同步电机电枢反应

同步电机电枢反应第1页/共30页第四篇同步电机

同步电机的特点是转子转速与定子产生旋转磁场的转速相等同步电机的一个主要用途是作发电机，此外，也作电动机或调相机运行。通常,同步电机的转子磁场是一个恒定磁场,定子磁场是一个旋转磁场第2页/共30页

第十四章同步电机的基本结构和工作原理基本构造型式

一、磁极旋转式（1）隐极式这种型式构造牢固，用于少极高速的同步电机中，汽轮发电机都采用隐极式。直流励磁绕组嵌放在槽中，两个大齿分别形成N、S极。

（2）凸极式这种型式构造简单，通常用于多极低速的同步电机中，水轮发电机都采用凸极式。励磁绕组在磁极上。

二、电枢旋转式励磁绕组在定子上，电枢绕组在转子上，由于从转动着的电枢绕组要通过滑动接触才能输出或输入电能，只适用于几个千瓦以下的小功率范围

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第十四章同步电机的基本结构和工作原理一、定子交流励磁的旋转磁场同步电机定子与异步电机的相同。当时间相位对称的三相交流电通过空间三相对称分布的交流绕组时，气隙中产生一个三相合成的旋转磁场二、直流励磁的旋转磁场转子的励磁绕组两端接直流电源，在励磁绕组内通过直流励磁电流时会产生直流励磁磁场

随转子一起以同步速旋转

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第十四章同步电机的基本结构和工作原理三、工作原理

作发电机运行时定子三相绕组切割该旋转磁场，感应空载电势感应电势的频率为

加负载后，定子三相交流绕组（亦称电枢绕组）出现电枢电流，产生电枢磁场，磁势为在前，在后一起旋转。

做电动机运行时，定子三相交流绕组（电枢绕组）接三相电源。定子产生三相合成旋转磁场依靠磁拉力驱动直流励磁的转子同速同向旋转。

在前，在后一起旋转。

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第十四章同步电机的基本结构和工作原理与始终是同速同向旋转，相对静止，形成气隙合成磁势为电枢磁势的基波对气隙磁势基波转子励磁绕组不切割磁场，故在励磁绕组内不产生感应电势。的影响称为电枢反应第6页/共30页

第三节同步电机的额定值1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。2）额定电流：流过定子绕组的线电流。3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率。发电机：输出的是电功率电动机：输出的是机械功率第7页/共30页4)相数m：一般m=3。5)额定频率:我国额定工业频率规定

=50Hz.6）额定转速：额定转速即为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。7）额定励磁电压8）额定励磁电流

第三节同步电机的额定值第8页/共30页第十五章同步电机的基本方程式和相量图基本要求：了解同步电机的电枢反应。掌握同步电机的同步电抗、磁路末饱和时的基本方程式和相量图。第一节对称负载时的电枢反应同步电机转子直流励磁磁势以同步速切割电枢绕组，在电枢绕组内对应感应出三相电势，每相为称为励磁电势。

由电枢电流I产生的电枢磁势则气隙合成磁势为电枢绕组切割气隙合成磁场，感应出三相电势，每相为称合成气隙电势。

第9页/共30页第一节对称负载时的电枢反应在电枢绕组内每相的电枢电流滞后于励磁电势的相角。内功率因数角

:滞后于

电枢绕组每相都用一个等效整距集中绕组来表示，磁极画成凸极式(更形象直观，同样适用于隐极式)。励磁磁势和电枢磁势只考虑基波，并选取A相电势达最大值时刻绘制相量图。

d轴q轴A轴AX

ZBCYFfNSd轴直轴纵轴q轴交轴横轴磁极旋转磁势两极之间的中线相量图第10页/共30页第一节对称负载时的电枢反应同相时的电枢反应

和

一

,d轴q轴A轴AX

ZBCYFfNS时，电枢旋转磁势的轴线作用在q轴，称为交轴电枢反应。交轴电枢反应使合成磁场轴线的位置从直轴处逆转向后移了一个锐角，其幅值则有所增加。为三相合成磁势,当A相电流最大时,的方向与A轴一致第11页/共30页第一节对称负载时的电枢反应时的电枢反应

