chap12同步电机的基本理论和运行特性ppt课件

第第12章章 同步电机的基本理论和运行特性同步电机的基本理论和运行特性 第一节第一节 同步电机的结构同步电机的结构 第二节第二节 同步电机的励同步电机的励磁系统磁系统 第三节第三节 同步电机的空同步电机的空载运行载运行 第四节第四节 对称负载时的对称负载时的电枢反应电枢反应 第五节第五节 隐极同步发电隐极同步发电机的分析方法机的分析方法 第六节第六节 凸极同步发电凸极同步发电机的分析方法机的分析方法 第七节第七节 电枢绕组的漏电枢绕组的漏抗抗 第八节第八节 同步发电机的同步发电机的空载、短路空载、短路 和负载特性和负载特性 第九节第九节 同步发电机参同步发电机参数及测定数及测定 第十节第十节 同步发电机的稳同步发电机的稳态运行特性态运行特性 回顾同步电机的原理回顾同步电机的原理转子绕组通以直流电转子绕组通以直流电流形成分布磁场，流形成分布磁场，匝链定子上的各相绕匝链定子上的各相绕组。组。定子上嵌放有对称三定子上嵌放有对称三相绕组相绕组a-x、b-y、c-z设磁场在气隙中按正弦分布设磁场在气隙中按正弦分布l设转子以恒定速度旋转设转子以恒定速度旋转l定子绕组中所匝链的磁通按正弦定子绕组中所匝链的磁通按正弦规律变化，其感应电势按正弦规规律变化，其感应电势按正弦规律变化。律变化。l由于各相匝数相等，从而各相电由于各相匝数相等，从而各相电势的大小相等，由于各相绕组空势的大小相等，由于各相绕组空间分布彼此相距间分布彼此相距120，从而三，从而三相电势时间相位差相电势时间相位差120满满足了三相电势对称要求。足了三相电势对称要求。原动机拖动，则为同步发电机当对称的三相电流流过对称的三相绕组时，合当对称的三相电流流过对称的三相绕组时，合成磁势为一旋转磁势成磁势为一旋转磁势定子绕组磁势产生的气隙圆形定子绕组磁势产生的气隙圆形旋转磁场与转子励磁产生的磁旋转磁场与转子励磁产生的磁场有相同的极对数，磁极相互场有相同的极对数，磁极相互吸引，驱动转子旋转吸引，驱动转子旋转同步同步电动机电动机第一节第一节 同步电机的结构同步电机的结构同步电机的型式与构造同步电机的型式与构造基本构造型式基本构造型式汽轮机汽轮机水轮机水轮机一、基本构造型式一、基本构造型式l组成：固定的定子和可旋转的转子组成：固定的定子和可旋转的转子l分：旋转磁极式和旋转电枢式。分：旋转磁极式和旋转电枢式。l磁极旋转式磁极旋转式电枢绕组在定子上，转子上装磁极。电枢绕组在定子上，转子上装磁极。使磁极旋转，励磁电流通过集电环送入励磁绕组。使磁极旋转，励磁电流通过集电环送入励磁绕组。l旋转电枢式电机应用于小容量同步电机。旋转电枢式电机应用于小容量同步电机。磁极旋转式同步电机磁极旋转式同步电机l 定子、转子、气隙定子、转子、气隙l定子定子定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组铁心和电枢绕组 l转子转子转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也也称主磁场、转子磁场称主磁场、转子磁场)。l气隙气隙气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。能有重大影响。发电机原理示意发电机原理示意l主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。场，即建立起主磁场。l 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。应电流的载体。l切割运动：原动机拖动转子旋转给电机输入机械能），极性相间的切割运动：原动机拖动转子旋转给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组相当于绕组的导体励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。反向切割励磁磁场）。l 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。过引出线，即可提供交流电源。l 感应电势感应电势 频率：频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数和极对数p，即即l交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。60pnf 同步转速同步转速l同步转速同步转速 从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，要求发电成的交流电网的频率应该是一个不变的值，要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有：，故有：l发电机的转速必须为某些固定值发电机的转速必须为某些固定值同步转速。例如同步转速。例如2极电机的同步转速为极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转极电机的同步转速为速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行。同步电机才能正常运行。ppfn300060电动机原理电动机原理l将同步电机定子将同步电机定子绕组接至三相交流电源，频率为绕组接至三相交流电源，频率为f的的三相交流电流将在电机气隙中产生转速为同步转速三相交流电流将在电机气隙中产生转速为同步转速n1的旋转磁场。的旋转磁场。l在一定条件下旋转磁场将吸住转子磁极一起旋转，它在一定条件下旋转磁场将吸住转子磁极一起旋转，它们有相同的转速和转向们有相同的转速和转向无相对运动无相对运动l转子转速为同步转速转子转速为同步转速 n60fp l同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。用。