同步发电机的电枢反应
同步发电机电枢反应
当ψ角为不同值的电枢反应
位置 Ψ=00 Ψ=900 Ψ=Ψ=-900
00<Ψ<900 -900<Ψ<00
Fa
F f Fa
夹角
Fa 记作
电枢反 应性质 交轴
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对电机的影响
波形 畸变 削弱 增强
Ψ=
q轴 d轴 d轴 d 、q 轴 d 、q 轴
Ψ+900
Fδ
n(f) 下降
不变 不变 下降 下降
U 不变 下降 上升 下降 上升
.
q轴 A轴 轴 轴
E0 A
.
Fa Fδ
Y C
I
.
A
Ψ+90 Ψ+90
0
d轴 轴
Ff
.
A
N
E 0C
. I
C
. I
S
X
B
E0B
Z B
交轴电枢反应
5
内功率因数角Ψ=900 内功率因数角
时轴
.
q轴 A轴
E0A
.
Y
C
IC
ψ
. .
d轴
Ff
IA
.
A
N
Z B
S
Fa
X
E 0C
.
IB
E 0B
直轴去磁电枢反应
6
内功率因数角 内功率因数角Ψ=-900
大小
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定 电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
3
三个角
准备工作
何谓同步发电机的电枢反应？
何谓同步发电机的电枢反应？
同步发电机空载时只有一个同步旋转的励磁磁通势，带上负载以后，由于电枢绕组有电流通过，就出现第二个磁通势——电枢磁通势。
或者说定子三相绕组中将通过对称三相电流，产生电枢磁通势，这时在同步发电机的气隙中同时作用着两个磁场。
定子绕组中产生的电枢磁通势的基波对主极磁场基波的影响，就称为电枢反应。
电枢磁通势又称为电枢反应磁通势。
同步发电机的气隙中同时作用着两个磁场，这两个磁通势以相同的转速、相同的转向旋转着，彼此在空间保持相对静止。
实际上，定子、转子磁通势相对静止是一切电磁感应型旋转电机能够正常运行的基本条件。
同步发电机电枢反应
四个轴
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
内功率因数角Ψ=00
时轴
.
E0A
Fδ
.
IA
.
E 0C
. IC
d轴 Ff
.
.
A
I B E0B
交轴电枢反应
q轴 A轴
Fa
Y
C
Ψ+90
电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
准备工作
三个角
•
•
内功率因数角 : 是 E0 与I 的时间相位角, 与电机参数及负载有关;
•
•
外功率因数角 : 是U 与I 的时间相位角,与负载有关;
•
•
功率角(功角) : 是 E0 与U 的时间相位角.三者关系:
无 , •
•
Id Ir
功电流产生电磁力, 不形成电磁转矩
Y n1
n
A
Z
C N
If X
S
B Φad
电枢磁势和电枢电流分量
Fa F ad F aq 直轴分量
•• •
I IdIq
Fad Fa sin 交轴分量
Faq Fa cos
I d I sin I q I cos
当忽略电机本身参数,
ψ≈φ=00,
•
Iq
•
Ia
,
有功电流产生电磁力, 并形成电磁转矩Tem
n1
Tem
当忽略电机本身参数, ψ≈φ=900,
同步发电机电枢反应
电枢反应的概念
同步电机学
2. 漏电抗与同步电抗
（1）漏电抗
U→I
→Id→Fad→Φad →Ead →Iq→Faq→Φaq →Eaq
Φs →Es RaI
※ 漏磁感应电动势：Es =－j Xs I ※ Ra、Xs —— 定子每相绕组的电阻、漏电抗。
13
2. 漏电抗与同步电抗
（2）隐极同步电机的同步电抗
※ Xc = Xs＋Xa —— 同步电抗。 （3）凸极同步电机的同步电抗
5
二、同步电机的电枢反应
➢ 电枢反应的去磁或增磁，对电机的运行性能产生影响。 ➢ 电枢反应的性质（交磁、去磁或增磁）取决于空载电动
势E0 和负载电流 I 的之间的相位差 ，称为内功率因
数角。
U1
为了便于分析，将转子磁极的 轴线确立为直轴，用d表示； 将通过两个磁极之间，与直轴 正交的轴线确立为交轴，用q
