第章同步发电机的基本理论课件

[内容]

12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图12.1同步发电机的空载运行12.2同步发电机的电枢反应12.4凸极同步发电机的电动势方程式和相量图12.5同步发电机的运行特性[内容]12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图1掌握同步发电机的电枢反应概念，不同负载性质时电枢反应的性质。理解电枢磁动势的双反应理论及其在凸极发电机中的应用。掌握隐极和凸极同步发电机负载时的电磁过程。掌握隐极和凸极同步发电机的电动势方程式和相量图。理解电枢反应电抗和同步电抗的物理意义。掌握同步发电机的各种运行特性。[要求]掌握同步发电机的电枢反应概念，不同负载性质时电枢反应的性质12.1同步发电机的空载运行一、主磁通和漏磁通

转子由原动机拖动以同步转速旋转；转子励磁绕组通以直流励磁电流；定子电枢绕组开路，电枢电流为零。空载运行：定子：Ia

=0,不建立电枢磁场。空载时:转子：If（Ff）主磁通主极漏磁通是恒定磁场，随转子一起旋转，称为机械旋转磁场。空载主磁场（主极磁场）：穿过气隙交链定子绕组，切割定子并在定子绕组中感应电动势，起能量转换作用。空载漏磁场：它也不会在励磁绕组中感应电动势。是恒定磁场，只交链励磁绕组，不会在定子绕组中感应电动势，不参与能量转换。12.1同步发电机的空载运行一、主磁通和漏磁通二、空载特性空载特性磁化曲线二者形状相同。空载特性反映了电机主磁路的饱和程度：空载电动势励磁电动势随转子以同步速n旋转直流空载特性：较大时，磁路饱和，空载特性曲线逐渐向下偏离气隙线；较小时，磁路不饱和，（气隙线）；发电机的额定工作点一般处于临界饱和点。二、空载特性空载特性磁化曲线二者形状相同。空载特性反映了电机12.2同步发电机的电枢反应电枢反应：电枢磁动势对空载主磁场（主极磁场）产生的影响称为电枢反应。电枢反应性质（交磁、去磁、增磁）:相角差与取决于（内功率因数角）负载运行时:定子三相电流（电气旋转磁场）与转子同转向、同转速旋转。Fa对将产生影响。气隙磁场由Fa与Ff共同建立，即取决于发电机负载的性质。12.2同步发电机的电枢反应电枢反应：电枢磁动势对空载主磁一、时的电枢反应在图示瞬间：U相最大最大处在U相轴线上转子磁极轴线称为直轴（d轴）两极之间轴线称为交轴（q轴）定义此时处于交轴，称为交轴电枢反应。气隙合成磁动势交轴电枢反应使气隙磁场的轴线位置发生变化，幅值也发生变化。只有交轴电枢反应：一、二、时的电枢反应此时，为直轴去磁电枢反应，使气隙磁场减弱。气隙合成磁动势U相最大，当磁极转到水平位置时，处在U相轴线上（如图）U相当磁极再转过90o时，才达到最大二、三、时的电枢反应此时，为直轴增磁电枢反应，使气隙磁场增强。气隙合成磁动势U相最大，当磁极转到水平位置时，处在U相轴线上（如图）U相之前90o，磁极处于垂直位置时，已达最大三、四、一般情况下的电枢反应分解法U相最大，当磁极转到水平位置时，处在U相轴线上（如图）U相当磁极再转过时，才达到最大直轴去磁电枢反应交磁电枢反应四、一般情况下的电枢反应分U相最大，当磁极转到水平位置时，处同理分析可得：此时的电枢反应性质为：交磁和直轴增磁。内功率因数角电枢反应性质电枢反应的效应交轴使气隙磁场轴线偏移，幅值增大直轴去磁使气隙磁场削弱，电枢端电压降低直轴增磁使气隙磁场增强，电枢端电压升高交轴及直轴去磁使气隙磁场轴线偏移，幅值减小，电枢端电压降低交轴及直轴增磁使气隙磁场轴线偏移，幅值增强，电枢端电压升高同步发电机电枢反应的性质同理分析可得：此时的电枢反应性质为：交磁和直轴增磁。内功率因五、时-空统一相量图二者角速度相同时可画在一起时-空统一相量图在时-空相量图中：重合，处于直轴；重合，由角决定位置。处于交轴；用时-空相量图分析电枢反应的性质十分直观简便。空间矢量时间相量具有相同的角速度，可画出同步电机的时-空相量图。时间正弦量可用时间相量表示空间正弦量可用空间矢量表示五、时-空统一相量图二者角速度相同时-空统一相量图在时-空相12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图一、电动势方程式不考虑磁路饱应用叠加原理2.电动势方程式1.电磁关系气隙电动势气隙合成磁通二者相对应12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图一、电动势方程得代入将定子绕组漏电抗，对应定子漏磁通的大小隐极同步发电机的同步电抗电枢反应电抗，对应电枢反应磁通的大小参数忽略很小的时：同步电抗是同步电机的一个重要参数，它综合反映了电枢主磁场和漏磁场的作用。大小影响同步发电机端电压波动程度、发电机运行的稳定性，短路电流的大小。得代入将定子绕组漏电抗，对应定子漏磁通的大小隐极同步发电机二、相量图（不计，感性负载）与夹角，(外)功率因数角与夹角，内功率因数角与夹角，功率角（功角）常用计算公式：讲解

