8.2 同步发电机的基本电磁关系和等效电路

8.2同步发电机的基本电磁关系和等效电路教学要求：1、时空相-矢量图2、负载运行时两个旋转磁动势a.由直流电流产生的励磁磁动势—机械旋转b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势—电气旋转3、隐极式同步发电机的电动势相量图、方程式、等效电路4、凸极式同步发电机的电动势相量图、方程式、等效电路8.2同步发电机的基本电磁关系和等效电路一、同步发电机空载运行1、什么是空载运行当同步发电机被原动机拖动到同步转速，转子有励磁电流（If），定子绕组开路（有E0，无I1）称为空载运行。空载负载定子电流I1电枢反应气隙合成磁场零不为零无有转子磁极磁场定子旋转磁场转子磁极磁场一、同步发电机空载运行2、空载运行与负载运行比较一、同步发电机空载运行3、主磁通和漏磁通主磁通：每极主磁通，能同时交链定转子绕组，且以同步转速旋转，能在定子绕组感应出三相交流电动势，参与定转子间的机电能量转换过程。漏磁通：不通过气隙，仅与励磁绕组交链，并不参与定转子之间的能量转换。一、同步发电机空载运行+-隐极式+-凸极式一、同步发电机空载运行4、基波励磁磁动势当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转的磁动势，称为励磁磁动势。因为它随转子一起转动，从定子上看，它也是一个旋转磁动势，所以同电枢绕组磁动势的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法一样。（1）凸极电机的励磁磁动势一、同步发电机空载运行励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中间不放绕组以使磁极磁动势波形接近正弦（阶梯波）。（2）隐极电机的励磁磁动势无论是矩形波还是阶梯波，均可分解得到基波和谐波。其中基波磁动势的幅值Ff1=kfFf，kf为励磁磁动势的波形因数，对于凸极式电机kf=4/π，对于隐极式电机kf≈1。一、同步发电机空载运行（3）基波励磁磁动势空间矢量空间参考轴选择定子A组相轴+A处，该处α=0，基波励磁磁动势用空间向量 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示，向量长度等于基波磁动势的幅值，向量位置为基波磁动势正波幅所在位置，向量以同步角速度ω逆时针方向转动。一、同步发电机空载运行隐极式：气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势成正比，基波磁动势产生正弦波磁密，在不考虑铁心的磁滞涡流效应下，磁密波的相位和磁动势波的相位相同。凸极式：气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的磁密大小与磁动势大小不成正比，正弦的基波励磁磁动势产生的磁密波是非正弦分布的，磁密波还要分解基波和一系列谐波，基波磁密和基波磁动势仍然同相位。（3）基波励磁磁动势空间矢量一、同步发电机空载运行5、定子一相绕组的感应电动势、时间相量气隙磁密旋转切割定子三相绕组，定子绕组感应随时间正弦变化的电动势，用时间相量来表示。由于三相对称，为简化分析，仅以A相为例分析，感应电动势效值用表示。（a）t=0转子位置（b）空间矢量图（c）时间相量图当转子转过90o后，A相绕组边处于磁极中心线，磁密最大，A相绕组感应电动势瞬时值为正最大。结论：及在空间参考轴+A上初相位与A相时间相量在时间参考轴+j的初相位之间存在一定关系，即：，此关系适合任意时刻。一、同步发电机空载运行一、同步发电机空载运行6、时空相—矢量图将空间矢量图参考轴+A与时间相量参考轴+j重合在一起，构成时间空间相量图，即时-空相矢量图时的时-空矢量图一、同步发电机空载运行7、空载特性(磁化曲线)定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转速并通入励磁电流的运行状态称为同步发电机的空载运行，称的函数关系为空载特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。气隙线磁化曲线气隙线空载特性曲线更换物理量实际的励磁电流不是基波磁动势二、同步发电机负载时的电枢反应1、负载时同步电机中有两种电流—产生两种磁动势定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势（1）幅值：(A)（2）转速：(r/min)（3）转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同（4）极对数：和转子极对数p相同（1）大小：(A)（2）转速：和转子转速一样为同步转速（3）转向：和转子转向一致（4）极对数：和转子磁极的极对数相同转子绕组通入直流电产生每极基波励磁磁动势二、同步发电机负载时的电枢反应负载时同步电机中有两种电流：与同步旋转，相对静止。磁路不饱和时，可用叠加法：二、同步发电机负载时的电枢反应什么是电枢反应比较：空载：一种励磁电流，对应转子磁极磁场。负载：合成气隙磁动势定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。