所以
Ea =－jXa I ※ Xa —— 电枢反应电抗。
10
1. 电枢反应电抗
（2）凸极同步电机
特点：气隙不均匀。 同样的 Fa →产生不同的Φa →对应不同的 Xa 。 如果磁路不饱和：将 I 分解为两个分量。
E0
Iq
I
d Id
直轴分量：Id = I sinΨ 交轴分量：Iq = I cosΨ
I = Id＋Iq —— 双反应理论。
V2
N
+ If
Uf
－
W2
表示。
W1
S
V1
U2
6
a） =0º
用 时 空 相 矢 图 分
析 b） =90º
电 枢 反 应
7
用 c） =-90º
时 空 相 矢 图 分 析 电 枢 反 应
电机学同步电机部分知识点总结
二、 对称负载时的电枢反应
1. 同步电机空载时，气隙磁场就是由励磁磁动势所产生的同步旋转的主磁场， 在定子绕组中只感应有空载电动势，因为定子电流为 0，所以端电压就等于 空载电动势。带上对称负载以后，定子绕组流过负载电流时，电枢绕组就会 产生电枢磁动势以及相应的电枢磁场，若仅考虑其基波，则它与转子同向、 同速旋转，它的存在使空气隙磁动势分布发生变化，从而使空气隙磁场以及 绕组中的感应电动势发生变化，这种现象称为电枢反应。
因此，与之对应有直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，再把电枢反应电 抗与漏抗相加，可得直轴同步电抗和交轴同步电抗。
四、同步发电机的参数及测定 1.不饱和同步电抗和饱和同步电抗：不饱和同步电抗的数值要比饱和同步电抗的 数值大得多。（因为饱和时，磁阻大，电抗就小）（有一规律：气隙大，磁阻就大， 电抗就小） 2.漏抗的测定和保梯电抗（电抗三角形） （1）负载特性：当电枢电流及功率因数均为常数时，端电压与励磁电流之间的 关系曲线 U=f(If)称为负载特性。
同步电机的基本原理和运行特性
一、 同步电机（电机转子的转速和旋转磁场转速相同）的结构
转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流后，电机内就产生转 子磁场。同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋 转磁极式电机。
旋转磁极式同步电机的转子有隐极和凸极两种结构，隐极电机的气隙均匀， 凸极电机的气隙不均匀（极弧下较小，而极间较大）。
6. 由内功率因数角判断同步电机的运行方式。
三、 隐极+凸极同步发电机的分析方法
1.电枢反应电抗的物理意义：电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢反应 电动势 ，可以把它看作相电流所产生的一个电抗电压降，这个电抗便是电枢 反应电抗 。 2.同步电抗： = + ,包含两部分，一部分对应于定子绕组的漏磁通，另 一部分对应于定子电流所产生的电枢反应磁通。在实用上，我们通常不把它们分 开，而是把 + 当作一个同步电抗来处理。
12第12章 同步发电机的基本理论概述
Xd Xq
一般 X q 0.6 X d
第12章 同步发电机的基本理论
三、相量图
已知量： U
cos I a
Xd
X q Ra 0
I 为了画相量图，应先求出 I d q
U jI X jI X jI X jI X E 0 d d q q d q d q
气隙合成磁通 δ 0 a
第12章 同步发电机的基本理论
将
jI X E a a a
jI X E a
E E U I R 代入 E 0 a a a
U I R jI (X X ) 得 E 0 a a a a
jI X jI (X X ) U a q d d q
jI X E jI (X X ) U a q 0 d d q
I E 0 d
与 jI ( X X )重合 E 0 d d q
jI X )即为E 位置 I I 相量(U a q 0 d q I X q U sin 1 a 由相量图： tan U cos
滞后E Ψ角） 1. 0 90 ( I a 0
最大，I 0 当磁极转到水平位置时，U相 E 0 a 才达到最大 当磁极再转过 时， U相 I a
分 解 法
Fa 处在U相轴线上（如图）
交磁电枢反应. 直轴去磁电枢反应.