[例12.3.1]

二、相量图（不计，感性负载）与夹角，(外)12.4凸极同步发电机的电动势方程式和相量图一、双反应理论

直轴气隙小，磁阻小；交轴气隙大，磁阻大。凸极电机气隙不均匀：旋转的作用在不同位置时，遇到的磁阻不同，产生的不同，对应也不同。双反应理论：

不论作用在什么位置，总是先把它分解为和，这两个分量分别固定地作用在直轴和交轴磁路上，各自产生直轴和交轴电枢反应，即“双反应”，最后再把结果叠加起来。12.4凸极同步发电机的电动势方程式和相量图一、双反应理论二、电动势方程式1.电磁关系2.电动势方程式气隙电动势气隙合成磁通二者相对应用双反应理论二、电动势方程式1.电磁关系2.电动势方程式气隙电得将代入忽略很小的时：隐极发电机直轴同步电抗交轴电枢反应电抗，对应直轴电枢反应电抗，对应交轴同步电抗一般参数得将代入忽略很小的时：隐极发电机直轴同步电抗交三、相量图已知量：为了画相量图，应先求出由相量图：讲解[例12.4.1]

三、相量图已知量：为了画相量图，应先求出由相量图12.5同步发电机的运行特性之间的关系：运行特性。描述同步发电机运行时，一、空载特性用途：表征磁路饱和情况，磁路设计的合理性；与短路特性配合可以确定同步电抗参数。取磁滞回线的平均值作为空载特性曲线。定义：即定子空载电压与励磁电流之间的关系。实验测取方法：调节调节得到磁滞回线12.5同步发电机的运行特性之间的关系：运行特性。描述同二、短路特性调节,使变化，记录几组数据，可画出短路特性曲线。

实验测取方法：定义：即定子稳态短路电流与励磁电流之间的关系。二、短路特性调节,使变化，记录几组数据，可画出短路特性曲线短路特性是直线：短路电流不大:从磁路看：从电路看：不大较大同步发电机稳态三相短路是没有危险的。短路特性是直线：短路电流不大:从磁路看：从电路看：不大较大三、外特性定义：即端电压与负载电流之间的关系。负载性质不同，外特性曲线形状不同:感性负载时，外特性是下降的。容性负载时，外特性是上升的。电阻性负载：

