同步发电机的基本电磁关系

主磁通
漏磁通
If
Ff
1 (0
f
)
0 ：励磁磁通
E A E0 0 E B E0 120
EC E0 240 E0 ：励磁电动势（空载电动势）
E0 4.44 fwKw10
n n1 时， E0 f (if ) ——空载特性。
n n1 时，E0 f (if ) ——空载特性。 空载特性反映了电机的磁化曲线 0 f (Ff )
（1）漏磁电动势： E jIx
E U Ira jIx
U
ZL
（2）电枢反应电动势 E a
Ea a ∝ Fa I
Ea jIxa
xa ：电枢反应电抗
（3）电势方程式（一相） E0 Ea E U Ira
E0 U Ira E Ea U Ira jIx jIxa U Ira jI (x xa ) U Ira jIxs
第十章 同步发电机的基本电磁关系 （对称稳态运行）
主要内容：
1. 同步发电机的电枢反应。 2．隐极发电机的方程式、相量图、等效电路。 3．凸极发电机的方程式、相量图、等效电路。 4．同步发电机的运行特性及参数测定。
§10-1 同步发电机的空载运行
空载运行：（定子绕组开路， I=0）
n n1 ，转子励磁。 励磁电流产生的磁通
① 励磁磁势： F f 1 （B0）
大小：正比于励磁安匝数 位置：位于转子磁极轴线
A
Y C
指向： N极方向
转速： n1()
A Ff 1
N B0
Z
n1
S X
B
二、时空相矢图 ⒈ 空间矢量：在空间上按余弦规律分布的量
基波物理量 （对整个电机而言）
① 励磁磁势： F f 1 （B0）
大小：正比于励磁安匝数 位置：位于转子磁极轴线
d轴 Ff 1
N
A t E0 Fa I
交轴电枢反应磁势：F aq 作用：
① 使 F 扭斜一个角 ；
② 是实现机电能量转换的必要条件。
⒉ 90 时
q轴
A t E0
直轴电枢反应磁势：Fad
Байду номын сангаас
作用： ① 去磁作用；
d轴 Ff 1
Fa F
90
I Fa
② 0 ，不产生切向力。
A t E0
漏抗、电枢反应电抗、同步电抗
§10-3 隐极同步发电机的稳态分析
一、不考虑饱和（叠加原理）
1、电磁感应过程
i f (励磁电流)
Ff 1 0 E0
I系统(定子三相电流)
Fa a Ea
2、电势方程式（一相）
E E
与U Ira平衡
ra
E0
I
Ea
E
E0 Ea E U Ira
E E0 Ea U Ira E
X
（3） ：由内功率因数角确定 Z
n1 B
（4） ：位于磁势幅值的位置
A t
E0
Fa
I
t E0
IA (I)
Ff 1
N
B0
IC IB
A
⒊ 时空相矢图（步骤） （1） ：依转子位置而定
Y
Fa
C
A
N
S
（2） ：依电磁感应原理 Ff1
X
（3） ：由内功率因数角确定 Z
n1 B
（4） ：位于磁势幅值的位置
xs x xa
—同步电抗
3、同步电抗
（1）xa ：等效参数
xa
Ea I
三相I Fa a E（a 一相）
（2）xs x xa ：综合参数
a Ea
4、相量图
已知：U 、I 、cos 、电机参数
例：感性负载
E0 U Ira jIx jIxa
E0 jIxs jIxa E
jIx
直轴以及交轴电枢反应的作用
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
一、电枢反应的定义
i f Ff 1(n1) E0 I Fa (n1)
气隙磁动势： F F f 1 Fa E
Fa ——电枢反应磁动势 E ——气隙电动势
二、时空相矢图 ⒈ 空间矢量：在空间上按余弦规律分布的量
基波物理量 （对整个电机而言）
A t
E0
Fa
I
t E0
IA (I)
Ff 1
N
B0
IC IB
⒊ 时空相矢图
特点：
Ff 1
N
B0
① E0A落后于 F f 1 90 ；
A t
E0 Fa
I
② F a与 I 同相位； ③ F a 与 F f 1 之间相差（90 ）
三、 不同 角时的电枢反应
q轴
⒈ 0 时
F
纵轴，直轴，d轴 横轴，交轴，q轴
⒊ 90 时
Fad ：加磁作用
Ff 1 Fa I
F
90
⒋ 0 90 时
F Ff 1 Fa
Fa Fad Faq
d轴 Ff 1
Fad Fa sin Id I sin
Faq Fa cos Iq I cos
q轴
A t
F
E0
Faq
Fa
Iq
I
N
Id Fad
F Ff 1 Fa (Ff 1 Fad ) Faq
所以也适用于负载情况。
E0
标幺值：基值 U UN
i f i f0
U N a
气隙线 G bc
（1，1）
K
if 0
if ：饱和系数
0
Ff
Ff 0
i f
if 0
Ff if
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
主要内容：
1、电枢反应的概念 2、时空相矢图
时空相矢图上，各物理量之间的相位关系 3、电枢反应的性质
=U Ira jIxs
U Ira
E E0 Ea U Ira jIx
I
几何关系：
tg 1 Ixs U sin Ira U cos
⒌ 90 0 时
小结：电枢反应的作用
① Fa Fad Faq ② Fad ：去磁或加磁作用，影响 F 的大小；
③ Faq ：使 F 扭斜，是实现机电能 量转换的必要条件；
④ 具体情况视 角而定。
§10-3 隐极同步发电机的稳态分析
主要内容：
1.电磁感应过程 2. 三种分析方法：
电势方程式、相量图、等效电路 3.参数的物理意义
S
B0
+ X
E0A E0
Z
n1
B
大小：E0 4.44 fw1Kw10 位置：依转子位置而定
角频率：
② 电枢电流： I
E0
I E0 E0
ZS ZL ZS ZL
：内功率因数角
I
ZL
A
⒊ 时空相矢图（步骤） （1） ：依转子位置而定
Y
Fa
C
A
N
S
（2） ：依电磁感应原理 Ff1
A
Y C
指向： N极方向
转速： n1()
A Ff 1
N B0
Z
n1
S X
B
②电枢反应磁势 F a （Ba）
大小：
位置： 指向： 转速：
Fa
1.35
Iw p
kw1
n1 ( )
⒉ 时间相量：在时间上按余弦规律分布的量A
Y
基波（有三相之分）；以A相为例
C
① 励磁电势（空载电势）
Ff 1
A •
N