滞后于

二

,电枢旋转磁势的轴线作用在d轴上,方向与的方向相反,起去磁反应,称直轴去磁电枢反应。

d轴q轴A轴AX

ZBCYFfNS

当电机的端电压保持不变时，合成气隙磁场也应近似不变,否则会引起电势和电流的变化。故当电枢反应呈去磁作用时，为要保持激励所需的气隙磁场，原有的直流励磁就不够了，必须增大主极激磁,使同步电机处于过激状态。换言之，过激的同步电机将向电网输送感性无功功率，或自电网吸取容性无功功率。同步电机将向电网输送感性无功功率，(感性负载)第12页/共30页第一节对称负载时的电枢反应时的电枢反应

超前于

三

,电枢旋转磁势的轴线作用在d轴上,方向与的方向相同,起去磁反应,称直轴助磁电枢反应。

d轴q轴A轴AX

ZBCYFfNS

当电机的端电压保持不变时，合成气隙磁场也应近似不变,否则会引起电势和电流的变化。故当电枢反应呈助磁作用时，为要保持激励原有的气隙磁场，原有的直流励磁就过大了，必须减小主极激磁,使同步电机处于欠激状态。换言之，欠激的同步电机将向电网输送容性无功功率，或自电网吸取感性无功功率。同步电机将向电网输送容性无功功率，(容性负载)第13页/共30页第一节对称负载时的电枢反应反相时的电枢反应

和

四

,d轴q轴A轴AX

ZBCYFfNS时，电枢旋转磁势的轴线作用在q轴，为交轴电枢反应。交轴电枢反应使合成磁场轴线的位置从直轴处顺转向前移了一个锐角，其幅值则有所增加。第14页/共30页电枢反应和机--电能量转换交轴电枢磁动势和励磁磁动势作用形成电磁转矩直轴电枢磁动势不形成电磁转矩,只改变磁场大小第15页/共30页第一节对称负载时的电枢反应d轴q轴A轴AXBFfNS电枢旋转磁势五

,为任意值时的电枢反应可把电枢磁势分解为直轴分量和交轴分量。直轴分量又可能起当直轴电枢磁势起去磁作用时，不论是发电机状态或是电动机，均系处在过激状态。当直轴电枢磁势起助磁作用时，不论它用作发电机或是电动机，均系处在欠激状态。可有任意的相对位置。去磁作用或助磁作用。发电机阻感性负载较多第16页/共30页电枢磁势和电枢电流分量

d轴q轴A轴AXBFfNS

第17页/共30页d轴q轴A轴AXBFfNS

第二节电枢反应磁通凸极电机气隙不均匀，相同电枢磁势在不同位置的电枢反应结果不一样,采用双反应理论,分别求出直轴电枢反应和交轴电枢反应，最后把它们的效果迭加起来。

隐极同步电机的电枢反应磁路不饱和磁路饱和时第18页/共30页

第二节电枢反应磁通1，等效励磁磁势（方波）产生的基波磁密2，直轴电枢磁势

（正弦）产生的基波磁密3，交轴电枢磁势

（正弦）产生的基波磁密——磁极极面范围每单位面积的磁导（磁阻的倒数）——波形系数（折算到正弦波）第19页/共30页第三节同步电抗1、漏电势

不饱和。所以，是个常数，且数值较小。2、电枢反应电势，当磁路末饱和时从相位上来看，滞后滞后一、凸极电机的同步电抗第20页/共30页———直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗。由于直轴磁路和磁导大于交轴磁路的磁导，直轴系统和交轴系统同时存在电枢漏电抗，故和———直轴同步电抗和交轴同步电抗。

第三节同步电抗d轴q轴A轴AXBFfNS第21页/共30页———隐极同步电机的同步电抗。

第三节同步电抗

二、隐极电机的同步电抗气隙均匀

———隐极同步电机的电枢反应电抗。相当于异步电机的

在同样大小电流情况下,如果越大，电枢反应电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此的大小可以说明电枢反应的强弱。第22页/共30页第四节基本方程式和相量图

每极励磁磁势

电枢每极基波磁势气隙合成每极磁势

轴

轴——

磁路不饱和时磁路饱和时第23页/共30页一、隐极同步电机的电势方程式和矢量图第四节基本方程式和相量图

第24页/共30页3隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数ra、xt当功率因数cosφ滞后时的相量图功率角:φψθ超前于的角度第25页/共30页3隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数xt当功率因数cosφ滞后时的相量图φψθ第26页/共30