同步发电机的运行原理

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1、第6章同步发电机的运行原理同步发电机的主磁通同步发电机的电动势方程式和相量图同步发电机的运行特性一、空载运行时的主磁通同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机带动到同步转速，转子励磁绕组通过直流励磁电流，定子绕组开路（定子绕组电流为零）时的运行状况。（图示）6.1同步发电机的主磁通从图可见，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。一、空载运行时的主磁通一、空载运行时的主磁通空载时：I=0，If≠0,n=nN空载时发电机内部电磁关系只增加磁极部分的饱和程度空载运行

2、时气隙磁场仅由转子励磁磁动势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电流大小决定。一、空载运行时的主磁通负载运行时，定子绕组中有电流流过，便会产生电枢基波旋转磁动势。负载运行时，同步电机内由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立的主磁场。二、带对称负载时的主磁通二、带对称负载时的主磁通负载时：I≠0，If≠0,n=nN负载时发电机内部电磁关系主磁通负载运行时，同步电机内的主磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。二、带对称负载时的主磁通空载：气隙磁动势负载：气隙磁动势同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。三、电枢反应三、

3、电枢反应两种磁动势性质比较：基波波形大小位置转速励磁磁动势正弦波恒定，由励磁电流决定由转子位置决定由转子转速决定电枢磁动势正弦波恒定，由电枢电流决定由电流瞬时值决定由电流的f和p决定结论：电枢磁动势Fa和励磁磁动势Ff在空间相对静止。几个概念①内功率因数角ψ：空载电动势E0和电枢电流I之间的夹角，与电机本身参数和负载的大小、性质有关；②功率因数角：与负载性质有关；③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角；且有　　　　　（电感性负载）④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）；⑤交轴（q轴）：转子相邻磁极轴线间的中心线为交轴（横轴）三、电枢反应三

4、、电枢反应电枢反应的性质：（增磁、去磁或交磁）与负载的性质和大小有关，主要取决于电枢磁动势和励磁磁动势在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于空势电动势E0和定子电流I之间的相角差ψ。电枢反应的性质可通过时空矢量图来反映。时空矢量图：含有时间相量和空间向量的矢量图。作时空矢量图确定电枢反应的性质的规律：取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴方向；空载磁通Φ0与Ff同方向，空载电势E0滞后空载磁通Φ090°；定子电流I滞后空载电势E0的角度为内功率因数角Ψ；电枢磁势Fa与定子电流I同相位。三、电枢反应1、ψ=0°时的电枢反应三、电

5、枢反应时空矢量图1、ψ=0°时的电枢反应三、电枢反应电枢磁势Fa滞后励磁磁势Ff90°，合成磁势Fδ的大小略有增加，分布滞后励磁磁势Ff一个锐角，此时电枢反应性质为交轴电枢反应。1、ψ=0°时的电枢反应交轴电枢反应，即交磁作用。电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的转向相反，对发电机起制动作用。要想维持转速不变，就要相应地增加原动机的输入机械功率。交轴电枢反应实现了机电能量的转换，发电机有有功功率输出。三、电枢反应三、电枢反应2、ψ=90°时的电枢反应时空矢量图三、电枢反应2、ψ=90°时的电枢

6、反应直轴去磁电枢反应。电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。合成磁动势Fδ减小，使发电机的端电压下降。要想保持发电机的端电压不变，需增大发电机的励磁电流。发电机输出无功功率。三、电枢反应3、ψ=-90°时的电枢反应时空矢量图三、电枢反应3、ψ=-90°时的电枢反应直轴增磁电枢反应。电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。要想保持发电机的端电压不变，需减小发电机的励磁电流。发电机输出无功功率。4、0°<ψ<90°时的电枢反应三、电枢反应既有交轴电枢反应，又有直轴去磁电枢反应。发电机既输出有功功率，又输

7、出无功功率。时空矢量图5、-90°<ψ<0°时的电枢反应三、电枢反应既有交轴电枢反应，又有直轴增磁电枢反应。发电机既输出有功功率，又输出无功功率。时空矢量图三、电枢反应ψ位置记作电枢反应性质影响Ψ≈φ负载性质UN(f)00q轴交轴波形畸变不变下降R900d轴直去削弱下降不变L-900d轴直增增强增大不变C0~900d、q轴交、直去削弱下降下降R、L-900~00d、q轴交、直增增强增大下降R、C三、电枢反应说明：；对应：而：对应：分别为直轴和交轴分量。6.2同步发电机的电动势方程式和相量图一、隐极同步发电机1、电磁过程其结构特点是气隙

8、均匀，故同一电枢磁动势作用在圆周气隙上的任何位置所产生的气隙磁场和每极磁通量都是相同的，没必要象凸极转子一样分解成交、直两个分量，可以整体考虑电枢反应的影响。一、隐极同步发电机当磁路不饱和时，采用叠加原理求解，即：Φδ=