一、隐极式同步电机的空载磁动势
基波分量
F f1 Ff
实际波形
Ff I f N f
x
N
S
定义：励磁磁动势波形系数
图12-13 隐极同步电机转子磁势
k f Ff 1 Ff
kf取决于r动势
f F f1 Ff
实际波形
基波分量
x
图12-14 凸极同步电机转子磁势 定义：励磁磁动势波形系数
表示其电动势、电压、电流及绕组匝链的磁通。
4 空间矢量相对于转子而言是静止的，由于转子以同 步速旋转，所以空间矢量相对于气隙而言就是以同 步速旋转的。
第二节 对称负载时同步电机的电枢反应
电枢反应的概念 电机带负载后，电枢电流产生的磁场将使空载气隙磁 场的分布发生变化，从而使绕组中的感应电动势发生 变化，这种现象称为电枢反应。 三个特殊角
考虑：如何改善同步发电机的电压波形？
五、时间相量和空间矢量
空间矢量：在空间按正弦规律分布的量 气隙磁动势基波分量 气隙磁密基波分量
F f1 B f1
时间相量：随时间按正弦规律变化的量 定子绕组所匝链的磁通 定子绕组感应电动势
0
思考：相量 图和矢量图 的区别？
E 0
时空矢量图的定义：将具有相同角速度的空间矢量和 时间相量画在同一坐标即为时空矢量图。
第四篇 同 步 电 机
第十六章 同步电机的基本理论和运行特性
电气工程与自动化学院 主讲 黄灿水
2016.3
配套教材：《电机学》，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1
目 录
第十六章 同步电机的基本理论和运行特性 16.1 同步发电机的空载运行 16.2 对称负载时同步电机的电枢反应
16.3 隐极同步发电机的分析方法
16.4 凸极同步发电机的分析方法
16.5 同步发电机对称运行时的特性
16.6 同步发电机的参数测定和短路比
第一节 同步发电机的空载运行
空载的定义 励磁绕组加直流：If=IfN，n=n1 电枢绕组开路：Ia=0 → Fa=0 → E0≠0 空载电动势E0 随 时间变化规律与 转子磁场沿空间
分布规律相同。
F

a
Fa I
Ea
A 相时空矢量图
图
结论：过励运行状态的同步电机将向电网输送感性无功功率。
电枢反应
滞后 E 180º 三、I ( 0
180
E E0
)时的电枢反应
A 相轴 时轴
A 相轴 q 时轴
E 0A IC

F f1
0
d
E 0B
A
Ea
a

量图
F
Fa I
A 相时空矢量图 运行状态：Fa 超前Ff1，处于电动机运行状态。
功率交换：仅从电网吸收有功功率（ P<0，Q=0）。 图12-19 时的电枢反应 电枢反应性质：交轴电枢反应。 励磁情况：正常励磁。
超前 四、 I
同步电机空载时的时空矢量图
时间相量和空间矢量都以相绕组轴线作为参考轴。
A相轴/时轴 交轴
Z B
ω1=2πf
E0A
A
N
S
直轴
X
Ff1 φ0A
Bf1
Y
C
交轴
同步电机空载时的时空矢量图
说明
1 时间相角有明确的物理意义，空间相角也有明确的
物理意义，但是时、空之间的“相角”无物理意义。 2 参考轴可以任意选择，但一般选择在相绕组轴线 3 空间矢量是由三相电枢或主极的共同作用产生的， 如磁动势和磁通密度。而时间相量仅指一相的量，
这是为了分析电 机特性而引入的 角度
的时间相位角，与电 内功率因数角 ：是 I 到E 0 机参数及负载有关 的时间相位角，与负 到U 外功率因数角 ：是 I 载有关 功率角（功角） ：是 U 与E 的时间相位角 0 三者关系： = +
四个轴：直轴、交轴、相轴、时轴 负载时的时空矢量图
功率交换：仅向电网输出有功功率（P>0，Q=0）。
励磁情况：正常励磁。
电枢反应性质：交轴电枢反应。 时的电枢反应
滞后 E 90º 二、I ( 90 )时的电枢反应 0
A 相轴 q 时轴
相轴 轴

IA E 0B
E0 E
d
F f1
0
F

a
Fa I
图
Ea 运行状态：Fa 与Ff1 相位相反，处于补偿机运行状态。 A 相时空矢量图
F
Ψ
E
E a
负载时的时空矢量图
空载时空矢量图
直轴电枢磁场：无功分量
交轴电枢磁场：有功分量
同相( 和E 一、I 0
A 相轴 时轴 E 0A IA IB E 0B
0)时的电枢反应
A 相轴 q 时轴 E0 E
F


d
F f1 0
a
I Fa Ea
A 相时空矢量图 特点：以A相绕组轴线作为空间矢量和时间相量的参考 间矢量图
四、电压波形的正弦畸变率 定义：
2 2 2 Um U U 2 m3 mk kv U m1
2 U mn n2
U m1
额定容量为10VA到1MVA的交流发电机，其线电压波形允许的
正弦畸变率不超过10%
额定容量为1MVA以上的交流发电机，其线电压波形允许的正 弦畸变率不超过5%
功率交换：仅向电网输出感性无功功率（P=0，Q>0）。 电枢反应性质：直轴去磁电枢反应。 励磁情况：为保持输出电压不变，必须增大励磁电流（过励）。
电枢反应
滞后 E 90º 二、I ( 90 )时的电枢反应 0
A 相轴 q 时轴
相轴 轴

IA E 0B
E0 E
d
F f1
0
Ff 1
4

F f sin

2
kf
4

sin

2
三、同步电机空载电动势相量
气隙磁场由转子磁极建立
磁通：主磁通和漏磁通
主磁路：气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身、转子轭
E 0 E 0A 0 E 120 E
0B 0
E 240 E 0C 0
E0 4.44 fN1k N 1 0
轴，则在时空矢量图上Φ0A与Ff1同相位，Fa与 I 同相位。
时的电枢反应
同相( 和E 一、I 0
A 相轴 时轴 E 0A IA IB E 0B
0)时的电枢反应
A 相轴 q 时轴 E0 E
F


d
F f1 0
a
I Fa Ea
间矢量图
运行状态：Fa 滞后Ff1，处于发电机运行状态。 A 相时空矢量图