同步发电机的运行原理
同步发电机的工作原理定义
同步发电机的工作原理定义
同步发电机的工作原理定义如下:
同步发电机是利用机械能带动发电机转子转动,在转子绕组中感应出交变电动势,并提供给电网的发电机。
其主要原理是:
1. 转子绕组在同步速度下切割磁场通量,按照法拉第电磁感应定律在转子绕组中感应出交变电动势。
2. 转子转动速度和电网频率保持同步,从而使转子绕组感应的电动势波形为正弦波,频率与电网一致。
3. 转子绕组输出的电动势经过整流后激励定子绕组,形成旋转磁场。
4. 定子绕组因切割旋转磁场从而输出电压频率与电网一致的交流电。
5. 通过调节转子绕组激励电流来控制交流输出电压的大小。
6. 采用自动电压调节系统来保证输出电压稳定。
7. 发电机通过增减转子的功角来实现与电网的并联运转。
综上,同步发电机通过转子和定子绕组的协同工作在同步速度下发出与电网一致的交流电。
同步发电机的原理
同步发电机的原理
发电机的工作原理是利用电磁感应，将电能转换成机械能。
在发电机内，定子绕组通入三相交流电后，在定子铁芯中形成闭合磁路，在转子的内部，定子绕组通入三相交流电后，在转子内部形成闭合磁路。
电机工作时，随着转子旋转，在定子铁芯中产生感应电流，并在转子绕组中感应出电压。
同步发电机是一种以电力电子技术为基础的新型电机。
它的转子上装有两组互相正交的同步旋转的励磁装置，分别称为励磁电路。
当用一定频率的交流电通过励磁电路时，可使两个线圈产生感应电动势。
当再给励磁机加上一定频率的交流电时，转子产生感应电流。
感应电流产生磁场，使得励磁电路中的磁极相对于电网中其它相的电轴产生相对位移。
电轴和磁极相对于电网中其它相发生相对位移时，电轴和磁极之间便产生了一个电动势（电压），这个电动势（电压）就是发电机的工作电压。
发电机是根据电磁感应原理制成的。
在旋转磁场中有两个相互垂直、且同速转动的定子绕组。
—— 1 —1 —。
同步发电机的运行原理概要
二、凸极同步发电机
图6.11 凸极同步电机的磁路 (a)直轴；(b)交轴
二、凸极同步发电机
二、凸极同步发电机
现在只讨论磁路不饱和情况。
同步发电机内的电磁关系如下：
If
Ff
0
E0
I
Id Iq
Fad
Faq
ad
aq
E ad
E aq
U Ira
E
二、凸极同步发电机
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应
F
Fa ( Faq )
1 d轴
E0
I
Ff
B0 (0 )
时空矢量图
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应 电枢磁势Fa滞 后励磁磁势Ff 90°，合成磁 势Fδ的大小略 有增加，分布 滞后励磁磁势 Ff一个锐角， 此时电枢反应 性质为交轴电 枢反应。
三、电枢反应
一、空载运行时的主磁通
从图可见，主极 磁通分成主磁通 Φ 0和漏磁通Φ fσ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。
0
f
一、空载运行时的主磁通
空载时： I=0 ，If≠0 , n=nN
空载时发电机内部电磁关系
0 E0 4.44 fNkN 10 I f Ff I f N f f 只增加磁极部分
同步发电机在对称负载下稳定运行时，维 持转速(频率)和功率因数为常数的条件下， 发电机的端电压U、负载电流I、励磁电 流If是3个主要的运行参数，它们都可以 在运行中被测量。 它们之间互有联系，当保持其中一个量为 常数，另外两个量之间的函数关系称为运 行特性。
同步发电机工作原理
同步发电机工作原理
同步发电机是一种采用电磁转矩原理工作的发电设备。
它的工作原理可以通过以下几个步骤来描述。
1. 电场产生：发电机中的励磁绕组（通常是一组电磁铁）被直流电源电流激励，产生磁场。
这个磁场称为励磁磁场。
2. 磁场旋转：当励磁绕组产生磁场后，转速恒定的主轴开始旋转，使得励磁磁场也随之旋转。