I I Fa Fad Faq I a d q
f (I f )
E0 f ( I f ) 空载特性
E0 0
I f Ff
电机学作业答案
同步电机章节作业：1. 有一台TS854-210-40的水轮发电机，P N =100兆瓦，U N =13。
8千伏，9.0cos =N ϕ，f N =50赫兹，求〔1〕发电机的额定电流；〔2〕额定运行时能发多少有功和无功功率？〔3〕转速是多少？〔1〕额定电流4648.6A〔2〕有功功率MW P N 100=无功功率48.4MVar〔3〕转速 150rpm2 同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在以下情况下〔忽略电机自身电阻〕，电枢反应各起什么作用？1） 三相对称电阻负载；2） 电容负载8.0*=c x ，发电机同步电抗0.1*=t x ； 3） 电感负载7.0*=L x答：电枢反应的性质取决于内功率因数角ψ，而ψ角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。
①电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应；②电枢反应为直轴去磁电枢反应；③电枢反应为直轴去磁电枢反应。
3. 试述直轴和交轴同步电抗的意义。
X d 和X q 的大小与哪些因素有关？答：直轴〔交轴〕同步电抗是表征对称稳态运行时直轴〔交轴〕电枢反应基波磁场和漏磁场综合效应的电磁参数。
与气隙大小、电源频率、绕组匝数、铁心几何尺寸、材质及磁路的饱和程度有关。
4. 有一台70000kV A 、60000kW 、13.8kV(Y 接)的三相水轮发电机，交、直轴同步电抗的标幺值分别为0.1*=Xd ,7.0*=Xq ，试求额定负载时发电机的激磁电动势*0E 〔不计磁饱和与定子电阻〕(1.732)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%5.同步发电机短路特性曲线为什么是直线？当N k I I =时，这时的激磁电流已处于空载特性曲线的饱和段，为什么此时求得的d x却是不饱和值，而在正常负载下却是饱和值？ 答：因x σ很小，故气隙电动势很小，用来感应气隙电动势的气隙磁通很小，所以短路时，电机磁路不饱和，E 0∝I f ，而E 0∝I k ，因此I k ∝I f ，所以短路特性是一条过原点的直线。
同步发电机的基本电磁关系和运行规律
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。
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
§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。
§10-1 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 果定子绕组是对称的，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
电力系统暂态分析—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
➢三、不同ψ角时的电枢反应
1. I 与 E0 同相位时的电枢反应－交轴电枢反应
d轴 q轴 F Ff 1 Fa
AБайду номын сангаасt
f
F
E 0
称为励磁磁动势和励磁磁场。
图10-1 同步发电机的空载磁路
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢一、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和产生平均电 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。
方向与电流正方向一致时，A相感电动势为正的最大，所以 E0
位于时间轴线上。如图(b)所示。电动势相量的角频率与转子旋
转的角速度都是ω。
A
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 Ff 1 N
t
E0
I
流和空载电动势之间的相位差
角ψ， ψ称为内功率因数角。
N
B0
图10-6 时空相矢图
3.时空相矢图：
结论：在时空相矢图上E0 总是落后于 Ff1 以90度，Fa 总是与I 重 合。E0与 I 之间相位差 随着负载的性质不同而改变。而 Fa 与Ff1 之间相对位置又完全取决于ψ角 (它们之间的空间相位差为90 角)，所以电枢反应的性质是由ψ角决定的，也就是说单机运行 时电枢反应的性质是由负载的性质决定的。
电机与拖动基础电子教案——第四篇第十三章 同步发电机的运行原理
在这里需要注意的是：我们习惯上称转
子磁极轴线为直轴，用d来进行表示，而
N，S极之间的中线为交轴，用q来进行
表示。所以，由于交轴磁势的存在，使
合成磁势的轴线的位置产生一定的位移，
幅值发生一定的变化。
13.1.2
.
Ia
滞后
.
E0
90电角度（ψ=90
°）时
的电枢反应 ：
见相量图：
显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电 枢反应是去磁效果。
.
.
