同步电机的对称运行原理

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1、1第九章三相同步发电机对称运行原理本章内容:研究同步发电机的稳态对称运行的基本电磁关系同步发电机的空载运行对称负载时的电枢反应同步发电机的时间空间矢量图凸极同步发电机的双反应理论及磁势电势相量图隐极同步发电机的磁势电势相量图同步发电机的运行性能同步发电机励磁方式23§9-1空载磁路和空载特性主磁通磁极漏磁通主磁路（主磁通所经磁路）：气隙、电枢齿、电枢轭、磁极、磁极轭励磁磁势和励磁磁场4一、同步电机气隙磁路特点气隙磁场：(凸极、隐极）基波气隙磁场幅值：每极基波磁通量：5极弧系数：计算极弧系数：空载时气隙的基波磁感应强度的平均值与实际气隙磁感应强度之比值

2、每极基波磁通量：6空载磁路的计算目的与方法：安培环路定律：主磁路分为五段：气隙、电枢齿、电枢轭、磁极、磁极轭电机的磁化曲线：7Φ二、空载特性在一定的转速下，空载端电压随励磁电流变化的关系即：气隙线电机的磁路饱和系数：8空载特性的作用①可以反映电机设计是否合理，电机的磁路是否过于饱和或者材料有没有充分利用。②空载特性结合短路特性(在后面介绍)可以求取同步电机的参数。③可通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。电枢反应9旋转磁势10旋转磁势11旋转磁势12三相合成旋转磁场的特点：1）、磁势是空间运动的；2）、磁势的幅值恒定用空间矢量表示时

3、，磁势矢量顶点的轨迹是圆；3）、磁势运动的速度同步转速：4）、磁势运动的方向：从电流超前相转到电流滞后相5）、磁势合成矢量位置：当某相的电流为最大时，此时磁势的轴线在该相绕组的轴线上返回圆形旋转磁场：由三相对称绕组通入三相对称交流电产生13§9-2同步发电机的电枢反应空载时：励磁磁势，励磁电势E0负载时：三相感应电势，频率f=pn/60，三相电枢电流，电枢磁势电枢磁势基波：幅值Fa=1.35IWkW1/p、转向同磁极的转向、转速n1=60f/p=n与磁极的转速相等电枢磁势的基波与磁极励磁磁势相对静止，共同产生气隙合成磁场回顾电枢磁场与转子磁场同向、同速

4、旋转！14同步电机的电枢反应：定义：同步电机的电枢反应：同步电机电枢磁势基波对磁极主磁场的影响电枢反应磁场：电枢磁势基波单独通过气隙所建立的磁场15一、负载性质对电枢反应的影响性质：交轴电枢反应作用：1）扭歪主磁场2）交轴磁势与主磁场相互作用产生电磁转矩，实现机电能量转换，必要条件1、电流与励磁磁势同相?直轴与交轴162、电流滞后励磁磁势直轴去磁电枢反应17超前励磁磁势直轴增磁电枢反应3、电流18交轴电枢反应直轴增磁电枢反应直轴去磁电枢反应19二、双轴电枢反应分析法1、一般负载情况时电枢磁势的分解滞后励磁磁势角电流20直轴、交轴电枢磁场特点：波形对称

5、、易于确定！任意角度磁路直接计算困难！21双反应理论（双轴电枢反应分析法）交轴电枢磁势：直轴电枢磁势：双反应理论：对于凸极同步电机，将电枢磁势分解成直轴分量和交轴分量，分别求出直轴和交轴电枢反应，然后再合成起来作用效果。222、磁势电势矢量图时间矢量图:（每相）时轴（时间矢量最大时刻）空间矢量图：相轴（绕组轴线）时空矢量图：好处?233、电枢磁势的折合由于交轴、直轴磁路不相同，即使Ff、Fad、Faq三者幅值相等时，所建立的磁感应强度幅值和分布规律各不相同电枢磁势和励磁磁势产生基波磁场的能力不等效电枢反应计算时必须加以折算24（1）直轴电枢反应的折合直

6、轴电枢磁势折合系数：单位安匝所建立的基波磁感应强度大小相比Kad*Fad折算后可与Ff合成直轴磁势：折合的意义？25（2）交轴电枢反应的折合交轴电枢磁势折合系数：交轴磁势：Fq=Kaq*FaqKad、Kaq的求算直接磁场分析，很复杂！（是极弧宽度的函数，同时与极靴形状、气隙大小的函数）查表法26电枢磁势折合系数：27§9-3电压平衡式和矢量图一、电压平衡式和等值电路电枢磁势Fa、励磁磁势Ff产生气隙磁场，感应气隙电势E电枢磁势Fa产生电枢漏磁场，感应漏磁感应电势E1、等值电路：282、电压平衡式：3、矢量图：Eδ分析？凸极隐极？饱和？29二、不饱和

7、凸极同步发电机途径：双反应理论+叠加原理励磁磁势Ff、直轴电枢磁势Fad、交轴电枢磁势Faq分别产生感应电势E0、Ead、Eaq，电磁关系：磁路不饱和，Ead、Eaq与Id、Iq成线性关系电抠反应磁场由三相电枢磁势合成，因此电枢反应电抗包含了相绕组的自感电抗和相间的互感电抗30磁路不饱和，Ead、Eaq与Id、Iq成线性关系，相位上电势滞后90º？xad：直轴电枢反应电抗xaq：交轴电枢反应电抗物理意义：三相的单位直轴或交轴电流产生的电枢反应磁场在每相电枢绕组中所感应的电势引入电抗31同步电抗直轴同步电抗：xd=xad+x交轴同步电抗：xq=xaq+

8、x同步电抗是对应电枢总磁场(包括电枢反应磁场和漏磁场)的电抗。复杂的电磁现象转换为电路的方法