3. 电磁感应：旋转的磁场切割通过发电机绕组中的导线，产生感应电动势。
这个电动势的大小与磁场强度、导线长度和速度等因素有关。
4. 输出电流：感应电动势驱动负载电流从绕组中流过，这样就实现了电能的转换。
同时，为了使发电机能持续地产生电能，感应电动势还需克服负载电流的阻力，并推动电流在绕组中流动。
5. 扩散磁场：发电机的旋转会导致励磁磁场受到有限的扩散，以保持与导线磁场的相对运动。
这种扩散过程消耗了一部分机械功，因此在发电机的使用中需要注意功率损失问题。
总的来说，同步发电机利用旋转的磁场与导线的相对运动产生感应电动势，从而将机械能转化为电能。
它的工作原理是基于电磁感应定律和电磁转矩原理，使得发电机能够稳定输出电能供应。
同步发电机的运行原理
If
Ff
If Nf
0 f
E0 4.44 fNkN10
只增加磁极部分 的饱和程度
第四页，编辑于星期六：二十点 二分。
一、空载运行时的主磁通
空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁动 势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电 流大小决定。
第五页，编辑于星期六：二十点 二分。
二、带对称负载时的主磁通
负载运行时，定子 绕组中有电流流过， 便会产生电枢基波 旋转磁动势。
说明：
E0、ψ的公式同样适用于隐极电机，只要令
个锐角，此时电
枢反应性质为交
轴电枢反应。
第十五页，编辑于星期六：二十点 二分。
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应 l 交轴电枢反应，即交磁作用。 l 电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电
磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的转 向相反，对发电机起制动作用。 l 要想维持转速不变，就要相应地增加原动机的 输入机械功率。
Φδ= Φ0+ Φa ； E δ=E0+Ea 当磁路饱和时，磁场不再满足线性叠加条
件，但由安培环路定律可知磁动势是可以 叠加的，所以要先求合成气隙磁动势 Fδ=Ff+Fa ，再由Fδ求出Φδ、 Eδ 。
第二十六页，编辑于星期六：二十点 二分。
一、隐极同步发电机
现在只讨论磁路不饱和情况。
同步发电机内的电磁关系如下：
三、电枢反应
5、 -90°<ψ<0° 时的电枢反应
F
Fa
Faq
1
E0
d轴
I Iq
Ff
B0 (0 ) Fad Id
时空矢量图
• 既有交轴电枢 反应，又有直 轴增磁电枢反 应。
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作原理
同步发电机是一种常用于发电的电机，其工作原理基于电磁感应和电流激励的相互作用。
首先，同步发电机的转子由直流激励线圈和交流绕组组成。
直流激励线圈通过外部直流电源提供直流电流，形成一个磁场。
交流绕组则与电网相连，接受电网中的电压。
当同步发电机的转子旋转时，直流激励线圈产生的磁场也随之旋转。
这个旋转的磁场将与交流绕组中的电流相互作用，产生电磁感应力。
根据法拉第电磁感应定律，电磁感应力会导致交流绕组中的电流发生变化。
这个电流变化又会产生额外的磁场，与直流激励线圈产生的磁场叠加在一起。
如果两者的磁场方向一致，它们将相互增强，使得感应力增大。
反之，如果磁场方向相反，它们将相互抵消，使得感应力减小。
当感应力达到一个平衡时，同步发电机的转速将与电网的频率完全同步。
这是因为电网的频率是固定的，而同步发电机的旋转速度取决于直流激励线圈提供的直流电源电流。
因此，在感应力的作用下，同步发电机的转子将转向与电网频率相同的速度。
最后，同步发电机通过交流绕组将同步旋转的磁场转化为交流电能，输出给电网。