E aq j I d X aq
和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应 电抗各和定子漏抗相加，便可以得到直 轴同步电抗和交轴同步电抗，即
X d X ad X
X q X aq X
注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻
小， 于气
所以 隙很
大X，ad
较大。在交轴 磁阻大，所以
磁路
X aq
很显然，由于直轴处的气隙比交轴处小， 故直轴磁导比交轴磁导大。这样，同样大 小的电枢磁动势作用在直轴和交轴上时， 所产生的电枢磁场将有明显的差别。而不 同的磁阻将对应着不同的电抗。
所以，在这里，我们将磁动势 Fa 分解成沿
直轴和交轴方向的两个分量。
Fad Fa sin
Faq Fa cos
直轴电枢磁势固定地作用在直轴磁路上，
电枢反应。这个结论十分重要，它对发 电机性能的影响将在后面几章提到。
13.2 同步电抗的概念
同步电抗是同步电机中一个极为重要的参 数，它的大小对同步电机的性能有很大 影响，因此在未具体研究同步电机性能 以前，先对同步电抗的概念作一介绍。
13.2.1 隐极同步电机：
隐极同步电机有一个特点就是定转子之间 的气隙是均匀分布的。下面我们就来分 析他的电抗。
对同步发电机交轴电枢反应的补充
减 弱 一 △Ｂ 。结合 同 步发 电机 额定 运行 时工作在 磁化 曲线 的饱 和段 ， 图 ３ 如 所 示， 同步发 电机额定 运行 时磁感 应密度 为Ｂ 由于磁 化 曲线具 有饱 和特性 ， Ｎ． 由 图 ３ 析可 知 ＋ＡＢ 分 ＜－△Ｂ， 以气 隙磁场 减弱 ， 所 即交 轴 电枢反应 的性 质为 去 磁 作用 ， 由于去磁 作用 微弱 ， ～般称 之为 弱去磁 。 ３ 交轴电枢反应作用 交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用， 在另半个极内起助磁作 用， 引起气 隙磁场 畸变 ， 线位 置从空 载时的直轴 逆转 向位移 了一 个锐角 ， 且轴 其 位移角度的大小取决于同步发电机负载的大小。 ＝。 ， ０ 时 可近似 认为定 子 电流是有 功 电流 ， 或者说 同步 发 电机 的 负载为 阻性 负载 ． 图 ４ 如 所示 电枢磁 动势 和励磁电 流相 互作 用 ， 产生 的 电磁 力 ｆ、ｆ， １ ２ ｆ、 ２ 方向 由左手定 则确 定 ．ｌ ｆ将产 生转 矩 ， ｌ ｆ的 ｆ、 ２ 它们 的转 向与转 子的转 向相 反， 对发 电机起 制动 作用 。 以定子 电流产生 的 电枢磁场 与励 磁 电流 产生 的转 所 子励 磁磁 场相互 作用 ， 产生 制动性 质的 转矩 一 电磁 转矩 。发 电机 输入 的机
Ｉ引 言 电枢反 应是 电机 学 中极其 重要 的概念 。 电机 是一 种机 电能量 转换 装置 ， 在 这个 转换 中， 场和 绕组 是媒 介 ， 磁 是关键 ， 电枢反 应 涉及的 就是 这个 关键 。 而 然 而， 多数教 科 书对直轴 电枢 反应性 质分析 明确 ． 而交轴 电枢反 应只说是 交磁 ， 没
有进一步分析。 许多读者利用和直轴电枢反应同样的分析方法， 通过向量图却 分析出交轴电枢反应时合成磁场强， 从而误认为交轴电枢反应性质为助磁， 这 与同 步发 电机 的外 特性 和调 整特性 相 矛盾 。 为解 决这一 问题 ． 文用 图解法 结 本 合 向 量 图分析 如 下 。 所 谓 电枢 反应 ， 同步发 电机对称 负载运 行时 电枢 绕组 中的电流所产 生 是指 的电枢磁势基波 对主极磁场基波Ｆ，的影响。电枢反应的性质取决于空载 。
同步发电机的电枢反应
转轴上产生制动性质的电磁转矩Tem .