二、同步发电机负载时的电枢反应励磁磁势和电枢磁势的区别由电流的f和p决定由电流瞬时值决定恒定，由电枢电流决定正弦波电枢反应磁势由原动机的转速决定由转子位置决定恒定，由励磁电流决定正弦波励磁磁势转速位置大小基波波形二、同步发电机负载时的电枢反应2、电枢反应分析设时，转子S极中心在空间坐标轴超前90°的位置，即的位置。——空间基波电枢磁动势向量——空间基波励磁磁动势向量——空载时定子一相电动势电机带负载后，，由于所带负载性质不同，使和之间相位角Ψ不同，电枢反应的性质也不同。下面分四种情况来讨论（以A相为例）二、同步发电机负载时的电枢反应1）内功率因数角Ψ=00的情况电枢反应磁动势()落后励磁磁动势()空间电角度，叫做交轴电枢反应磁动势，交轴电枢反应使合成磁动势()与励磁磁动势()不在一个方向上，相差一个相角。二、同步发电机负载时的电枢反应为了分析电枢反应的性质，和直流电机一样，需了解直轴和交轴的定义：把转子磁极轴线称为直轴（d轴）；把与直轴相差90o空间电角度的轴线称为交轴（q轴）。所在直线即为交轴。所在直线即为直轴。分析电枢反应时，可将电枢磁动势分解成直轴分量和交轴分量：即分别投影至直轴和交轴上。二、同步发电机负载时的电枢反应2）内功率因数角Ψ=900与相差，对起去磁作用，叫直轴去磁电枢反应磁动势。直轴去磁电枢反应使合成磁动势比减小，气隙磁密比空载时减小，感应电动势相应减小，与同相位，即二、同步发电机负载时的电枢反应3）内功率因数角Ψ=-900与同相位，对起助磁作用，叫直轴助磁电枢反应磁动势。直轴助磁电枢反应使合成磁动势比增大，气隙磁密比空载时增大，感应电动势相应增大，与同相位，二、同步发电机负载时的电枢反应4）内功率因数角00<Ψ<900电枢反应磁动势可以分解为两个分量：（1）沿直轴方向的分量，对起去磁作用；（2）沿交轴方向的分量，使合成磁动势与产生夹角三、隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路同步发电机加负载后，定子中有三相对称的电枢电流流过，产生电枢磁势，与励磁磁势合成气隙磁势，将在气隙中产生磁密波,以同步速旋转，切割定子绕组，定子每相绕组中产生感应电动势。同一台发电机，端电压的变化，不仅与负载电流的大小有关，还与负载性质有关。负载电流对端电压的影响：1、负载时定子绕组一相的电压方程式三、隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路电枢电流流过定子绕组，在每相绕组中产生电阻压降和漏电抗压降。定子每相的电压方程式为：定子一相漏磁通—每相漏阻抗三、隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路隐极式发电机的电磁过程一相电压方程式为:三、隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路2、隐极同步发电机的电枢反应电抗、同步电抗和等效电路（不计饱和）不计饱和电枢反应电动势是由产生的，在相位上总是落后于电角度，若引入一个比例常数则和的关系可写成成：，相当于一个感抗，称作同步电机的电枢反应电抗。三、隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路隐极式同步发电机的一相电压方程式为:等效电路隐极式发电机的等效电路：三、隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路隐极式发电机的相量图：已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数R、Xc当功率因数滞后时的相量图如右：思考：同步电抗Xc的物理意义是什么？同步电抗Xc代表由电枢电流引起的总电抗，包括电枢漏电抗Xs和电枢反应电抗Xa四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路1、凸极同步发电机的双反应理论双反应理论基础是磁路不饱和采用的叠加原理。采用双反应理论分析凸极式同步发电机时的电磁过程：四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路2、凸极式同步发电机的相量图凸极机电动势关系式为：凸极发电机中的和，可以看作是电枢电流的分量和产生的，与成900电角度，与同相位。四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路直轴同步电抗交轴同步电抗2、凸极式同步发电机的相量图四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路落后时，领先时，2、凸极式同步发电机的相量图四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路若已知和的夹角，可求得和的夹角：四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路3、凸极式同步发电机等效电路而：设：四、凸极式同步发电机的一相电压方程和等效电路和同相位，但＜，假设，用代替，得到其等效电路。显然：3、凸极式同步发电机等效电路等效电路