这样，同步发电机就实现了将机械能转化为电能的功能。
总结起来，同步发电机的工作原理是通过电磁感应力和电流激励的相互作用，使得转子转速与电网频率同步，并将机械能转化为电能输出到电网中。
同步发电机的工作原理、
同步发电机的工作原理、
同步发电机是一种常见的电力发电设备，其工作原理是通过机械能转换成电能的一种装置。
它的工作原理主要包括旋转磁场、感应电磁场和电磁感应三个方面。
同步发电机的工作原理涉及到旋转磁场。
同步发电机内部有一组定子线圈，通过外部的能源输入（如燃气、水力等），驱动转子进行旋转。
当转子旋转时，会产生一个旋转的磁场，这个磁场的方向和大小都是随着转子的旋转而变化的。
这个旋转磁场是同步发电机工作的基础。
同步发电机的工作原理还涉及到感应电磁场。
在同步发电机的定子线圈周围，有一组感应线圈。
当旋转磁场通过定子线圈时，会在感应线圈中产生一个感应电磁场。
这个感应电磁场的方向和大小都是随着旋转磁场的变化而变化的。
感应电磁场的产生是由于磁场的变化导致定子线圈中的电流发生变化，从而产生感应电磁场。
同步发电机的工作原理还涉及到电磁感应。
当感应电磁场通过感应线圈时，会在感应线圈中产生一个感应电流。
这个感应电流的大小和方向都是随着感应电磁场的变化而变化的。
感应电流的产生是由于感应电磁场的变化导致感应线圈中的电流发生变化，从而产生感应电流。
这个感应电流就是同步发电机产生的电能。
同步发电机的工作原理是通过旋转磁场、感应电磁场和电磁感应三
个方面相互作用，将机械能转换成电能。
通过外部能源的驱动，同步发电机内部的转子旋转产生旋转磁场，旋转磁场通过定子线圈产生感应电磁场，感应电磁场通过感应线圈产生感应电流，从而产生电能。
同步发电机的工作原理是电力发电系统中的重要组成部分，它的稳定运行对于保障电力供应具有重要意义。
15.0同步发电机的运行原理解析
动画
交轴q A相相轴
1
A
N
S
X
将空间矢量和时间矢量画在 一个图中构成时空矢量图 将定子各相的时间参考轴 （时轴）取在各自的绕组轴 线时，矢量 B f 和矢量 0 同方向。
1 2 f
直轴
相轴 时轴
E 0
0
Bf
Ff
15.2 对称负载时的电枢反应
空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的 转子磁场，即励磁磁场。 当定子绕组接负载后，定子绕组中产生三相对称 电流，该电流产生电枢磁动势基波Fa也为旋转磁
I q I cos
I 可以认为三相交轴电流 q 系统产生了交轴电枢磁势
Faq，对主极磁势Ff1起交磁作用；三相直轴电流 I d 系统产生直轴电枢磁势Fad，对主极磁势Ff1起助磁 （去磁）作用
总结：画时空矢量图时需要注意的问题 （1）取每相的相轴和时轴重合；
I （2）相电流相量 与该电流系统产生的合成磁动
当转子以同步转速n1旋转时，主磁通切割定子绕组， 感应出三相电势，基波为 E 4.44 fN k 两极动画
0 1 N1 0
改变励磁电流If以改变主磁通Φ 0的大小，可得到不同 的空载电势E0值。绘制E0＝f(If)曲线—空载特性曲线 由于E0 ∝Φ 0 ，Ff ∝If， 0 E 0 因此适当改变比例尺，空载 特性曲线即可变为磁化曲线 电机的饱和系数：
同相位时（ψ＝0 ）的电枢反应 I 和 E 一、 0
分析可见， Fa作用于q轴， F 此时的电枢 反应称为交 轴电枢 反应， Ff 1 Fa称为交轴 d轴 A 电枢磁动势。
q轴 q轴 A相相轴
时轴
Fa
Z
N
B
同步发电机结构
同步发电机结构
一、同步发电机结构
同步发电机主要由定子、转子和其他部件组成。
定子部分包括定子铁芯、定子绕组、机座；
转子部分包括转子铁芯、励磁绕组和滑环(隐极式转子还有套箍、心环，凸极式转子有磁极、
磁轭、转子支架)；
其他部件包括电刷装置、端盖、轴承和风扇等。
二、同步发电机工作原理
同步发电机是根据电磁感应原理工作的，它通过转子磁场和定子绕组的相对运动，将机械能
转变为电能。