输出的有功功率越大，有功分量电流就越 大，交轴电枢反应越强，Tem越大，这就要 求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机 的转速不变。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
当 900( 或 900） 时,直轴电枢反应磁动势是与E0成900的Id 产生
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。
为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转 换的关键。
特点：既交磁又增磁， 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；2）导致端电压上升。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）
00 900 900
Fa F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
d轴
F ad
d轴 900 F ad
00 900 d、q
端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励磁 电流，此时电机为过励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
3）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.3 900时的电枢反应
空载电动势 E0滞后电 枢电流 I900
q轴 U轴
R、C
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.5 电枢反应与机--电能量转换
电机学简答题整理收集
电机学简答题整理收集1、同步电机的短路特性为什么是一条直线？短路特性是n=n N 的时候，端电压为0，电枢电流I k 与励磁电流I f 的关系曲线。
然后在短路运行的时候，Ra 可以忽略，那么等效电路里面就只有电感。
所以I k 滞后于E 0近似于90°。
交轴分量I q 为0，电枢反应就是纯去磁作用。
因为去磁作用，电机的磁通和感应电势都较小，磁路是不饱和状态。
励磁电势和励磁电流就是近似于线性，短路电流和励磁电流也是线性关系。
所以短路特性就是通过原点的直线2、同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？同步电机有负载后，电枢绕组电流产生的磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应的性质由空载电势E0和电枢电流I 的夹角即内功率因数角所决定。
直轴电枢反应是增磁或去磁作用，交轴电枢反应使得合成磁场与主磁极磁场在空间形成一定的相位差，使主磁场扭歪，同时交轴磁势与合成磁场之间的相互作用形成了电磁转矩。
3、直流电机空载和负载运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载后电势用什么磁通计算？空载时的气隙磁场由励磁磁动势建立，负载时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
负载后电枢绕组的感应电动势应该用合成气隙磁场对应的主磁通进行计算。
4、铁耗包括哪些，减小铁耗措施，直流电机和异步电机的铁耗主要在定子还是转子为什么？铁耗包括涡流损耗和磁滞损耗涡流损耗：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内的感生的电流导致的能量损耗，叫做涡流损耗。
磁滞损耗：是铁磁体等在反复磁化过程中因磁滞现象而消耗的能量。
措施：减小铁心片厚度；减小磁密度；采用高性能铁芯片绝缘涂层直流电机铁耗主要在转子上，因为转子与磁场有相对运动异步电机主要在定子上，因为定子与磁场有相对运动，转子与磁场相对速度很小5、什么是变压器的并联运行，并联运行条件是什么?在运行中通常将两台或以上变压器并列运行。
习题课4-同步电机--电机学课件--汤蕴璆主编(第三版)
mUE0 mU 2 cos Xd 2
1 1 mU 2 cos 2－ X 2 q Xd
1 1 X q Xd
13
电机学习题课
Electric Machinery
对于隐极电机 X d＝X q＝X s E 0U m U2 Qm cos Xs Xs
Electric Machinery
可得： 0 54.798
d
j I d Xd Xq
I I sin 0 0 90
1 sin 54.798 54.798 90
EQ
E0
Iq
0.8171 35.202
10
电机学习题课
解(1)
Electric Machinery
N arccos0.8 36.87
sin N 1 cos 2 N 1 0.8 2 0.6
由于不考虑电枢电阻， 所以电磁功率约等于输 出功率 则有： PemN PN S N cos N 31250 kVA 0.8 25000 kW
d轴
E0
所以得出： 0 1.732 E
Iq
0
j Id Xd
U
j I q Xq
Id
7
I
电机学习题课
Electric Machinery
1第六章同步电机一、填空1.在同步电机中，只有存在电枢反应才能...
