第六章同步电机磁场62

1第二节同步电机的运行原理（基本电磁关系）2第二节同步电机的运行原理（基本电磁关系）3同步电机的励磁系统同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有重要影响。分类，励磁系统主要有两大类：一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的交流励磁机整流励磁系统。4同步发电机的空载运行5同步电机的空载运行空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个部分。

主极磁通是否通过气隙交链主磁通通过于定子绕住相交链主极漏磁通不通过仅与励磁绕组相交链6同步电机的空载运行

当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为的一组对称三相空载电动势：忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为式中：为每极的主磁通量7同步发电机的空载运行8同步发电机的空载运行9（1）励磁磁动势10（1）励磁磁动势11（1）励磁磁动势12定义磁极磁动势的基波分量振幅与实际磁动势最大幅值之比为，称为电机的励磁磁动势波形系数，即隐极式同步电机的空载磁动势

隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶梯波形，如下图所示，幅值为（其中为励磁电流，为励磁绕组的每极匝数）

大齿13（1）励磁磁动势14凸极式同步电机的空载磁动势

凸极同步电机的绕组式集中绕组，它所产生的磁动势是矩形波，幅值为，基波分量的振幅为励磁磁动势的波形系数152.基波励磁磁动势16（2）基波励磁磁动势17（2）基波励磁磁动势18（2）基波励磁磁动势19同步发电机的空载运行203.基波气隙磁通密度213.基波气隙磁通密度22同步发电机的空载运行234.电枢绕组的磁链、感应电动势244.电枢绕组的磁链、感应电动势254.电枢绕组的磁链、感应电动势26同步发电机的空载运行27画在同一坐标平面上的时间相量图和空间矢量图称为时空矢量图。参考轴的选取是任意的。但一般把相绕组轴线作为空间矢量参考轴令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合相绕组轴线－相轴；转子绕组轴线－直轴；与直轴正交（90度电角度）－交轴时间相量与空间矢量直轴相轴，交轴时轴285.时空相矢量图295.时空相矢量图305.时空相矢量图315.时空相矢量图32同步发电机的空载运行336.空载特性34对称负载时的电枢反应35对称负载时的电枢反应空载：I≈0，Fa≈0，气隙磁场只由转子电流产生；负载时：I≠0，Fa≠0，Fa对Ff的影响称电枢反应同步电机电枢磁势与转子磁势间的相对位置取决于负载电流的性质。同步和空载电势电机输出电流之间的相角定义为内功率因数角。时，电流滞后于；端电压和之间的相位角称为外功率因数角

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36同步发电机负载时的电枢反应37同步发电机负载时的电枢反应38同步发电机负载时的电枢反应39电枢反应的性质40电枢反应的性质41电枢反应的性质42电枢反应的性质43Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势有增磁作用因为I、E同相，所以不发无功功率

电枢反应的性质（内功率因数角）44

Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势有增磁作用因为I、E反相，所以不发无功功率电枢反应的性质（内功率因数角）45电枢反应的性质46电枢反应的性质（内功率因数角）

时间相量图时空矢量图时轴相轴交轴时轴直轴47电枢反应的性质48

时间相量图