当转子在外力带动下，转子磁场和定子导体作相对运动，即导体切割磁力线，因此在导体中
产生感应电动势，其方向可根据右手定则判定。
由于转子磁极的位置使导体以垂直方向切割磁力线，所以此时定子绕组中的感应电动势最
大。
当磁极转过90度后。
磁极成水平位置，导体不切割磁力线，其感应电动势为零。
转子再转
90度，定时定子绕组又以垂直方向切割磁力线，使感应电动势达到最大值，但方向与前相
反。
当转子再转90度，感应电动势又变为零。
这样转子转动一周，定子绕组的感应电动势也发
生正、负变化。
如果转子连续匀速旋转，在定子绕组中就感应出一个周期性不断变化的交变
电动势。
Classified as Internal。
同步电机的的工作原理
同步电机的的工作原理
同步电机的工作原理是基于电磁感应原理。
当通过电流流过定子绕组时，产生的磁场会与转子上的永磁体磁场相互作用，从而使得转子开始旋转。
根据电磁感应定律，当磁场改变时，会产生感应电动势，这个感应电动势会引起电流在定子绕组中的流动，进而产生磁场。
这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子继续旋转。
因此，通过交流电源向定子绕组提供电流，同步电机能够保持转速与电源频率的同步。
同步电机的旋转速度由电源频率决定，因此也称为频率控制同步电机。
同步电机的转速与电网（交流电源）频率之间存在一定的比例关系，通常以极数来表示。
同步电机还可以通过调整励磁电流来实现转速调节。
当调整励磁电流时，可以改变转子上的磁场强度，从而改变同步电机的转速。
需要注意的是，同步电机在启动时无法自行启动，其转子必须与电源的频率和相序同步。
而在运行过程中，若失去同步，转子将会停止旋转。
因此，同步电机通常需要通过其他装置（例如变频器）来控制电源频率和相序，以确保正常启动和稳定运行。
总结来说，同步电机的工作原理是通过电流在定子绕组中产生磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子旋转，并通过电源频率和相序来保持转速与电源同步。
同步电机的运行原理新
•
•
功率角(功角)θ : 是 E0 与U 的时间相位角.三者关系: θ
直轴（纵轴、d 轴）：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴）：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。
时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值
（2）电枢反应性质
内功率因数角Ψ=00
时轴
.
E0A
Fδ
.
IA
.
空载运行：当原动机带动发电机在同步转速 下运行，励磁绕组通过适当的励磁电流，电 枢绕组不带任何负载时的运行情况。
一、基波励磁磁动势
当励磁绕组中通入直流电流后，产生 随转子一起旋转的磁动势，称为励磁磁动 势。因为它随转子一起转动，从定子上看， 它也是一个旋转磁动势，所以同电枢绕组 磁动势的分析方法一样。
三、基波气隙磁密空间矢量
1、隐极机： 气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势
成正比，基波磁动势产生正弦波磁密，再不考虑磁铁 的磁滞涡流效应下，磁密波的相位和磁动势波的相位 相同。
2、凸极机：
气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的 磁密大小与磁动势大小不成正比，正弦的基波励磁 磁动势产生的磁密波是非正弦分布的，磁密波还要 分解基波和一系列谐波，基波磁密和基波磁动势仍 然同相位。
Fa
A
N
.
.
.
E0B
E 0C
IC
Z
直轴助磁电枢反应
SX
B
内功率因数角00<Ψ<900
时轴
.
E0A
.
IC
.
ψ IA
.
.
E0C I B
d轴 Ff
.