第六章 同步电机一、填空1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。
2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。
3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出 ，产生 电枢反应。
4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和空间夹角。
5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。
6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。
7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。
二、选择1. 同步发电机的额定功率指（ ）。
A 转轴上输入的机械功率；B 转轴上输出的机械功率；C 电枢端口输入的电功率；D 电枢端口输出的电功率。
2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =ϕ，则其电枢反应的性质为（ ）。
A 交轴电枢反应；B 直轴去磁电枢反应；C 直轴去磁与交轴电枢反应；D 直轴增磁与交轴电枢反应。
3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。
A 漏阻抗较大；B 短路电流产生去磁作用较强；C 电枢反应产生增磁作用；D 同步电抗较大。
4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。
A q aq d ad X X X X X >>>>σ；B σX X X X X q aq d ad >>>>；C σX X X X X ad d aq q >>>>；D σX X X X X aq q ad d >>>>。
5. 同步补偿机的作用是（ ）。
A 补偿电网电力不足；B 改善电网功率因数；C 作为用户的备用电源；D 作为同步发电机的励磁电源。
三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零 。
（ ）2. 同步发电机的功率因数总是滞后的 。
同步电机电枢反应
同步电机电枢反应磁场分析一．课题内容通过电磁场仿真计算明确同步电机电枢反应概念，仿真，分析和理解在同步电机定子电流为交轴，直轴去磁，直轴助磁情况下电机磁场的分布情况，并重点分析气隙磁场的分布波形以及电枢反应对磁场大小的影响，总结电机电枢反应的规律。
二．课题背景在同步电机中，电枢反应既是学习的难点也是重点。
当同步电机作为发电机运行时，在空载时只有励磁绕组通有电流，主极磁场为直轴磁场，对称分布。
若带三相对称负载，电枢绕组中通过三相对称电流时，会产生相应的电枢磁场。
气隙内的磁场由电枢磁场和主极磁场合成。
电枢反应的性质取决于电枢磁场和主磁场在空间的相对位置，其变化情况较为复杂，因此，利用仿真软件对同步电机的电枢反应进行分析，有利于加深对电枢反应的理解，并熟练掌握不同的情况下电机内磁场的分布规律。
三．探究方式利用Maxwell 电磁场数值计算软件，建立两极同步电机的二维模型。
通过改变定转子绕组电流，利用软件自带的作图系统，分布绘制电枢磁场分布，气隙磁场分布等图，对比分析得出同步电机磁场分布以及电枢反应影响的规律。
探究步骤1单独给转子绕组通电流进行电磁场计算，画出空载时磁力线分布图和气隙磁场的磁密分布波形；2单独定子绕组通交轴电流，画出电枢磁场的分布。
同时给转子绕组通电流，观察交轴电枢反应时磁场的扭斜情况，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；3单独定子绕组通去磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。
同时给转子通电流，画出磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场是否减小，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；4单独定子绕组通助磁直轴电流，画出电枢磁场的分布。
同时给转子绕组电流，画出电枢磁场的分布，观察直轴电枢反应时磁场的变化，画出磁力线分布图和气隙磁密的分布波形；5比较上述几种情况下的磁力线分布和气隙磁密分布波形，对照电枢电流情况总结同步电机电枢反应规律。
6根据上述结果，分析当发电机负载为阻感性负载时，电枢反应情况.并自己设定电枢电流数值，计算此种情况下的气隙合成磁场分布，画出磁力线图，气隙磁密分布图，比较计算结果与理论分析结果是否相符。
同步发电机的电枢反应
If Ff 1 F B ( ) E (U ) I Fa
电之枢间反的应相的对性位质置，，取即决 与于空电载枢电磁动动势势E&和0基电波枢Fa和电励 流磁之I&磁间动的势夹基角波
Ff
有
关.
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波 波形
大小
制动转矩； ••
d轴
3）相量 I与E0同
相，表明发电机
向电网输送红有
功，同步发电机
处于发电运行状
态。
Ff
V轴
900
N U1
S U2
W2 V1
W轴
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.3.2 900时的电枢反应
空载电动势 E超0 前 电枢电流 I900
q轴 U轴
Ff 1与Fa之间夹
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电枢反应性质：
Fad作用于交轴，称为交轴电枢反应，起交磁作用； Faq作用于直轴，称为直轴电枢反应，起去磁作用。
特点：既交磁，又去磁。 1）使气隙磁场轴线位置发生改变； 2）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电压降 低。
二、 900 00
空载电动势 I超前电枢电流 E0角,
端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应减少励磁电 流，此时电机为欠励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
•
•
3）I 超前E0 900，cos 发0，电s机in发出1，有功功率为零，
向电网输出容性无功功率。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
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Ff 1与Fa之间夹
角为 900
d轴
Fa
记Fa为Fad
Ff
U1
V轴
V2 N
W2
W1
S U2
V1
