1、第十三章 同步電機(jī)的電磁關(guān)系,要點(diǎn)：,1、時(shí)空相-矢量圖,2、負(fù)載運(yùn)行時(shí)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) a.由直流電流產(chǎn)生的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) b.三相對(duì)稱(chēng)交流電流產(chǎn)生的電樞磁動(dòng)勢(shì),3、隱極式同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖，方程式， 等值電路,4、凸極式同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖，方程式，等值電路,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行,空載運(yùn)行：當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，勵(lì)磁繞組通過(guò)適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流，電樞繞組不帶任何負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況。,一、基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),勵(lì)磁繞組放置在磁極兩邊槽里，磁極中間不放繞組以使磁極磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)波形接近正弦，每極磁勢(shì)最大幅值為 ，通過(guò)實(shí)際總槽數(shù)Q2與沿轉(zhuǎn)子表面開(kāi)的等距槽的總槽數(shù)Q2的比值查表得 。,一、基波

2、勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)(續(xù)）,2、隱極電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),空間參考軸選擇定子A組繞組軸線(xiàn)+A處，該處為 =0基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)用空間向量表示,向量長(zhǎng)度等于基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值,向量位置為基波磁動(dòng)勢(shì)正波幅所在位置，向量以同步角速度逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。,+A,二、基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)空間矢量,三、基波氣隙磁密空間矢量,1、隱極機(jī)： 氣隙均勻，當(dāng)鐵心不飽和時(shí)，氣隙磁密與磁動(dòng)勢(shì)成正比，基波磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生正弦波磁密，在不考慮磁鐵的磁滯渦流效應(yīng)下，磁密波的相位和磁動(dòng)勢(shì)波的相位相同。,2、凸極機(jī)： 氣隙不均勻，即使鐵心不飽和，氣隙中產(chǎn)生的磁密大小與磁動(dòng)勢(shì)大小不成正比，正弦的基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的磁密波是非正弦分布的，磁密波還要分解基波和一系列諧

3、波，基波磁密和基波磁動(dòng)勢(shì)仍然同相位。,四、定子繞組一相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、時(shí)間相量,氣隙磁密 旋轉(zhuǎn)切割定子三相繞組，定子繞組感應(yīng)隨時(shí)間正弦變化的電動(dòng)勢(shì)，用時(shí)間相量來(lái)表示。由于空間坐標(biāo)選A相繞組軸線(xiàn)+A為參考軸，所以時(shí)間相量也分析A相，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)效值用 表示。,1、 及 均與+A軸重合，A相繞組的有效邊處于極間磁密為零處，A相繞組感應(yīng)電勢(shì)瞬時(shí)值為零，即 在+j時(shí)間軸的投影為零 。,+A,+j,2、A相繞組邊處于磁極中心線(xiàn)，磁密最大，A相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為正最大。,結(jié)論： 及 在空間參考軸+A上初相位 與A相時(shí)間相量 在時(shí)間參考軸+j的初相位 之間存在一定關(guān)系，即： = -900，此關(guān)系適合任意時(shí)刻

4、。,A,+A,+j,五、時(shí)空相矢量圖,將空間矢量圖參考軸+A與時(shí)間相量參考軸+j重合在一起，構(gòu)成時(shí)間空間相量圖，即時(shí)-空相矢量圖,注意：時(shí)間相量與空間矢量的物理意義截然不同，放在一起無(wú)實(shí)際意義，只是為了方便找出向量的相對(duì)位置,A,+j,A,+j,六、空載特性：(磁化曲線(xiàn)),注意：空載曲線(xiàn)橫坐標(biāo)是實(shí)際的勵(lì)磁電流，或每極實(shí)際磁動(dòng)勢(shì)波幅，而不是基波磁動(dòng)勢(shì)。,定子繞組開(kāi)路、轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速并通入勵(lì)磁電流的運(yùn)行狀態(tài)稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行，稱(chēng) 的函數(shù)關(guān)系為空載特性，它是一條非線(xiàn)性關(guān)系的飽和曲線(xiàn)。,第二節(jié) 對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng),定義：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的影響叫電樞反應(yīng)。,一、 磁動(dòng)勢(shì)分析 1

5、、定子三相對(duì)稱(chēng)繞組中對(duì)稱(chēng)三相電流產(chǎn)生基波電樞磁動(dòng)勢(shì),（1） 大?。?(A),（2） 轉(zhuǎn)速： (r/min),（3） 轉(zhuǎn)向：沿通電相序A、B、C的方向，它與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同,（4）極對(duì)數(shù)：和轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)相同，決定于繞組的節(jié)距,2、轉(zhuǎn)子繞組通入直流產(chǎn)生每極基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),（1） 大小： (A) （2） 轉(zhuǎn)速：和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一樣為同步速 （3） 轉(zhuǎn)向：和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致 （4） 極對(duì)數(shù)：和轉(zhuǎn)子磁極的極對(duì)數(shù)相同,勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)的區(qū)別,二、 基波電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的作用,設(shè) 時(shí)，轉(zhuǎn)子S極中心在空間坐標(biāo)軸超前90的位置，即 的位置。,空間基波電樞磁動(dòng)勢(shì)向量 空間基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)向量 空載時(shí)定子一相電動(dòng)勢(shì),電機(jī)