同步补偿机运行同步补偿机运行l电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。目的。l过励时，有超前的无功功率，如电容器。过励时，有超前的无功功率，如电容器。二、同步电机的构造特点二、同步电机的构造特点1、定子、定子2、转子、转子隐极式转子隐极式转子l隐极式转子上没有凸出的磁极隐极式转子上没有凸出的磁极l气隙均匀，转子成圆柱形气隙均匀，转子成圆柱形l沿着转子本体圆周表面上，开有许沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约在转子表面约1/3部分没有开槽，构部分没有开槽，构成大齿，是磁极的中心区。成大齿，是磁极的中心区。l励磁绕组通入励磁电流后，沿转子励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现圆周也会出现 N 极和极和 S 极。极。l在大容量高转速汽轮发电机中，转在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达子圆周线速度极高，最大可达170米米/秒。为了减小转子本体及转子上秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，从的各部件所承受的巨大离心力，从转子机械强度和妥善地固定励磁绕转子机械强度和妥善地固定励磁绕组考虑，采用励磁绕组分布于转子组考虑，采用励磁绕组分布于转子表面槽内的隐极式结构较为可靠。表面槽内的隐极式结构较为可靠。大型汽轮发电机都做成细长的隐极大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。式圆柱体转子。汽轮发电机汽轮发电机l以汽轮机或燃气轮机为原动机。汽轮机的运行性能在高速时较为经济，以汽轮机或燃气轮机为原动机。汽轮机的运行性能在高速时较为经济，应有尽可能高的转速。火电站中汽轮发电机一般为两极隐极式。原子能应有尽可能高的转速。火电站中汽轮发电机一般为两极隐极式。原子能电站的大型汽轮发电机一般采用电站的大型汽轮发电机一般采用4极隐极式。极隐极式。l定子定子与异步电机相同，定子铁心由与异步电机相同，定子铁心由0.35mm或或0.5mm或其它厚度的或其它厚度的电工钢片叠成。定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于电工钢片叠成。定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m 时，采用扇形冲片。时，采用扇形冲片。l转子转子隐极式转子，其外形常做成一个细长的圆柱体为了减少高速旋隐极式转子，其外形常做成一个细长的圆柱体为了减少高速旋转引起的离心力。转子铁心表面圆周上铣有许多槽，励磁绕组采用分布转引起的离心力。转子铁心表面圆周上铣有许多槽，励磁绕组采用分布于转子表面槽内的隐极式结构较为可靠。于转子表面槽内的隐极式结构较为可靠。励磁绕组为同心式绕组，以铜励磁绕组为同心式绕组，以铜线绕制，并用不导磁的槽楔将绕组紧固在槽内。线绕制，并用不导磁的槽楔将绕组紧固在槽内。l转轴转轴经联轴器与汽轮机相联的一端为汽机端，称与励磁机相接的一经联轴器与汽轮机相联的一端为汽机端，称与励磁机相接的一端为励磁机端。端为励磁机端。l集电环：励磁绕组的两个出线端，通过装在励磁机侧的集电环经电刷与集电环：励磁绕组的两个出线端，通过装在励磁机侧的集电环经电刷与直流激磁电源接通。直流激磁电源接通。汽轮发电机图汽轮发电机图汽轮发电机组汽轮发电机组凸极式转子凸极式转子l凸极式转子上有明显凸出的成凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈对磁极和励磁线圈l当励磁线圈中通过直流励磁电当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为极性，相邻磁极交替为 N 极和极和 S 极极l对水轮发电机来说，由于水轮对水轮发电机来说，由于水轮机的转速较低，离心力较小，机的转速较低，离心力较小，要发出工频电能，发电机的极要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成励磁绕组集数就比较多，做成励磁绕组集中安放的凸极式结构工艺上较中安放的凸极式结构工艺上较为简单。中小型同步电机多半为简单。中小型同步电机多半也做成凸极式。也做成凸极式。l凸极电机气隙不均匀，极弧下凸极电机气隙不均匀，极弧下较小，而极间较大。较小，而极间较大。水轮发电机水轮发电机l特点特点极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同，具扁短形。大多数水轮发电机为立式。机大不相同，具扁短形。大多数水轮发电机为立式。l定子铁心定子铁心水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。l定子绕组定子绕组每槽内只有一线棒，称单层绕组。（为改善电压波形，常每槽内只有一线棒，称单层绕组。（为改善电压波形，常采用分数槽绕组。）采用分数槽绕组。）l转子磁极转子磁极由厚度为由厚度为12mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。l由于水轮机的转子圆周速度较低，离心力较小，故一般采用制造简单、由于水轮机的转子圆周速度较低，离心力较小，故一般采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。水轮发电机图水轮发电机图分数槽绕组基本概念分数槽绕组基本概念l缘由：水轮发电机由于极数很多，极距相对较小，每缘由：水轮发电机由于极数很多，极距相对较小，每极每相槽数极每相槽数q就不可能太大，否则总槽数便过多，使就不可能太大，否则总槽数便过多，使制造工艺发生困难。若制造工艺发生困难。若q取较小整数，却不能充分利取较小整数，却不能充分利用绕组分布的方法来削弱由非正弦波分布的磁场所感用绕组分布的方法来削弱由非正弦波分布的磁场所感应的电势中的谐波分量。