W轴
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电枢反应性质：
助磁电（枢增磁磁动）势电位枢于反直应轴。上，且与Ff1同向，故称直轴
特点： 1）对转子磁场起增磁作用，使发电机端电压上升。若保持
角为 900
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Ff
N U1
S U2 Fa
V轴
W2 V1
W轴
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电枢反应性质：
去磁电电枢枢磁反动应势。位于直轴上，且与Ff1反向，故称直轴
特点： 1）对转子磁场起去磁作用，使发电机端电压降低。若保持
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.3 同步电机的电枢反应
引言：1.问题的提出
RLC负载实验，看发电机电压变化。 2.负载时电机内的电磁物理情况
Ff1—励磁绕组通直流电流产生，转速为n1，由原 动机带动，位置取决于转子的位置，磁场的大小恒
定不变。
负载
Fa —由定子三相电流产生，基波电枢磁动势转速
选取U相电动势达最大值瞬时分析：
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电枢反应性质：
电枢磁动势位于 交轴，故称交轴 电枢反应。
Ff 1与Fa之间夹
角为 900
记Fa为Faq
q轴 U轴
特点：
F
1）交磁作用，
使磁场轴线改变
位置；
Fa V2 W1
2）电磁转矩为
位置
转速
转向
励磁磁动 正弦 恒定，由励 由转子位置 由原动机的转速 由原动机
势
波 磁电流决定 决定
决定
决定
电枢反应 正弦 恒定，由电 由电流瞬时 由磁极对数和电 由电流相
磁动势 波 枢电流决定 值决定
流频率决定
序决定
4.几个基本名词概念
（1）E0I内 功率因数角； UI（外 ）功率因数角；
为n1，转向与转子转向一致，极数与转子极数相 同，幅值大小不变，位置：哪相电流达最大值，
电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。
Fa与Ff1两磁动势在空间均以n1速度同向旋转，故相对静止。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
3.什么叫电枢反应
电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙 磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.
此种情况下
I& I&d I&q
Id I sin ---直轴分量 Id与E0成900 Iq I cos ---交轴分量 Iq与E0同相位
Fa Fad Faq
Fad Fa sin ---直轴分量电流产生的合成磁动势 Faq Fa cos ---交轴分量电流产生的合成磁动势
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
电枢反应性质：
Fad作用于交轴，称为交轴电枢反应，起交磁作用； Faq作用于直轴，称为直轴电枢反应，起去磁作用。
特点：既交磁，又去磁。 1）使气隙磁场轴线位置发生改变； 2）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电压降 低。
二、 900 00
空载电动势 I超前电枢电流 E0角,
轴
900 00 d、q
轴
F ad F aq F ad F aq
电枢反 应性质
交轴
直轴 去磁 直轴 助磁 交轴直 轴去磁 交轴直 轴助磁
对电机的影响
F n( f ) U
波形 下降
畸变
削弱 不变 下降
增强 不变 上升
削弱 下降 下降
增强 下降 上升
负载 性质
R
L
C
R、L
端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励磁 电流，此时电机为过励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
3）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.3 900时的电枢反应
空载电动势 E0滞后电 枢电流 I900
q轴 U轴
特点：既交磁又增磁， 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；2）导致端电压上升。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）
00 900 900
Fa F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
d轴
F ad
d轴 900 F ad
00 900 d、q
R、C
If Ff 1 F B ( ) E (U ) I Fa
电之枢间反的应相的对性位质置，，取即决 与于空电载枢电磁动动势势E&和0基电波枢Fa和电励 流磁之I&磁间动的势夹基角波
Ff
有
关.
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波 波形
大小
（2）d轴（纵轴、直轴）——转子磁极中心线；
q轴（横轴、交轴）——转子磁极极间中心线。
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.3.1 00 时的电枢反应
空载电动势 E和0 电枢电流 同I相位. 正方向规定（发电机惯例）
（1）电动势、电流，末进首出； （2）磁动势：正向电流建立正向磁动势。
一、 00 900 空载电动势 E超0 前电
枢电流 I角,
q轴 U轴
V2 W1
Ff 1与Fa之间夹
角为 900 d轴
900
Fa
N
S
电枢反应性质：
Ff
U1
既有交轴,还有直轴
去磁电枢反应
V轴
U2
W2 V1
W轴
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
制动转矩； ••
d轴
3）相量 I与E0同
相，表明发电机
向电网输送红有
功，同步发电机
处于发电运行状
态。
Ff
V轴
900
N U1
S U2
W2 V1
W轴
第６章 同步电机及同步电动机的电力拖动
６.3.2 900时的电枢反应
空载电动势 E超0 前 电枢电流 I900
q轴 U轴
Ff 1与Fa之间夹
端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应减少励磁电 流，此时电机为欠励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
•
•
3）I 超前E0 900，cos 发0，电s机in发出1，有功功率为电动机的电力拖动
6.3.4 一般情况下的电枢反应