参考轴的选取是任意的。但一般
– 把相绕组轴线作为空间矢量参考轴
– 令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合
– 相绕组轴线－相轴； – 转子绕组轴线－直轴； – 与直轴正交（90度电角度）－交轴
时间相量：E&, &, I&,U& 空间矢量：F, B
相轴，交轴 时轴
1 2f1
直轴
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5.时空相矢量图
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（2）基波励磁磁动势
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同步发电机的空载运行
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3.基波气隙磁通密度
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3.基波气隙磁通密度
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同步发电机的空载运行
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4.电枢绕组的磁链、感应电动势
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4.电枢绕组的磁链、感应电动势
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4.电枢绕组的磁链、感应电动势
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同步发电机的空载运行
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时间相量与空间矢量
画在同一坐标平面上的时间相量图和空间矢量图称为 时空矢量图。
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同步发电机负载时的电枢反应
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f
x 称为电机的励磁磁动势波
形系数，即
kf
Ff 1 Ff
12
（1）励磁磁动势
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凸极式同步电机的空载磁动势
凸极同步电机的绕组式集中
绕组，它所产生的磁动势是矩形 波，幅值为 Ff ， 基波分量的振幅为
Ff 1
4
Ff
励磁磁动势的波形系数
kf
4
14
2.基波励磁磁动势
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（2）基波励磁磁动势
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（2）基波励磁磁动势
电流的性质。
同步和空载电势 E0 电机输出电流 I之间的相角 定义
为内功率因数角。
0 时，电流 I滞后于 E0； 端电压 U和 I 之间的相位角 称为外功率因数角 。
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同步发电机负载时的电枢反应
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同步发电机负载时的电枢反应
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同步发电机负载时的电枢反应
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质
Ea
时间相量图
时空矢量图
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质（内功率因数角 90）
1 2f1
IA
时轴
E0 A
IB
E0C
IC
时间相量图
1 2f1
相轴，交轴 时轴
E E0
Ea
E0B 直轴 F Ff 1 Fa I
0 a
时空矢量图48ຫໍສະໝຸດ 电枢反应的性质49
电枢反应的性质
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同步发电机负载时的电枢反应
分类，励磁系统主要有两大类： 一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机
励磁系统； 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励 磁的交流励磁机整流励磁系统。
3
同步发电机的空载运行
4
同步电机的空载运行
空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。 主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为
隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有
一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶
梯波形，如下图所示，幅值为 Ff
I
f
N
（其中
f
I 为f 励磁电
流， N为f励磁绕组的每极匝数）
f
f f1
0
f f Ff Ff1
大齿
定义磁极磁动势的基波分
量振幅 Ff 1 与实际磁动势
最大幅值
Ff
之比为
k
，
43
电枢反应的性质（内功率因数角 180）
Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 F 有Ff增磁作用 因为I、E反相，所以不发无功功率
44
电枢反应的性质
45
电枢反应的性质（内功率因数角 90 ）
1 2f1
E0C
时轴
E0 A
IC
直轴
IA
IB
E0 B
相轴
交轴
时轴
1 2f1
E0
E
Ff 1 0 a I Fa
第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
1
第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
2
同步电机的励磁系统
同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通 入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励 磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系 统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励 磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有 重要影响。
5.时空相矢量图
29
5.时空相矢量图
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5.时空相矢量图
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同步发电机的空载运行
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6.空载特性
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对称负载时的电枢反应
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对称负载时的电枢反应
空载：I≈0，Fa ≈0，气隙磁场只由转子电流产生； 负载时：I≠0，Fa ≠0，Fa对Ff的影响称电枢反应 同步电机电枢磁势与转子磁势间的相对位置取决于负载
E&0A E00 E&0B E0 120 E0C E0120 忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为
E0 4.44 fN1kw10
式中： 为0 每极的主磁通量
6
同步发电机的空载运行
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同步发电机的空载运行
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（1）励磁磁动势
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（1）励磁磁动势
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（1）励磁磁动势
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隐极式同步电机的空载磁动势
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质
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电枢反应的性质（内功率因数角 0 ）
相矢图中，按参考轴设定，有：Ff 与0同方向，Fa与a同方向
I f Ff 0 E0 0 I Fa a Ea
Ff , Fa 90
Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 F 有Ff增磁作用 因为I、E同相，所以不发无功功率
主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个 部分。
主极磁通
是否通过气隙
交链
主磁通 0 通过
主极漏磁通 f 不通过
于定子绕住相交链 仅与励磁绕组相交链
5
同步电机的空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中 形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定 子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为 f的 一组对称三相空载电动势：