此外，应的电势中的谐波分量。此外，q较小时齿谐波电势较小时齿谐波电势的次数较低而数值较大。的次数较低而数值较大。l水轮发电机和低速同步电动机的每极每相槽数水轮发电机和低速同步电动机的每极每相槽数q常不常不用整数，而用分数，例如采用用整数，而用分数，例如采用q=b+c/d。分数槽分数槽绕组。绕组。分数槽绕组示意分数槽绕组示意分数槽绕组意义分数槽绕组意义l把各个极对依此重叠起来，则各不同极对下的齿和槽把各个极对依此重叠起来，则各不同极对下的齿和槽便不能各个重合。槽与槽之间有了一个位移角。位于便不能各个重合。槽与槽之间有了一个位移角。位于各个极对下的每相导体的感应电势便必须用几何方法各个极对下的每相导体的感应电势便必须用几何方法相加。相加。l分数槽实现了极对与极对间的分布，与分布绕组实现分数槽实现了极对与极对间的分布，与分布绕组实现了槽与槽的分布和短匝绕组实现了层与层的分布相似，了槽与槽的分布和短匝绕组实现了层与层的分布相似，都起着削弱谐波分量的作用。都起着削弱谐波分量的作用。l在求分数槽绕组的分布因数时，应考虑极对与极对之在求分数槽绕组的分布因数时，应考虑极对与极对之间的分布。将各极对重叠，化成一台等效二极机，然间的分布。将各极对重叠，化成一台等效二极机，然后求出分布因数。后求出分布因数。同步电机铭牌同步电机铭牌l电机型号电机型号l额定容量额定容量 SN(VA,kVA,MVA等等)或额定功率或额定功率PN (W,kW,MW等等)：指电机输出功率的保证值。：指电机输出功率的保证值。l额定电压额定电压(V,kV等等)：额定时定子输出端线电压。：额定时定子输出端线电压。l额定电流额定电流(A)：指额定运行时定子的线电流。：指额定运行时定子的线电流。l额定功率因数额定功率因数 ：额定运行时输出电功率的功率因数。：额定运行时输出电功率的功率因数。l额定频率额定频率 ：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为标准工业频率规定为50Hz。l额定转速额定转速 ：额定运行时电机的转速，即同步转速。同步电：额定运行时电机的转速，即同步转速。同步电机名牌上还有其它的运行数据，如额定负载时的温升机名牌上还有其它的运行数据，如额定负载时的温升 、励、励磁容量磁容量 和励磁电压和励磁电压UfN、电流、电流IfN，定子绕组连接等。，定子绕组连接等。我国生产的汽轮发电机有我国生产的汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列。等系列。前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q表示氢表示氢外冷，外冷，N表示氢内冷，表示氢内冷，S表示双水内冷。表示双水内冷。系列：系列：TS系列，系列，T表示同步，表示同步，S表示水轮。表示水轮。举例：举例：QFS-300-2 表示容量为表示容量为300MW双水内冷双水内冷2极汽轮发电机。极汽轮发电机。TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定子外径为表示双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘米，厘米，铁心长为铁心长为160厘米，极数为厘米，极数为48。同步电动机系列有同步电动机系列有TD、TDL等，等，TD表示同步电动机，后面的字母表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如指出其主要用途。如TDG表示高速同步电动机；表示高速同步电动机；TDL表示立式同步表示立式同步电动机。同步补偿机为电动机。同步补偿机为TT系列。系列。思考题思考题l为什么同步电机不能有任意的转速？为什么同步电机不能有任意的转速？l如何从外形上区分汽轮发电机和水轮发电机？如何从外形上区分汽轮发电机和水轮发电机？l定子电枢绕组安排的基本要求定子电枢绕组安排的基本要求各相绕组感各相绕组感应电势对称应电势对称第二节第二节 同步电机的励磁系统同步电机的励磁系统 基本概念基本概念 励磁的要求励磁的要求 励磁方式励磁方式 几种励磁系统几种励磁系统概念概念l励磁方式励磁方式同步电机获取直流励磁电流的方式。同步电机获取直流励磁电流的方式。l励磁系统励磁系统供结励磁电流的整个系统，包括装置供结励磁电流的整个系统，包括装置和线路。和线路。l励磁机励磁机l励磁调节器手动、自动）励磁调节器手动、自动）l灭磁装置灭磁装置对励磁系统的要求对励磁系统的要求l正常运行时，供给励磁电流。正常运行时，供给励磁电流。l为维持端电压或电网电压值，随负载情况变化，为维持端电压或电网电压值，随负载情况变化，励磁电流能相应调节。励磁电流能相应调节。l当系统电压严重下降时如发生短路故障等），当系统电压严重下降时如发生短路故障等），能强行励磁提高电势，保持电压稳定。能强行励磁提高电势，保持电压稳定。l突然丢负荷时，如水轮机组转速明显升高，能突然丢负荷时，如水轮机组转速明显升高，能强行减磁，限制端电压过度增高。强行减磁，限制端电压过度增高。对励磁系统的要求对励磁系统的要求l当电机内部发生短路故障时，能快速灭磁和减磁，当电机内部发生短路故障时，能快速灭磁和减磁，以减小故障的损坏程度。以减小故障的损坏程度。l对两台以上并列运行发电机，能成组调节无功功对两台以上并列运行发电机，能成组调节无功功率，使无功合理分配。率，使无功合理分配。l其他：反映迅速，运行可靠，结构简单，损耗小，其他：反映迅速，运行可靠，结构简单，损耗小，成本低，体积小等成本低，体积小等强励指标强励指标l励磁电流增长幅度励磁电流增长幅度l励磁电流增长速度励磁电流增长速度正常工作电压强励时顶值电压强励倍数K正常工作电压内增长电压电压上升速度sv5.0一般值，K=1.5-2，v=0.5-1.0励磁方式励磁方式l它励它励l由另外电源供电由另外电源供电直流发电机，带整流的交直流发电机，带整流的交流发电机流发电机l运动方式运动方式同轴，独立工作同轴，独立工作l自励自励l自并励，自复励，谐波绕组励自并励，自复励，谐波绕组励直流励磁机励磁直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法，或采用负载电流反馈的复式励磁。