割电枢绕组感应出频 率为f的三相对称电动势，称为励磁电动势，不计谐波， 三相励磁电动势为：
E AE 0 0;E BE 0 12 ;E 0 CE 0 24 E 04.4f4w w 1 k0
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电 枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因 此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才 使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙 磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上， 定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常 运行的基本条件。
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
同步电机的电枢电流 I也是时间相量，它的相位决定
于电机内部的阻抗和负载的性质。电机内部的阻抗和 负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位 差角ψ，称为内功率因数角。如图所示。
Ff1
N
A t
E0
I
图 10-5 空 载 电 动 势 相 位 的 确 定
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
同步电机的空间矢量是指整个电机的量，没有三相之分， 而同步电机的时间相量却有三相之分。由于研究电机带 三相对称负载运行，所以，为了简便，在今后的相量图 中，仅画A相时间相量，而且在相量符号中不加注脚A。 其它相的量可根据互差120 度画出来。
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
电枢磁动势：同步发电机空载时，电机中只有一个同步 旋转的励磁磁动势，带上负载以后，由于电枢绕组有电 流通过，就出现第二个磁动势——电枢磁动势。如果绕 组对称，三相负载亦对称，电枢磁动势的基波就将为一 同步旋转的旋转磁动势，励磁磁动势的基波和电枢磁动 势基波二者之和，就构成了负载时的合成磁动势，从而 决定了气隙合成磁场。 电枢反应：负载时电枢磁动势的基波对主极磁通基波的 影响，就称为电枢反应，因此，电枢磁动势又称为电枢 反应磁动势。
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢时空相矢图——分析电枢反应时采用时间相量和空间 矢量统一图，简称为“时空相矢图” 。
1.空间矢量：凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空 间矢量。
基波励磁磁动势 F f 1 及其磁密 B 0 为一空间矢量。该矢量 位于转子的极轴线上，方向为N极指向，以同步速旋转， 如图所示。
主磁通
漏磁通
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与 电枢绕组交链的磁通Φ0，称为主磁通，它就是空载时 的气隙磁通，或称励磁磁通。
主极漏磁通：只交链励磁绕组的磁通Φfσ称为主极漏磁 通，它不参与电机的机电能量转换过程。
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系 和运行规律
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
空载运行：同步发电机被原动机拖到同步转速，转子 绕组通入直流励磁电流而电枢绕组开路，这种运行状 态称为空载运行或无载运行 。
励磁磁动势：同步发电机空载运行时电枢电流为零， 电机气隙中只有转子励磁电流 if 产生的磁动势Ff 和磁 场，称为励磁磁动势和励磁磁场。
该相量的相位由转子的位置决定，如转子处于图示位 置，当电动势规定正方向与电流规定正方向一致时，
A相感电动势为正的最大，所以 E0 位于时间轴线上。
如图所示。电动势相量的角频率与转子旋转的角速度 都是ω。
Ff1
N
A
t
E0
I
图 10-5 空 载 电 动 势 相 位 的 确 定
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载特性分析
一般设计的电机，空载电动势等于额定电压的一点在 曲线转弯处，电机的饱和因数
k
ac ab
if0 i f
普通同步电机的 kμ值一般在1.1～1.25左右。
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载特性分析
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
空载特性：改变励磁电流 if ，就可得到不同的 Φ0 和励 磁电动势E0，曲线E0＝f(if )表示在同步转速下，空载电 动势 E0与励磁电流 if 之间的关系，称为发电机的空载 特性。如图所示。由于E0∝ if ，if ∝ Ff ，所以，空载曲 线实质上就反映了电机的磁化曲线。
A
Y C
A F f1
N
S
B0
X
Z
n1
B
图 10-3 励 磁 磁 动 势 空 间 矢 量
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
电枢磁动势 F a 也为空间矢量，它的位置可以这样来
确定，即当某相电流达到最大值时，电枢磁动势 F a
刚好转到该相绕组的轴线上，它的指向与绕组中的电 流方向符合右手螺旋定则，而且转向与转子转向一 致，并以同步速旋转。
E0 0 U N a
气隙线 G bc
0
F f i f
Ff0 if0
Ff if
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载特性分析
当主磁通Φ0较小时，整个磁路处于不饱和状态，绝大 部分磁动势消耗于气隙，所以空载特性的下部是一条直 线，与空载曲线下部相切的线OG称为气隙线,随着Φ0 的增大，铁心逐渐饱和，空载曲线逐渐变弯。空载特性 是同步发电机的基本特性之一。
如图所示。图中A相电流最大，所以 刚好转到A相 轴线上。(电流的规定正方向仍由末端流向首端)。
A t
IA
Y n1
Fa
C
A
X
IC
IB
Z
n1
B
图10-4 电枢磁动势空间矢量
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
2.时间相量：凡是随时间按正弦规律变化的量都可表示 为时间相量。
同步电机的空载电动势(励磁电动势）E0 是时间相量，
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
励磁电动势：将发电机用原动机拖动，使转子以同步速 旋转，则主磁通Φ0将在气隙内形成一个旋转磁场，如 果定子wenku.baidu.com组是对称的，则主磁通切割电枢绕组感应出频 率为f的三相对称电动势，称为励磁电动势，不计谐波， 三相励磁电动势为：
E AE 0 0;E BE 0 12 ;E 0 CE 0 24 E 04.4f4w w 1 k0
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电 枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因 此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才 使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙 磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上， 定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常 运行的基本条件。
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
同步电机的电枢电流 I也是时间相量，它的相位决定
于电机内部的阻抗和负载的性质。电机内部的阻抗和 负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位 差角ψ，称为内功率因数角。如图所示。
Ff1
N
A t
E0
I
图 10-5 空 载 电 动 势 相 位 的 确 定
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
同步电机的空间矢量是指整个电机的量，没有三相之分， 而同步电机的时间相量却有三相之分。由于研究电机带 三相对称负载运行，所以，为了简便，在今后的相量图 中，仅画A相时间相量，而且在相量符号中不加注脚A。 其它相的量可根据互差120 度画出来。