E0B
q轴 A轴
Y
C
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作原理
同步发电机是一种能够与电网同步运行的发电设备，它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 传动机械能：同步发电机通常由涡轮机、水轮机等传动机械能的装置驱动，使转子旋转。
2. 激励电流：同步发电机中的励磁系统会产生一定的激励电流，这个激励电流是通过直流电源提供的，并且会通过励磁力调节装置进行控制。
3. 产生磁场：通过激励磁体，激励电流在转子中产生磁场。
这个磁场会随着转子的旋转而旋转。
4. 电磁感应：当转子旋转时，转子的磁场就会与定子中的线圈相互作用，引起电磁感应。
这个感应电压会通过定子绕组的输出端子输出。
5. 同步运行：输出的感应电压会与电网的电压进行匹配，通过控制发电机的励磁系统，保持感应电压与电网电压的同频同相，使发电机能够与电网同步运行。
通过以上的工作原理，同步发电机可以稳定地向电网供电，并且保持与电网的频率和相位同步，实现对电网的有源功率调节。
同时，它还具备一定的励磁控制特性，能够实现对发电机的有功和无功输出进行调控。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理引言概述：同步电机是一种常见的电动机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场的相互作用。
本文将详细介绍同步电机的工作原理，包括磁场产生、转子与磁场的同步、转矩产生、调速控制以及应用领域。
一、磁场产生1.1 永磁同步电机：通过永磁体产生恒定磁场，磁场的极性和分布规律决定了电机的性能。
1.2 感应同步电机：通过电磁铁产生磁场，电磁铁的电流和磁场的强度成正比，可以实现磁场的调节。
1.3 混合型同步电机：同时利用永磁体和电磁铁产生磁场，结合了永磁同步电机和感应同步电机的优点。
二、转子与磁场的同步2.1 同步速度：同步电机的转子速度与磁场的旋转速度完全一致，这是同步电机的特点之一。
2.2 极对数：同步电机的极对数与磁场的极对数相等，极对数决定了同步电机的转速。
2.3 同步损耗：同步电机在运行过程中，由于转子与磁场的同步性，会产生一定的同步损耗。
三、转矩产生3.1 磁场转矩：同步电机的转子与磁场之间的相互作用会产生转矩，使电机能够输出功率。
3.2 电流转矩：通过控制电机的电流大小和相位，可以调节电机的转矩。
3.3 磁阻转矩：同步电机的转子具有一定的磁阻特性，磁阻转矩是由转子磁阻产生的。
四、调速控制4.1 感应同步电机的调速：通过调节电磁铁的电流大小和频率，可以实现感应同步电机的调速控制。
4.2 永磁同步电机的调速：通过调节永磁体的磁场强度，可以实现永磁同步电机的调速控制。
4.3 变频调速：利用变频器控制电机的供电频率，可以实现同步电机的精确调速。
五、应用领域5.1 工业领域：同步电机广泛应用于工业生产中的电动机械设备，如风力发电机组、水泵、压缩机等。
5.2 交通运输领域：同步电机被用于电动车辆、列车牵引等交通运输工具中，具有高效、低噪音等优点。
5.3 家用电器领域：同步电机在家用电器中的应用越来越广泛，如洗衣机、空调、冰箱等。
结论：同步电机是一种重要的电动机类型，其工作原理基于磁场产生、转子与磁场的同步、转矩产生、调速控制等方面。
同步发电机工作原理
同步发电机工作原理
同步发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它是发电厂中最常见的发电设备之一。
同步发电机的工作原理是利用磁场的相互作用来产生电能。
在同步发电机中，转子是通过机械能驱动旋转，而定子则是通过磁场产生电能。
下面将详细介绍同步发电机的工作原理。
1. 磁场的产生。
在同步发电机中，磁场是由定子上的励磁绕组产生的。
励磁绕组中通入直流电流，产生磁场，这个磁场是固定不变的。
这个磁场的产生是通过励磁系统来实现的，励磁系统可以是直流发电机、整流器等设备。
2. 转子的旋转。
当同步发电机的转子被机械能驱动旋转时，转子上的绕组也会产生磁场。
这个磁场是随着转子的旋转而变化的。
转子上的磁场与定子上的磁场相互作用，产生感应电动势。
这个感应电动势会导致电流在绕组中流动，从而产生电能。
3. 电能的输出。
通过转子上的绕组产生的电流，可以通过同步发电机的输出端子输出。
这个电流是交流电，可以通过变压器进行升压或降压，然后输送到电网中，供给用户使用。