法，或采用负载电流反馈的复式励磁。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。磁机的同轴的直流发电机供给。交流励磁机静止整流励磁交流励磁机静止整流励磁同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。整流后供给主发电机的励磁绕组。它励式它励式在中小型同步发电机中，也可采用自励式整流系统在中小型同步发电机中，也可采用自励式整流系统交流励磁机旋转整流系统交流励磁机旋转整流系统静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置无刷励磁系统。旋转电枢式第三节第三节 同步电机的空载运行同步电机的空载运行空载磁势空载磁势时空矢量时空矢量空载电势空载电势电压波形畸变电压波形畸变1、空载与空载磁势、空载与空载磁势l空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行，空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行，励磁绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任励磁绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负载时。何负载时。l 空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立，分析较为简单。隙磁场由转子磁势单独建立，分析较为简单。1.1 隐极同步电机的空载磁势隐极同步电机的空载磁势l励磁绕组分布绕组埋于转子槽内，沿转子圆周气隙近似均匀。励磁绕组分布绕组埋于转子槽内，沿转子圆周气隙近似均匀。l励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响,气隙磁密呈现气隙磁密呈现出波动变化。出波动变化。l用谐波分析法可求出其基波分量用谐波分析法可求出其基波分量l合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。如无特合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。如无特殊说明，以后仅考虑磁通密度的基波分量殊说明，以后仅考虑磁通密度的基波分量。fffFFk1波形系数1.2 凸极同步电机的空载磁势凸极同步电机的空载磁势励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波l对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分布不均对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分布不均匀，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间磁阻很大。同匀，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。极靴以外一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。l气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波和一系列谐波。气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波和一系列谐波。2sin42sin41fffkFFl感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关。及幅值大小紧密相关。l在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。到较高品质的感应电势。2 同步电机中的时间相量同步电机中的时间相量空间矢量空间矢量将相绕组轴线作为空间矢量参考轴相轴）将相绕组轴线作为空间矢量参考轴相轴）令时间相量参考轴时轴与空间矢量参考轴重合令时间相量参考轴时轴与空间矢量参考轴重合转子绕组转子绕组轴线轴线两极间中心线两极间中心线时间相量时间相量绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通空间矢量空间矢量磁势和磁通密度在空间随时间按正弦波变化）磁势和磁通密度在空间随时间按正弦波变化）3、空载电势、空载电势三相电势对称三相电势对称主磁通主磁通0漏磁通漏磁通只有主磁通才在定子绕组中产生感应电只有主磁通才在定子绕组中产生感应电势势011044.4NkfNE4 电压波形正弦畸变率电压波形正弦畸变率l定义：实际空载线电压波形与正弦波形的偏差定义：实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。程度。1222122322mnmnmmkmmvUUUUUUk规定：空载及额定电压时，额定功率在规定：空载及额定电压时，额定功率在1000kVA之上之上时不超过时不超过5%，较小容量不超过，较小容量不超过10%。影响：危害用电设备瞬时电压值可大大超过额定电影响：危害用电设备瞬时电压值可大大超过额定电压），导致线路附加损耗，高频辐射影响通讯。压），导致线路附加损耗，高频辐射影响通讯。措施：使气隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和措施：使气隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和短距绕组，三相短距绕组，三相Y形接法消除三次及其倍数次谐波。