6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
二、凸极同步发电机的电压方程和相量图
系：
If
•
I
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关
•
•
Ff
0
E0
Fa
Fad
•
ad
•
•
E ad
•
Faq
aq • E aq •
同步电机运行状态，主要取决于定子合成
磁场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
三、同步电机的励磁方式
直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机 同轴，采用并励或他励接法。 如图6—8所示
静止式——如图6-9 整流器励磁————
旋转式
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
B
S
X
Y ns
C
A相轴线
Fa
E 0 I
与
同相时
b) 时间矢量图
•
E 0C
•
IC
•
0C
•
E0B
•
0A
1
0
0• IA
时间参考轴
•
E0A
•
•
0B
IB
E 0 I
与
同相时
c) 时-空统一矢量图
Ff
•
B0 (0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
•
•
I
E0
E 0 I
与
同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
相应的矢量图、相量图和F～E间的关系如图6—16a和6— 16b所示。图6-16a中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故 称为电动势—磁动势图。
返回
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
一、双反应理论
考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应 分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反 应理论。
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋 转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）
空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—11所示
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
二、对称负载时的电枢反应
•
电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就
一、同步电机的基本结构 旋转电枢式
同步电机
旋转磁极式
隐极式
（Salient-pole）
凸极式
（Cylindrical-Rotor）
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
二、同步电机的运行状态
电动机——把电能转换为机械能 补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸
收无功功率 发电机——把机械能转换为电能
Ff
•
1
0
Fad
•
Fa
I
0
•
E0
返回
6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电 路
• 一、不考虑磁饱和时 同步发电机负载运行时物理量的关系：
主极I f F f
•
0
•
E0
•
•
电枢 I Fa
•
a
•
Ea
E
•
••
•
E(E j I X)
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时， 电枢的电压方程为
B
A
Te
Y
Z
N
ns
B
S
Fa
C
X
E 0 I
与 不同相时
a)
•
I
滞后于
•
E
0时的空间矢量图
Ff
A
Z
N
B ns S Fad
X
A相轴线
ns
Faq
C Fa
E 0 I
与 不同相时
b)
•
I
滞后
•
E
0
时的时-空统一矢量图
Ff
•
0
Fad
1
Faq
0 •
I
•
E0
Fa
E 0 I
与 不同相时
c)
•
I
超前
•
E
0时得时-空统一矢量图
(6—5) 因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa不计磁饱 和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
铁耗在, 时Φ a间与相I位同上相，位E a，滞则后E于 a 将Φ 滞a以后90于°电I 角以度90，°若电不角计度定于子是
亦可写成负电抗压降的形式，即 (6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得
凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小， 两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导λd (λd＝μ0／λd) 要比交轴下单位面积的气隙磁导λq (λq＝μ0／λq) 大很多，如图6—18a所示。
当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于λd 较大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值 Bad1相对较大。
(6—7)
式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它 是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一 个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。
图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量 图，图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c 可以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步 阻抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电 枢反应和电枢漏磁场的作用。
二、考虑磁饱和时
考虑磁饱和时，由于磁路的非线性，叠加原理不再适用。 此时，应先求出作用在主磁路上的合成磁动势F，然后利用电
机的磁化曲线 (空载曲线) 求出负载时的气隙磁通 及Φ相应
的气隙电动势 E。
Ff
ka Fa
•
•
FE
再从气隙电动势 E 减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，使
得电枢的端电压 U，即
或
称为电枢反应。电枢反应的性质(增磁、去磁或
交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对
位置。分析表明，此相对位置取决于激磁电动势
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E0和扭载电流I之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内功率
因数角)。下面分成两种情况来分析。。。。。
E 0 I
与
同相时
a) 定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图
Ff
A B0
Z
N
ns
6.1 同步电机的
基本结构和运行 状态
6.2 空载和
负载时同步发 电机的磁场
6.3 隐极同
步发电机的电 压方程、相量 图和等效电路
6.4 凸极
同步发电机的 电压方程和相 量图
6.5 同步发
电机的功率方 程和转矩方程
6.6 同步电机
参数的测定
6.7 同步发电机的运行特性
同步电机的稳态
6.1 同步电机的基本结构和运行状态
四、额定值
• 额 定 容 SN —— 指额定运行时电机的输辅出 功率
• 额定电压UN ——指额定运行时定子的线电压
• 额定电流IN ——指额定运行时定子的线电流
• 额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数
• 额定频率fN —— 指额定运行时电枢的频率
• 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，即为
•
同步转速 返回
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所 建立的主极磁场。图6—l0表示一台四极电机空载 时的磁通示意图。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。主磁通所经过的主磁路包括空气隙电枢 齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。