总结一下，同步发电机的工作原理是利用磁场的相互作用来产生电能。
定子上的励磁绕组产生固定的磁场，而转子上的绕组通过机械能驱动旋转产生变化的磁场，这两个磁场相互作用，产生感应电动势，最终产生电能输出。
同步发电机在发电厂中起着至关重要的作用，它是将机械能转换为电能的关键设备之一。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种常见的交流电机，其工作原理是利用交流电的频率和磁场的作用来产生旋转力，从而驱动机械设备运转。
在工业和家用电器中广泛应用，如风扇、空调、洗衣机等。
下面将详细介绍同步电机的工作原理。
1. 磁场的产生。
同步电机中通常有一个定子和一个转子。
定子上有一组绕组，通常是三相交流绕组，通过外部电源供电，产生旋转磁场。
而转子上通常有一组永磁体或者由直流电源供电的励磁绕组，产生一个恒定的磁场。
这两个磁场之间的相互作用是同步电机能够正常工作的基础。
2. 磁场的作用。
当定子绕组通电后，产生的旋转磁场会与转子上的恒定磁场相互作用，产生一个旋转力。
这个力会使得转子跟随着旋转磁场的变化而旋转，从而驱动机械设备进行工作。
这就是同步电机产生旋转力的基本原理。
3. 同步速度。
同步电机的转速是由供电频率决定的，通常情况下，同步电机的转速是与供电频率成正比的。
例如，如果供电频率是50Hz，那么同步电机的转速就是3000转/分钟。
这也是为什么同步电机的转速是固定的原因。
4. 同步现象。
同步电机之所以称为同步电机，是因为其转子的转速是与供电频率同步的。
也就是说，当供电频率保持不变时，同步电机的转子转速也会保持不变。
这种现象称为同步现象，是同步电机独特的特点之一。
5. 调速原理。
虽然同步电机的转速是固定的，但是可以通过改变供电频率来改变其转速。
当供电频率增加时，同步电机的转速也会增加；反之，当供电频率减小时，同步电机的转速也会减小。
这就是同步电机的调速原理，通过改变供电频率来实现转速的调节。
6. 同步电机的优点。
同步电机具有结构简单、运行可靠、效率高、功率因数高等优点。
因此在工业和家用电器中得到了广泛的应用。
同时，同步电机还具有较大的起动转矩和较好的恒转矩特性，适用于一些需要较大启动力和稳定转矩输出的场合。
总结，同步电机的工作原理是利用交流电的频率和磁场的作用来产生旋转力，从而驱动机械设备运转。
通过定子和转子之间的磁场相互作用，实现了同步电机的正常工作。
同步发电机 工作原理
同步发电机工作原理
同步发电机是一种常见的发电设备，其工作原理如下：
1. 电磁感应：同步发电机利用电磁感应的原理来产生电能。
当发电机的转子与定子相对旋转时，会在定子的线圈中产生磁场，这个磁场会穿过线圈，导致线圈内的导体产生感应电流。
2. 动态磁场：发电机的转子上通常有一组励磁线圈，当这些线圈通过电流时，会在转子上产生一个磁场。
这个磁场与定子上的磁场相互作用，导致转子相对定子旋转。
3. 同步：当转子旋转并且频率与电源频率相匹配时，转子上的励磁磁场与定子的磁场同步。
这个同步状态允许电能从转子传输到定子，产生输出电能。
4. 无刷式同步发电机：许多现代的同步发电机是无刷式的，即转子上没有刷子和滑环。
这些发电机通过在转子上嵌入永磁体，产生一个恒定的磁场。
这种无刷式的设计减少了能量损耗和维护成本。
总的来说，同步发电机的工作原理是利用电磁感应和磁场相互作用，将机械能转化为电能。
通过控制励磁电流和转子的旋转速度，可以调节发电机的输出电压和频率。
这使得同步发电机成为一种重要的发电设备，广泛应用于发电站、风力发电和水力发电等领域。
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根据隐极同步发电机的电动势平衡方程式 （忽略电枢电阻）可做出如下隐极同步发电 机的等效电路图： Xt
•
•
E0
I
•
U
34
一、隐极同步发电机
以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载 的相量图如下：
E 0(Ix tU sin )2(U co s)2
tan Ixt Usin
35
Ucos
42
二、凸极同步发电机
其中：
xd
xq
—直轴同步电抗，xd xad x —交轴同步电抗， xq xaq x
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计， 则凸极同步发电机的电动势平衡方程式可写
成：
E0 U jId xd jIq xq