6、帶負(fù)載后， ，由于所帶負(fù)載性質(zhì)不同，使 和 之間相位角不同，電樞反應(yīng)的性質(zhì)也不同。,內(nèi)功率因數(shù)角=00的情況,電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì) 落后勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) ， 空間電角度，叫做交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，交軸電樞反應(yīng)使合成磁動(dòng)勢(shì) 與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 不在一個(gè)方向上，相差一個(gè)相角 。,內(nèi)功率因數(shù)角=900,與 相差 ， 對(duì) 起去磁作用，叫直軸去磁電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)。直軸去磁電樞反應(yīng)使合成磁動(dòng)勢(shì) 比 減小，氣隙磁密比空載時(shí)減小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相應(yīng)減小， 與 同相位，即,內(nèi)功率因數(shù)角=-900,與 同相位， 對(duì) 起增磁作用，叫直軸增磁電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)。直軸增磁電樞反應(yīng)使合成磁動(dòng)勢(shì) 比 增大，氣隙磁密比空載時(shí)增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相應(yīng)增大， 與

7、 同相位，,內(nèi)功率因數(shù)角00900,電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì) 可以分解為兩個(gè)分量： （1） 沿直軸方向的分量 ，對(duì) 起去磁作用 （2） 沿交軸方向的分量 ，使合成磁動(dòng)勢(shì) 與 產(chǎn)生夾角,當(dāng)角為不同值的電樞反應(yīng),同一臺(tái)發(fā)電機(jī)，端電壓的變化，不僅與負(fù)載電流的大小有關(guān)，還與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。,第三節(jié) 隱極同步發(fā)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢量圖和電動(dòng)勢(shì)相量圖,一、 負(fù)載電流對(duì)端電壓的影響：,二、 負(fù)載時(shí)定子繞組一相的電壓方程式：,同步發(fā)電機(jī)加負(fù)載后，定子中有三相對(duì)稱(chēng)的電樞電流流過(guò)， 產(chǎn)生電樞磁勢(shì)，與勵(lì)磁磁勢(shì)合成氣隙磁勢(shì)，將在氣隙中產(chǎn)生磁密波 ,以同步速旋轉(zhuǎn)，切割定子繞組，定子每相繞組中感應(yīng)電勢(shì)為 。,電樞電流流過(guò)定子繞組，

8、在每相繞組中產(chǎn)生電阻壓降和漏電抗壓降，定子繞組產(chǎn)生的漏磁通包括三個(gè)部分：（1）槽漏磁通 ；（2）端接漏磁通 ；（3）差漏磁通。 定子每相的電壓方程式為：,定子一相漏磁通, 每相漏阻抗,三、考慮磁路飽和，隱極發(fā)電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢量圖,隱極發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系,隱極發(fā)電機(jī)磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢量圖的作圖方法,已知電機(jī)帶負(fù)載時(shí)的 、 、 及電機(jī)的參數(shù) 、 ，求電機(jī)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)幅值 。,電壓調(diào)整率,是空載電動(dòng)勢(shì)，對(duì)應(yīng)于額定負(fù)載和額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流，在此勵(lì)磁電流下得到的空載電動(dòng)勢(shì)。,標(biāo)么值,四、不考慮磁路飽和，隱極機(jī)的電動(dòng)勢(shì)相量圖,1、磁路線(xiàn)性化,2、磁路線(xiàn)性化后的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢量圖,電磁關(guān)系,磁路線(xiàn)性

9、化后的磁動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)相矢量圖,電動(dòng)勢(shì)相量圖,五、隱極同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗、同步電抗和等效電路,不計(jì)飽和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 是由 產(chǎn)的，在相位上總是落后于 電角度，若引入一個(gè)比例常數(shù) 則 和 的關(guān)系可寫(xiě)成 ： ， 相當(dāng)于一個(gè)感抗，稱(chēng)作同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗。,隱極發(fā)電機(jī)的相量圖,已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)cos及參數(shù)ra 、xc,當(dāng)功率因數(shù) 滯后時(shí)的相量圖,思考：同步電抗 的物理意義 是什么？,第四節(jié) 凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論及電動(dòng)勢(shì)相量圖,一、凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)法,凸極同步發(fā)電機(jī)的磁路特點(diǎn)：,氣隙不均勻，氣隙各處的磁阻不相同,極面下磁阻小，兩極之間磁阻大，二者相差很大,所以，在分析凸極同步電機(jī)電樞反應(yīng)時(shí)，不僅要知道電樞磁動(dòng)勢(shì)的大小和位置，還要找出該空間位置處的磁阻，才能求出電樞磁通密度。而求空氣隙各處的磁阻又非常困難，為了解決這個(gè)困難，采用雙反應(yīng)法。,雙反應(yīng)法,直軸磁導(dǎo)和交軸磁導(dǎo)雖然不相等，但它們本身都有固定的數(shù)值。,分解電樞基波磁動(dòng)勢(shì),直軸上的直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì),交軸上的交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì),凸極發(fā)電機(jī)