略有直轴去磁端电压略有下降。三、外特性定义：即端电压与负载电流之间的关系。负载性质不感性负载阻性负载容性负载电压变化率：在下：电压变化率是同步发电机重要的运行性能指标。反映了端电压波动的程度。现代同步发电机装有自动调压装置，可自动调节励磁电流，维持电压基本不变。30～48%（汽轮发电机）18～30%（水轮发电机）感性负载四、调整特性定义：即励磁电流与负载电流之间的关系。当Ia变化时，U将发生变化，为保持U恒定，可以通过调节If来实现。感性和阻性负载时：，为保持U不变以补偿电枢反应的去磁作用和同步阻抗压降，因此调整特性曲线是上升的；容性负载时:，为保持U不变所以调整特性是下降的。根据调整特性，在一定时，可确定在给定Ia变化范围内，维持U不变所需If的调节范围。四、调整特性定义：即励磁电流与负载电流之间的关系。当Ia本章结束本章结束[内容]

12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图12.1同步发电机的空载运行12.2同步发电机的电枢反应12.4凸极同步发电机的电动势方程式和相量图12.5同步发电机的运行特性[内容]12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图1掌握同步发电机的电枢反应概念，不同负载性质时电枢反应的性质。理解电枢磁动势的双反应理论及其在凸极发电机中的应用。掌握隐极和凸极同步发电机负载时的电磁过程。掌握隐极和凸极同步发电机的电动势方程式和相量图。理解电枢反应电抗和同步电抗的物理意义。掌握同步发电机的各种运行特性。[要求]掌握同步发电机的电枢反应概念，不同负载性质时电枢反应的性质12.1同步发电机的空载运行一、主磁通和漏磁通

转子由原动机拖动以同步转速旋转；转子励磁绕组通以直流励磁电流；定子电枢绕组开路，电枢电流为零。空载运行：定子：Ia

=0,不建立电枢磁场。空载时:转子：If（Ff）主磁通主极漏磁通是恒定磁场，随转子一起旋转，称为机械旋转磁场。空载主磁场（主极磁场）：穿过气隙交链定子绕组，切割定子并在定子绕组中感应电动势，起能量转换作用。空载漏磁场：它也不会在励磁绕组中感应电动势。是恒定磁场，只交链励磁绕组，不会在定子绕组中感应电动势，不参与能量转换。12.1同步发电机的空载运行一、主磁通和漏磁通二、空载特性空载特性磁化曲线二者形状相同。空载特性反映了电机主磁路的饱和程度：空载电动势励磁电动势随转子以同步速n旋转直流空载特性：较大时，磁路饱和，空载特性曲线逐渐向下偏离气隙线；较小时，磁路不饱和，（气隙线）；发电机的额定工作点一般处于临界饱和点。二、空载特性空载特性磁化曲线二者形状相同。空载特性反映了电机12.2同步发电机的电枢反应电枢反应：电枢磁动势对空载主磁场（主极磁场）产生的影响称为电枢反应。电枢反应性质（交磁、去磁、增磁）:相角差与取决于（内功率因数角）负载运行时:定子三相电流（电气旋转磁场）与转子同转向、同转速旋转。Fa对将产生影响。气隙磁场由Fa与Ff共同建立，即取决于发电机负载的性质。12.2同步发电机的电枢反应电枢反应：电枢磁动势对空载主磁一、时的电枢反应在图示瞬间：U相最大最大处在U相轴线上转子磁极轴线称为直轴（d轴）两极之间轴线称为交轴（q轴）定义此时处于交轴，称为交轴电枢反应。气隙合成磁动势交轴电枢反应使气隙磁场的轴线位置发生变化，幅值也发生变化。只有交轴电枢反应：一、二、时的电枢反应此时，为直轴去磁电枢反应，使气隙磁场减弱。气隙合成磁动势U相最大，当磁极转到水平位置时，处在U相轴线上（如图）U相当磁极再转过90o时，才达到最大二、三、时的电枢反应此时，为直轴增磁电枢反应，使气隙磁场增强。气隙合成磁动势U相最大，当磁极转到水平位置时，处在U相轴线上（如图）U相之前90o，磁极处于垂直位置时，已达最大三、四、一般情况下的电枢反应分解法U相最大，当磁极转到水平位置时，处在U相轴线上（如图）U相当磁极再转过时，才达到最大直轴去磁电枢反应交磁电枢反应四、一般情况下的电枢反应分U相最大，当磁极转到水平位置时，处同理分析可得：此时的电枢反应性质为：交磁和直轴增磁。内功率因数角电枢反应性质电枢反应的效应交轴使气隙磁场轴线偏移，幅值增大直轴去磁使气隙磁场削弱，电枢端电压降低直轴增磁使气隙磁场增强，电枢端电压升高交轴及直轴去磁使气隙磁场轴线偏移，幅值减小，电枢端电压降低交轴及直轴增磁使气隙磁场轴线偏移，幅值增强，电枢端电压升高同步发电机电枢反应的性质同理分析可得：此时的电枢反应性质为：交磁和直轴增磁。内功率因五、时-空统一相量图二者角速度相同时可画在一起时-空统一相量图在时-空相量图中：重合，处于直轴；重合，由角决定位置。处于交轴；用时-空相量图分析电枢反应的性质十分直观简便。空间矢量时间相量具有相同的角速度，可画出同步电机的时-空相量图。时间正弦量可用时间相量表示空间正弦量可用空间矢量表示五、时-空统一相量图二者角速度相同时-空统一相量图在时-空相12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图一、电动势方程式不考虑磁路饱应用叠加原理2.电动势方程式1.电磁关系气隙电动势气隙合成磁通二者相对应12.3隐极同步发电机的电动势方程式和相量图一、电动势方程得代入将定子绕组漏电抗，对应定子漏磁通的大小隐极同步发电机的同步电抗电枢反应电抗，对应电枢反应磁通的大小参数忽略很小的时：同步电抗是同步电机的一个重要参数，它综合反映了电枢主磁场和漏磁场的作用。大小影响同步发电机端电压波动程度、发电机运行的稳定性，短路电流的大小。得代入将定子绕组漏电抗，对应定子漏磁通的大小隐极同步发电机二、相量图（不计，感性负载）与夹角，(外)功率因数角与夹角，内功率因数角与夹角，功率角（功角）常用计算公式：讲解

