电机学-同步发电机的基本电磁关系

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1、同步发电机的基本电磁关系§10-1同步发电机的空载运行一、基本概念空载运行：同步发电机被原动机拖到同步转速，转子绕组通入直流励磁电流而电枢绕组开路，这种运行状态称为空载运行或无载运行。励磁磁动势：同步发电机空载运行时电枢电流为零，电机气隙中只有转子励磁电流if产生的磁动势Ff和磁场，称为励磁磁动势和励磁磁场。图10-1同步发电机的空载磁路§10-1同步发电机的空载运行一、基本概念主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与电枢绕组交链的磁通Φ0，称为主磁通，它就是空载时的气隙磁通，或称励磁磁通。主极漏磁通：只交链

2、励磁绕组的磁通Φfσ称为主极漏磁通，它不参与电机的机电能量转换过程。如图10－1所示。图10-1同步发电机的空载磁路§10-1同步发电机的空载运行二、同步发电机空载运行分析空载特性：改变励磁电流if，就可得到不同的Φ0和励磁电动势E0，曲线E0＝f(if)表示在同步转速下，空载电动势E0与励磁电流if之间的关系，称为发电机的空载特性。由于E0∝if，if∝Ff，所以，空载曲线实质上就反映了电机的磁化曲线。二、同步发电机空载特性分析当主磁通Φ0较小时，整个磁路处于不饱和状态，绝大部分磁动势消耗于气隙，所以空载特性的下

3、部是一条直线，与空载曲线下部相切的线OG称为气隙线,随着Φ0的增大，铁心逐渐饱和，空载曲线逐渐变弯。空载特性是同步发电机的基本特性之一。图10-2同步发电机的空载特性（磁化曲线）电机的饱和因数同步电机的kμ值一般在1.1～1.25左右。空载特性不仅适用于空载情况，负载情况也是适用的。§10-2三相同步发电机的电枢反应一、基本概念电枢磁动势：带上负载以后，由于电枢绕组有电流通过，就出现第二个磁动势－电枢磁动势。如果绕组对称，三相负载亦对称，电枢磁动势的基波就将为一同步旋转的旋转磁动势励磁磁动势的基波和电枢磁动势基波二

4、者之和，就构成了负载时的合成磁动势，从而决定了气隙合成磁场。电枢反应：负载时电枢磁动势的基波对主极磁通基波的影响，就称为电枢反应，因此，电枢磁动势又称为电枢反应磁动势。§10-2三相同步发电机的电枢反应一、基本概念旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场和产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。

5、§10-2三相同步发电机的电枢反应二、时空相矢图－分析电枢反应时采用时间相量和空间矢量统一图，这种图简称为“时空相矢图”1.空间矢量：凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空间矢量。基波励磁磁动势及其磁密为一空间矢量。该矢量位于转子的极轴线上，方向为N极指向，以同步速旋转，如图10－3所示。1.空间矢量：凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空间矢量。电枢磁动势也为空间矢量，它的位置可以这样来确定，即当某相电流达到最大时，电枢磁动势刚好转到该相绕组的轴线上，它的指向与绕组中的电流方向符合右手螺旋定则，而且转向与转子的一致，

6、并以同步速旋转，如图10－4所示。图中A相电流最大，所以刚好转到A相轴线上。(电流的规定正方向仍由末端流向首端)。2.时间相量：凡是随时间按正弦规律变化的量同步电机的空载电动势(励磁电动势）是时间向量，该相量的相位由转子的位置决定，如转子处于图(a)位置，当电动势正方向与电流正方向一致时，A相感电动势为正的最大，所以位于时间轴线上。如图(b)所示。电动势相量的角频率与转子旋转的角速度都是ω。电枢电流也是时间相量，它的相位决定于电机内部的阻抗和负载的性质。电机内部的阻抗和负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位

7、差角ψ，ψ称为内功率因数角。3.时空相矢图：由于空间矢量和时闻相量旋转的角速度都是ω，把空间轴线+A与时间轴线+t重合在一起，空间矢量和时间相量就画在同一张图里，称为时间相量和空间矢量统一图，简称为“时空相矢图”。§10-2三相同步发电机的电枢反应二、时空相矢图－分析电枢反应时采用时间相量和空间矢量统一图，这种图简称为“时空相矢图”3.时空相矢图：结论：在时空相矢图上总是落后于以90度，总是与重合。与之间相位差随着负载的性质不同而改变。而与之间相对位置又完全取决于ψ角(它们之间的空间相位差为角)，所以电枢反应的性质

8、是由ψ角决定的，也就是说单机运行时电枢反应的性质是由负载的性质决定的。1．试说明同步电机中的、、、、、等物理量哪些是空间矢量？哪些是时间相量？试述两种矢（相）量之间的统一性。如果不把相轴和时轴重合，那么时、空相（矢）量之间的关系怎样？§10-2三相同步发电机的电枢反应三、不同ψ角时的电枢反应1.与同相位时的电枢反应－交轴电枢反应§10-2三相同步发电机的电枢