形接法消除三次及其倍数次谐波。第四节第四节 对称运行时的电枢反应对称运行时的电枢反应l负载后磁势分析，电枢反应负载后磁势分析，电枢反应l概念：内功率因数角概念：内功率因数角 l不同情况电枢反应分析不同情况电枢反应分析4.1 负载后气隙磁势分析负载后气隙磁势分析空载时，只有一个以同步转速旋转的励磁磁势Ff随轴同转的转子磁势 (称为机械旋转磁势)，在电枢绕组中感应出三相对称交流电势，（励磁电势即空载电势E0。当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组中流过三相对称的交流电流，将形成一个以同步速度旋转的旋转磁势电枢磁势Fa电枢旋转磁势(称为电气旋转磁势）。两个旋转磁势的转速均为同步速，且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，矢量合成为一个合成气隙磁势 。气隙磁场 由合成磁势 在电机的气隙中建立起来的磁场。同步发电机负载以后，电机内部的磁势和磁场及绕组中感应电势将发生显著变化，此变化主要由电枢磁势的出现所致。电枢反应的影响）对（.1.faFF.F4.2内功率因数角内功率因数角 E0Ia 解释：时间相量解释：时间相量Ia与空间矢量与空间矢量Fa同向同向电枢磁势电枢磁势Fa三相电流产生的合成磁势，哪一相电流达最大三相电流产生的合成磁势，哪一相电流达最大值，则位置在其绕组的轴线上；值，则位置在其绕组的轴线上；A相电流相电流Ia如如Ia最大，则最大，则Ia在相轴上，此时在相轴上，此时Fa正好在交轴上正好在交轴上的相角）和空载电势（负载电流.0.IE4.3=0时的电枢反应分析时的电枢反应分析l输出电流 和空载电势同相，有功功率从电机输至电网发电机状态。l0，cos1，sin0，不发出无功功率。转子磁势在直轴上，电枢磁势作用在交轴上，电枢反应的结转子磁势在直轴上，电枢磁势作用在交轴上，电枢反应的结果使得合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的果使得合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。变化。作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用 解释：时间相量解释：时间相量Ia与空间矢量与空间矢量Fa同向同向电枢磁势电枢磁势Fa三相电流产生的合成磁势，哪一相电流达最大三相电流产生的合成磁势，哪一相电流达最大值，则位置在其绕组的轴线上；值，则位置在其绕组的轴线上；A相电流相电流Ia如如Ia最大，则最大，则Ia在相轴上，此时在相轴上，此时Fa正好在交轴上正好在交轴上交轴电枢反应交轴电枢反应Fa滞后于滞后于Ff1发电机发电机4.4=/2 时的电枢反应分析时的电枢反应分析l输出电流滞后于空载电势90，cos0，sin1，有功功率等于零，仅发出电感性无功功率。直轴电枢反应直轴电枢反应 转子磁势和电枢磁势均作用在直轴上，方向相反，电枢反应为转子磁势和电枢磁势均作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小纯去磁作用，合成磁势的幅值减小直轴去磁电枢反应。直轴去磁电枢反应。为保持电压不变，应增大励磁，即为过励状态，将输出电感性为保持电压不变，应增大励磁，即为过励状态，将输出电感性无功功率无功功率 4.5=时的电枢反应分析时的电枢反应分析lI与E0反相。cos-1，sin0，有功功率将从电网输送到电机电动机运行状态。lsin0，不发出无功功率。交轴电枢反应交轴电枢反应Fa超前于超前于Ff1电动机电动机转子磁势作用在直轴上，电枢磁势作用在交轴上，电枢转子磁势作用在直轴上，电枢磁势作用在交轴上，电枢反应使合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一反应使合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。定的变化。4.6=-/2 时的电枢反应分析时的电枢反应分析l输出电流超前空载电势90，cos0，sin-1，有功功率等于零，仅发出电容性无功功率，或吸收电感性无功功率。直轴电枢反应直轴电枢反应转子磁势和电枢磁势均作用在直轴上，方向一致，合成磁势转子磁势和电枢磁势均作用在直轴上，方向一致，合成磁势的幅值加大，电枢反应为纯增磁作用的幅值加大，电枢反应为纯增磁作用直轴助磁电枢反应。直轴助磁电枢反应。为保持电压不变，应减少励磁，即为欠励状态，将输出电容为保持电压不变，应减少励磁，即为欠励状态，将输出电容性无功功率性无功功率 4.7 y为任意角度时的电枢反应为任意角度时的电枢反应l将电枢磁势分解为直轴和交轴两个分量。将电枢磁势分解为直轴和交轴两个分量。coscossinsinaqaaqadaadIIFFIIFF交轴分量交轴分量Faq滞后于滞后于Ff1为发电机运行，超前于为发电机运行，超前于Ff1为电动机为电动机运行，分别对应于输出和输入有功功率。运行，分别对应于输出和输入有功功率。直轴分量直轴分量Fad可能是磁化或去磁作用，当去磁作用时，处于可能是磁化或去磁作用，当去磁作用时，处于过励状态。当直轴电枢磁势起磁化作用时，接在电网上的同过励状态。当直轴电枢磁势起磁化作用时，接在电网上的同步电机处于欠励状态。步电机处于欠励状态。电枢反应分析电枢反应分析同步发电机运行情况：（同步发电机运行情况：（-90o，90o）同步电动机运行情况：（同步电动机运行情况：（90o，270o）电枢反应是实现能量转换的关键电枢反应是实现能量转换的关键l同步电机空载运行时，定子绕组开路，没有负载电流：不同步电机空载运行时，定子绕组开路，没有负载电流：不存在电枢反应，不存在由转子到定子的能量传递。存在电枢反应，不存在由转子到定子的能量传递。当同步发电机带有负载时，就产生了电枢反应。当同步发电机带有负载时，就产生了电枢反应。