[例12.3.1]

二、相量图（不计，感性负载）与夹角，(外)12.4凸极同步发电机的电动势方程式和相量图一、双反应理论

直轴气隙小，磁阻小；交轴气隙大，磁阻大。凸极电机气隙不均匀：旋转的作用在不同位置时，遇到的磁阻不同，产生的不同，对应也不同。双反应理论：

不论作用在什么位置，总是先把它分解为和，这两个分量分别固定地作用在直轴和交轴磁路上，各自产生直轴和交轴电枢反应，即“双反应”，最后再把结果叠加起来。12.4凸极同步发电机的电动势方程式和相量图一、双反应理论二、电动势方程式1.电磁关系2.电动势方程式气隙电动势气隙合成磁通二者相对应用双反应理论二、电动势方程式1.电磁关系2.电动势方程式气隙电得将代入忽略很小的时：隐极发电机直轴同步电抗交轴电枢反应电抗，对应直轴电枢反应电抗，对应交轴同步电抗一般参数得将代入忽略很小的时：隐极发电机直轴同步电抗交三、相量图已知量：为了画相量图，应先求出由相量图：讲解[例12.4.1]

三、相量图已知量：为了画相量图，应先求出由相量图12.5同步发电机的运行特性之间的关系：运行特性。描述同步发电机运行时，一、空载特性用途：表征磁路饱和情况，磁路设计的合理性；与短路特性配合可以确定同步电抗参数。取磁滞回线的平均值作为空载特性曲线。定义：即定子空载电压与励磁电流之间的关系。实验测取方法：调节调节得到磁滞回线12.5同步发电机的运行特性之间的关系：运行特性。描述同二、短路特性调节,使变化，记录几组数据，可画出短路特