43
二、凸极同步发电机
直轴和交轴同步电抗的意义 由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁
负载时： I ≠0 ，If≠0 , n=nN
负载时发电机内部电磁关系
I f F f &0
I&
Fa
&a
主磁通
7
二、带对称负载时的主磁通
负载运行时，同步电机内的主磁场由 励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
8
三、电枢反应
空载：气隙磁动势 F F f 负载：气隙磁动势 F Ff Fa 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa
而：
Fad Fa sin 对应：I d I s in
Faq Fa cos
Iq I cos
分别为直轴和交轴分量 。
24
6.2 同步发电机的电动势方程式和 相量图
一、隐极同步发电机
1、电磁过程
其结构特点是气隙均匀，故同一电枢磁动势 作用在圆周气隙上的任何位置所产生的气隙 磁场和每极磁通量都是相同的，没必要象凸 极转子一样分解成交、直两个分量，可以整 体考虑电枢反应的影响。
F
d轴 B0 (&0 )
1
Ff
Fa ( Fad ) I&
19
时空矢量图 E& 0
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
• 直轴增磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。 • 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电
机的励磁电流。 • 发电机输出无功功率。
作时空矢量图确定电枢反应的性质的规律： 取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴
方向； 空载磁通Φ0与Ff 同方向，空载电势E0滞后
空载磁通Φ0 90°； 定子电流I滞后空载电势E0 的角度为内功
率因数角Ψ； 13 电枢磁势Fa 与定子电流I同相位。三、电枢源自应1、ψ=0° 时的电枢反应
F
对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。
9
三、电枢反应
两种磁动势性质比较：
励磁磁 动势
基波 波形
大小
正弦波
恒定，由励 磁电流决定
位置
由转子位 置决定
转速
由转子转 速决定
电枢磁 动势
正弦波
恒定，由电 枢电流决定
由电流瞬 时值决定
由电流的 f和p决定
结论：电枢磁动势Fa和励磁磁动势Ff在空间 10 相对静止。
4
一、空载运行时的主磁通
空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁 动势单独建立，磁场的强弱仅由励磁
5 电流大小决定。
二、带对称负载时的主磁通
负载运行时，定 子绕组中有电流 流过，便会产生 电枢基波旋转磁 动势。
负载运行时，同 步电机内由励磁 磁动势和电枢磁 动势共同建立的
6 主磁场。
二、带对称负载时的主磁通
If
Ff
•
•
0
E0
•
I
•
•
Id
Fad ad
E ad
U
Iq
Faq
•
aq
•
E aq
Ira
•
•
E
39
二、凸极同步发电机
2、电动势方程式
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流 的正方向时，定子任一相的电动势方程为：
E0 Ead Eaq E U Ira
40
二、凸极同步发电机
不计磁饱和时
Ead Id
压降的形式，即
30
Ea jIxa
一、隐极同步发电机
综上，有隐极同步发电机的电动势平衡方程 式：
E0 U jIxa jIx Ira
E0 U jIxt Ira
其中：
x a —电枢反应电抗
x —定子绕组漏电抗
31 xt xa x —隐极同步发电机的同步电抗
一、隐极同步发电机
同步电抗xt表征对称稳态运行时，电枢旋转 磁场和漏磁场总效应的一个综合参数。
磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的 转向相反，对发电机起制动作用。
• 要想维持转速不变，就要相应地增加原动机 的输入机械功率。
• 交轴电枢反应实现了机电能量的转换，发电 机有有功功率输出。
16
三、电枢反应
2、ψ=90° 时的电枢反应
Fa ( Fad )
1