不同负载性质时，电枢磁场与转子电流产生不同性质的电磁力和电磁转不同负载性质时，电枢磁场与转子电流产生不同性质的电磁力和电磁转矩。实现能量的传递矩。实现能量的传递（a)：电枢反应交轴作用，电磁力与旋转方向相反，为了维持：电枢反应交轴作用，电磁力与旋转方向相反，为了维持发电机的转速不变，必须随着有功负载的变化调节原动机的输发电机的转速不变，必须随着有功负载的变化调节原动机的输入功率入功率（b）（）（c）：电枢反应直轴作用，）：电枢反应直轴作用，b为去磁，为去磁，c为助磁，为保持为助磁，为保持发电机的端电压不变，必须随着无功负载的变化相应地调节转发电机的端电压不变，必须随着无功负载的变化相应地调节转子的励磁电流。子的励磁电流。第五节第五节 不计饱和分析隐极同步发电机不计饱和分析隐极同步发电机l当不考虑磁路饱和现象时，可以应用叠加原理：当不考虑磁路饱和现象时，可以应用叠加原理：假设转子磁场与电枢磁场分别在定子绕组中感应假设转子磁场与电枢磁场分别在定子绕组中感应电势。转子磁场感应的电势为空载电势；电枢磁电势。转子磁场感应的电势为空载电势；电枢磁场感应的电势为电枢反应电势。场感应的电势为电枢反应电势。l定子回路每相电压平衡式定子回路每相电压平衡式)(0jxrIUEEEaa5.1 隐极发电机的等效电路隐极发电机的等效电路lE0空载电势，空载电势，反应转子磁场的作反应转子磁场的作用用lEa电枢反应电电枢反应电势，反应电枢磁场势，反应电枢磁场的作用。是三相合的作用。是三相合成电枢反应磁场在成电枢反应磁场在一相绕组中的感应一相绕组中的感应电势。电势。5.2 电枢反应电抗电枢反应电抗xa和同步电抗和同步电抗xsl当三相对称电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的当三相对称电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势电枢磁势，在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通，在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通 和不通过气隙的漏磁通和不通过气隙的漏磁通，分别在电枢各相绕组中感应，分别在电枢各相绕组中感应出电枢反应电势出电枢反应电势 和漏磁电势和漏磁电势 。lEa与电枢电流与电枢电流 的大小成正比的大小成正比(不计饱和不计饱和)，比例常数称，比例常数称 为电枢反应电抗为电枢反应电抗xa。考虑到相位关系后，每相电枢反。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：应电势为：aEEaEIjxEIjxaEa,物理意义：电枢反应磁场在定子每相绕组中感应的电枢反应电势，可以看作相电流所产生的一个电抗电压降aEaaFI电枢反应气隙磁通合成旋转磁势Xa推导推导电枢磁势基波振幅电枢磁场基波振幅每极电枢磁通 电枢反应电势电枢反应电抗 IkpNmIsqkmFNNa11222142IkpNmkFkBNaa1002lBaa2IpklkmfNNfkEaNaN212014272121016pklkmfNxNa隐极电机同步电抗隐极电机同步电抗 xs对应于定子绕组的漏磁通对应于定子电流所产生的空气隙旋转磁场 定子旋转磁势是三相电流联合产生的，幅值为每相脉动磁势幅值的3/2倍。磁通在绕组中的感应电势用相电流 在电抗上的压降表示，为每相值ssaaaZIUjxrIUxxjrIUE0 xs5.3 隐极发电机的相量图隐极发电机的相量图在作相量图时，假设已知：发电机的端电压，电枢电流，在作相量图时，假设已知：发电机的端电压，电枢电流，负载功率因数角，同步电抗。根据方程式求得励磁电势负载功率因数角，同步电抗。根据方程式求得励磁电势 步骤步骤1：在水平方向作出相量：在水平方向作出相量 U步骤步骤2：根据：根据角作角作I 的方向并作出相量的方向并作出相量 步骤步骤3：在：在U 的尾端加上的尾端加上 Ira 和和 相量相量jIx0 ，它超前于，它超前于I 90 得到得到E相量相量步骤步骤4：再加上相量：再加上相量jIxa，得到，得到E0相量相量xxjrIUEaa05.3 隐极发电机的相量图隐极发电机的相量图功角功角 E0与与U间的夹角，与功率有关间的夹角，与功率有关位移角位移角i 空间矢量空间矢量Ff1与与F间的相位角，反映负载后间的相位角，反映负载后磁势的位移磁势的位移(E0与与E之间的相位角）之间的相位角）sin0sMxUEP 附、电枢反应磁势的折算附、电枢反应磁势的折算l磁路不饱和时，分别由磁势磁路不饱和时，分别由磁势-磁密磁密-感应电势，然后进感应电势，然后进行叠加。行叠加。l考虑磁路饱和，则叠加原理不适用。必须先合成磁势，考虑磁路饱和，则叠加原理不适用。必须先合成磁势，利用磁化曲线，确定产生合成的磁场及其合成感应电势。利用磁化曲线，确定产生合成的磁场及其合成感应电势。l电枢磁势折算为等效的转子磁势，并与原转子磁势合成电枢磁势折算为等效的转子磁势，并与原转子磁势合成为等效的气隙合成磁势。为等效的气隙合成磁势。l隐极机与凸极机气隙形状不一样，有不同的折算结果。隐极机与凸极机气隙形状不一样，有不同的折算结果。附附.1 隐极机电枢反应磁势的折算隐极机电枢反应磁势的折算l折算原则：产生相等的基波磁场折算原则：产生相等的基波磁场l由于气隙均匀，则需基波磁势振幅相等由于气隙均匀，则需基波磁势振幅相等l转子磁势转子磁势ff，阶梯波，振幅为，阶梯波，振幅为Ff，基波振幅为，基波振幅为Ff1=kfFf。fffFFk1波形系数电枢反应磁势基波分量电枢反应磁势基波分量fa，正弦分布，振幅为，正弦分布，振幅为Fa设折算至转子磁势的折算值为设折算至转子磁势的折算值为Fa（阶梯形分布），相应的基（阶梯形分布），相应的基波分量振幅为波分量振幅为kfFa依据折算原则，则依据折算原则，则kfFa=Fa即：即：算系数隐极机电枢反应磁势折aaaafakFkFkF1隐极机气隙磁场简单计算隐极机气隙磁场简单计算）对应的（即利用空载特性求得有效转子磁势，得：同乘以气隙基波磁势011EFEFFFFFkFFFfafaafa x I jEFFIEFFIaaff1思考题思考题l12-3 同步电抗对应于什么磁通同步电抗对应于什么磁通?