同步电机的稳态运行

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1、第六章同步电机的稳态分析6.1同步电机的基本结构和运行状态6.2空载和负载时同步发电机的磁场6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图6.5同步发电机的功率方程和转矩方程6.6同步电机参数的测定6.7同步发电机的运行特性6.1同步电机的基本结构和运行状态同步电机一、同步电机的基本结构旋转电枢式旋转磁极式隐极式（Salient-pole）凸极式（Cylindrical-Rotor）二、同步电机的运行状态发电机——把机械能转换为电能电动机——把电能转换为机械能补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率同步电机运行状

2、态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角6.1同步电机的基本结构和运行状态三、同步电机的励磁方式直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。如图6—8所示整流器励磁————静止式——如图6-9旋转式6.1同步电机的基本结构和运行状态额定容SN——指额定运行时电机的输辅出功率额定电压UN——指额定运行时定子的线电压额定电流IN——指额定运行时定子的线电流额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数额定频率fN——指额定运行时电枢的频率额定转速nN——指额定运行时电机的转速，即为同步转速四、额定值6.1同步电机的基本结构

3、和运行状态返回空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。图6—l0表示一台四极电机空载时的磁通示意图。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。主磁通所经过的主磁路包括空气隙电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。6.2空载和负载时同步发电机的磁场一、空载运行6.2空载和负载时同步发电机的磁场一、空载运行当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—11所示二、对称负载时的

4、电枢反应电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就称为电枢反应。电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激磁电动势E0和扭载电流I之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内功率因数角)。下面分成两种情况来分析。。。。。6.2空载和负载时同步发电机的磁场与同相时a)定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图与同相时b)时间矢量图与同相时c)时-空统一矢量图与同相时d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置与不同相时a)滞后于时的空间矢量图与不同相时b)滞后时的时-空统一矢量图与不同相时c)超前时得时-空统一矢量图返回同步发电机负载运

5、行时物理量的关系：一、不考虑磁饱和时6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路在时间相位上，滞后于以90°电角度，若不计定子铁耗,与同相位，则将滞后于以90°电角度于是亦可写成负电抗压降的形式，即采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电枢的电压方程为因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa不计磁饱和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即(6—5)(6—6)将式(6—6)代人式(6—5)，可得(6—7)式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数。不计饱和时，X

6、s是一个常值。图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量图，图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c可以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步阻抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电枢反应和电枢漏磁场的作用。考虑磁饱和时，由于磁路的非线性，叠加原理不再适用。此时，应先求出作用在主磁路上的合成磁动势F，然后利用电机的磁化曲线(空载曲线)求出负载时的气隙磁通及相应的气隙电动势。二、考虑磁饱和时再从气隙电动势减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，使得电枢的端电压，即相应的矢量图、相量图和F～E间的关系如图6—

7、16a和6—16b所示。图6-16a中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故称为电动势—磁动势图。或返回考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小，两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导λd(λd＝μ0／λd)要比交轴下单位面积的气隙磁导λq(λq＝μ0／λq)大很多，如图6—18a所示。当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于λd较大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值Bad1相对较大。一、双反应理论6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图不考虑磁饱和时

8、同步发电机