I&
E& 0
B0 (&0 ) F
d轴
17
时空矢量图
Ff
三、电枢反应
2、ψ=90° 时的电枢反应
• 直轴去磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ减小，使发电机的端电压下降。 • 要想保持发电机的端电压不变，需增大发电
机的励磁电流。 • 发电机输出无功功率。
18
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
23-900~00 d、q轴 Fad Faq
电枢 反应 性质
交轴
直去
直增 交、 直去 交、 直增
影响
Ψ≈φ
负载
F
U N(f) 性质
波形 畸变
不变
下降
R
削弱 下降 不变 L
增强 增大 不变 C
削弱 下降 下降 R、L
增强 增大 下降 R、C
三、电枢反应
说明：
Fa Fad Faq；对应： I& I&d I&q
导成正比，所以
Xad N12ad Xaq N12aq
如图所示。对于凸极电机，由于直轴下的气 隙较交轴下小， a>d ，aq所以Xad>Xaq，因此 在凸极同步电机中，Xd>Xq,且Xq*≈0.6Xd*
对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故 Xd=Xq=Xt
44 Xa（隐）>Xad（凸）>Xaq（凸）
性质：滞后 >0 、超前 <0；
公式可直接改为标幺值形式。基值选定如下： – 容量基值 Sb = mUN Φ IN Φ – 电压基值 Ub = UN Φ – 电流基值 Ib = IN Φ – 阻抗基值 Zb = UNΦ /IN Φ
46 – 励磁电流基值 Ifb = If0 (E0=UN)
二、凸极同步发电机
Fa ( Faq )
1
E& 0
d轴
I&
Ff
B0 (&0 )
14
时空矢量图
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应
15
电枢磁势Fa滞 后励磁磁势Ff 90°，合成磁 势Fδ的大小略 有增加，分布
滞后励磁磁势
Ff一个锐角， 此时电枢反应
性质为交轴电
枢反应。
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应
• 交轴电枢反应，即交磁作用。 • 电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电
Eaq Iq
Ead和 Eaq可以用相应的负电抗压降来表示
Ead jId xad
Eaq jIq xaq
其中：
x a d —直轴电枢反应电抗
41 x a q —交轴电枢反应电抗
二、凸极同步发电机
综上，有凸极同步发电机的电动势平衡方程 式：
E0 U jId xad jIq xaq jIx Ira U jId xad jIq xaq j(Id Iq )x Ira U jId ( xad x ) jIq ( xaq x ) Ira U jId xd jIq xq Ira
二、凸极同步发电机
3、相量图 以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载
的相量图如下：
E0 Ucos()Idxd UcosIxdsin
tan Ixq Usin Ucos
45
二、凸极同步发电机
说明：
E& 0 、ψ的公式同样适用于隐极电机，只要令
Xd = Xq = Xt
公式中 U、I、E 均为相值；
2
一、空载运行时的主磁通
0
f
3
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。
一、空载运行时的主磁通
空载时： I=0 ，If≠0 , n=nN 空载时发电机内部电磁关系
If Ff IfNf f0 E 只的0增饱加和4.4 磁程4极度fN 部kN 分10
同步电抗是同步发电机的一个重要参数，它 的大小直接影响发电机端电压随负载波动的 幅度、发电机短路电流的大小及在大电网中 并列运行的稳定性。
32
一、隐极同步发电机
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计， 则隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写 成：
E0 U jIxt
33
一、隐极同步发电机
励磁I f Ff
•
0
•
E0
•
•
电枢 I Fa
•
•
a
Ea
U
•
I ra
•