为什么说同步电抗是为什么说同步电抗是三相电流产生的电抗而它的数值又是每相值？每相同三相电流产生的电抗而它的数值又是每相值？每相同步电抗与每相绕组本身的激磁电抗有什么区别步电抗与每相绕组本身的激磁电抗有什么区别?l哪些是空间矢量哪些是空间矢量?哪些是时间相量哪些是时间相量?如何理解电流相量如何理解电流相量与电枢磁势与电枢磁势“同相同相”?l 三相电流通过对称三相绕组时产生电枢磁势三相电流通过对称三相绕组时产生电枢磁势为三相合成磁势，空间矢量），幅值总是和具有最为三相合成磁势，空间矢量），幅值总是和具有最大电流的相绕组轴线重合。大电流的相绕组轴线重合。l当某相电流最大时，电流相量在时间轴上。当某相电流最大时，电流相量在时间轴上。在时空图上，取时间轴与相绕组轴线空间轴重合，在时空图上，取时间轴与相绕组轴线空间轴重合，则有电流相量与电枢磁势则有电流相量与电枢磁势“同相重合。同相重合。第六节第六节 不计饱和凸极电机的分析不计饱和凸极电机的分析l凸极同步机的气隙不均匀在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。凸极同步机的气隙不均匀在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。l同一电枢磁势波作用在气隙不同处，会遇到不同的磁阻，产生不同的磁同一电枢磁势波作用在气隙不同处，会遇到不同的磁阻，产生不同的磁密。密。F=Rm，B=Sl双反应理论双反应理论电枢基波磁势电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直轴电枢反应磁势分解为直轴上的直轴电枢反应磁势Fad和交轴上的交轴电枢反应磁势和交轴上的交轴电枢反应磁势Faq。这种分别研究。这种分别研究Fad、Faq的作用，的作用，再进行叠加得出再进行叠加得出Fa的作用的分析方法称为双反应理论。的作用的分析方法称为双反应理论。l根据直轴和交轴的磁导，分别求出直轴和交轴的磁通密度波及磁通。根据直轴和交轴的磁导，分别求出直轴和交轴的磁通密度波及磁通。l求出在每相定子绕组中直轴电枢反应电势求出在每相定子绕组中直轴电枢反应电势Ead和交轴电枢反应电势和交轴电枢反应电势Eaq。l双反应法的基础是，当不计饱和时，适用叠加原理，用双反应法来分析双反应法的基础是，当不计饱和时，适用叠加原理，用双反应法来分析凸极同步电机。凸极同步电机。aqaqqaqaaadaddadEIFEIFEIF)()()(交轴直轴6.1 电路方程与等效电路电路方程与等效电路jXrIUEEEEaaqad0电枢反应电枢反应Fad磁通磁通ad电枢反应电枢反应Faq磁通磁通aq机械旋转机械旋转Ff1 磁通磁通0定子绕组漏磁场定子绕组漏磁场6.2 直轴电枢反应电抗直轴电枢反应电抗xadl直轴电枢反应磁势直轴电枢反应磁势fadl 基波振幅为基波振幅为 l磁通密度分布波的振幅磁通密度分布波的振幅l磁通密度波基波分量振幅磁通密度波基波分量振幅 l直轴电枢反应基波每极磁通直轴电枢反应基波每极磁通 l感应产生的直轴电枢反应电势感应产生的直轴电枢反应电势 dwadIkpNmF12adadFkBaddadBkB1ddwadadIpklkmNklB10211222ddwadwadIpkklkmfNfNkE21211042addadxI jEadadxkxkd的数值，一般在的数值，一般在081之间，它和磁极下之间，它和磁极下的最大、最小气隙之比值及极弧与极距之比值的最大、最小气隙之比值及极弧与极距之比值等数值有关等数值有关 气隙越大，则磁阻越大，电枢反应电抗越小气隙越大，则磁阻越大，电枢反应电抗越小6.3 交轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗xaqqwaqIkpNmF12aqaqFkB0qaqqqwaqwaqIxIpkklkmfNfNkE21201142qaqaqIjxEaqaqxkxkq的数值，一般在040.6之间 6.4 同步电抗同步电抗l主要受电枢反应电抗的影响，与电枢绕组匝数主要受电枢反应电抗的影响，与电枢绕组匝数平方平方N2成正比，与磁导成正比，与磁导成正比成正比l铁心饱和程度提高，则磁导减小铁心饱和程度提高，则磁导减小l气隙增大，则磁导减小。气隙增大，则磁导减小。l励磁绕组匝数增加，如不改变磁路饱和程度，励磁绕组匝数增加，如不改变磁路饱和程度，则同步电抗不变。则同步电抗不变。aqqaddxxxxxxklpklkmfNxNa721210166.5 凸极发电机的相量图凸极发电机的相量图l由负载性质，作出U和I相量l 确定E0的方向，得到内功率因数角l分解负载电流Id=Isin,Iq=Icos l得到E0qaqddx I jr IUxxI jE06.6 电抗简单比较说明电抗简单比较说明l变压器变压器l激磁电抗标幺值为几十无气隙，磁阻小，主磁通激磁电抗标幺值为几十无气隙，磁阻小，主磁通大），大），Im在在0.02-1标幺值标幺值l异步电机异步电机l激磁电抗标幺值为几气隙小，磁阻小，对应空载气激磁电抗标幺值为几气隙小，磁阻小，对应空载气隙主磁通），隙主磁通），Im在在0.2-0.5标幺值标幺值l同步电机同步电机l同步电抗标幺值：隐极机在同步电抗标幺值：隐极机在0.9-2.5，凸极机在，凸极机在0.65-1.6交轴交轴0.4-1.0），由于气隙大，磁阻大），由于气隙大，磁阻大附、电枢反应磁势的折算附、电枢反应磁势的折算l磁路不饱和时，分别由磁势磁路不饱和时，分别由磁势-磁密磁密-感应电势，然后感应电势，然后进行叠加。进行叠加。l考虑磁路饱和，则叠加原理不适用。必须先合成磁势，考虑磁路饱和，则叠加原理不适用。必须先合成磁势，利用磁化曲线，确定产生合成的磁场及其合成感应电利用磁化曲线，确定产生合成的磁场及其合成感应电势。势。l电枢磁势折算为等效的转子磁势，并与原转子磁势合电枢磁势折算为等效的转子磁势，并与原转子磁势合成为等效的气隙合成磁势。成为等效的气隙合成磁势。l隐极机与凸极机气隙形状不一样，有不同的折算结果。隐极机与凸极机气隙形状不一样，有不同的折算结果。附附.2 凸极机电枢反应磁势的折算凸极机电枢反应磁势的折算l气隙不均匀，电枢磁势波与磁密波有不同波形，气隙不均匀，电枢磁势波与磁密波有不同波形，折算条件：产生相同的基波磁密。折算条件：产生相同的基波磁密。l假设：不考虑交、直轴磁场间的相互影响主假设：不考虑交、直轴磁场间的相互影响主要是对磁路饱和程度的影响）要是对磁路饱和程度的影响）l交、直轴电枢反应磁场波形不同，分别进行折交、直轴电枢反应磁场波形不同，分别进行折算。算。凸极机转子励磁磁势凸极机转子励磁磁势l激磁磁势ff为矩形波l振幅为 Ff=NfIfl产生的磁密波近似矩形bfl 振幅为Bfl基波分量 bf1l 振幅为Bf1ffFkB0fBfBfFkkBkB01直轴电枢反应的折算直轴电枢反应的折算l直轴电枢反应磁势fadl基波振幅为Fadl磁场磁密波bad的振幅为Badl基波分量bad1的振幅为Bad1adadFkB0addaddadFkkBkB01折算：addadBFkkFkk00adadadBdadFkFkkF交轴电枢反应的折算交轴电枢反应的折算l交轴电枢反应磁势faql基波振幅为Faql产生马鞍形磁密波l假想在直轴上磁密baq振幅为Baql基波磁密波baq1的振幅为Baq1aqaqFkB0aqqaqqaqFkkBkB01折算：aqaqaqBqaqFkFkkFaqqaqBFkkFkk00凸极机磁场简单分析凸极机磁场简单分析l折算的物理意义：建立同样大小的基波磁场时，单位安匝的直轴或交轴电枢磁势基波相当于多少安匝的励磁磁势指幅值）l普通，kqkd，在隐极机中kd=kq=1EEFFIIEFFIEFFFFIaqaqaqaqqadaddddddfff1比较多个折算的异同比较多个折算的异同l变压器：用假想的绕组代替变压器一侧绕组，使成为变压器：用假想的绕组代替变压器一侧绕组，使成为k=1的变压器，折算原则的变压器，折算原则保持内部电磁平衡关系保持内部电磁平衡关系l异步电机：绕组折算同变压器，将转子绕组的电压、异步电机：绕组折算同变压器，将转子绕组的电压、电流和阻抗进行折算；频率折算是将旋转的转子等效电流和阻抗进行折算；频率折算是将旋转的转子等效为静止的转子，与定子绕组有相同的频率。为静止的转子，与定子绕组有相同的频率。l同步电机：激磁磁势为阶梯形波，电枢磁势为正弦波，同步电机：激磁磁势为阶梯形波，电枢磁势为正弦波，波形不同需折算，原则是产生相同的基波磁势隐极波形不同需折算，原则是产生相同的基波磁势隐极机或相同的基波磁密凸极机：由于气隙不均匀）机或相同的基波磁密凸极机：由于气隙不均匀）第七节第七节 电枢绕组的漏抗电枢绕组的漏抗l漏磁通在定子绕组中感应漏抗电势漏磁通在定子绕组中感应漏抗电势E，用漏抗，用漏抗x表示表示l漏磁路主要为气隙：不饱和，漏抗为常数，数值很小，标幺值漏磁路主要为气隙：不饱和，漏抗为常数，数值很小，标幺值0.07-0.45间间l高次空间谐波磁通旋转速度为同步速），在电枢中感应电势为高次空间谐波磁通旋转速度为同步速），在电枢中感应电势为基波频率，用差漏抗或谐波漏抗表示，数值更小。基波频率，用差漏抗或谐波漏抗表示，数值更小。l漏抗的影响：漏抗的影响：1.槽漏磁通产生电流的集肤效应，增加铜耗；槽漏磁通产生电流的集肤效应，增加铜耗；2.端端部漏磁通引起涡流，产生局部热；部漏磁通引起涡流，产生局部热；3.漏抗电势影响端电压。漏抗电势影响端电压。作业作业l思考题思考题12-1，2，3，4l12-1，12-2l要求绘出相量图，说明参考相量，要求绘出相量图，说明参考相量，区分角度区分角度、。l可以由上两题体会汽轮发电机与水可以由上两题体会汽轮发电机与水轮发电机的参数差异。轮发电机的参数差异。第八节同步发电机的空载、短路和负载特性第八节同步发电机的空载、短路和负载特性 1.空载特性、短路特性、负载特性空载特性、短路特性、负载特性曲线）曲线）2.测定同步电抗、计算短路比、测定测定同步电抗、计算短路比、测定漏抗漏抗3.外特性与调整特性外特性与调整特性4.电压变化率分析电压变化率分析同步电机的特性分析基础同步电机的特性分析基础l对称运行：指电机转速为额定值且保持恒定，并供给对称运行：指电机转速为额定值且保持恒定，并供给三相对称负载时的一种稳态运行方式三相对称负载时的一种稳态运行方式.l主要变量：电压主要变量：电压U、电枢电流、电枢电流I、激磁电流、激磁电流If和功率因和功率因数数cos l特性：特性：l l l主要参数：同步电抗主要参数：同步电抗xs、xd、xq及漏抗及漏抗x 0)1(00IIfEUf，空载特性 0)2(UIfIfk，短路特性constconstIIfUfcos,)3(，负载特性 constconstIIfUfcos,)4(，外特性 constconstUIfIfcos,)5(，调整特性区别不同的条件、区别不同的条件、参数间关系参数间关系标幺值计算时的基值标幺值计算时的基值l定子侧定子侧l电压基值电压基值额定相电压额定相电压l电流基值电流基值额定相电流额定相电流l容量功率基值容量功率基值电压基值电压基值电流基值电流基值l阻抗基值阻抗基值电压基值电压基值/电流基值电流基值l转子侧转子侧l转子电流基值转子电流基值空载电势为额定相电压时的励空载电势为额定相电压时的励 磁电流磁电流一一.同步发电机的空载特性同步发电机的空载特性l当空载运行时电枢绕组开路，当空载运行时电枢绕组开路，I=0）,空载电动势空载电动势E0随转子励磁随转子励磁l电流电流If变化的关系变化的关系。l空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律l E00l If Ff 当励磁电流较小时，由于磁通较小，当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载特性呈