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1、第12章 同步发电机的基本理论内容 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第12章 同步发电机的基本理论 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。要求第12章 同步发电机的基本理论12.1 同步发电机的空载运行一
2、、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, 不建立电电枢磁场场。空载时: 转子：If （Ff）主磁通主极漏磁通 是恒定磁场场，随转转子一起旋转转，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。 第12章 同步发电机的基本理论第12章 同步发电机的基本理论12.2 同步发电机的电枢反应电枢反应：电枢磁动
3、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。第12章 同步发电机的基本理论一、 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：第12章 同步发电机的基本理论二、 时的电枢反应此时，
4、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，才达到最大第12章 同步发电机的基本理论三、 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，已达最大第12章 同步发电机的基本理论四、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 第12章 同步发电机的基本理论同理分析可得：此时的电枢反应性质为：交磁
5、和直轴增磁。内功率因数角电电枢反应应性质质电电枢反应应的效应应交轴轴 使气隙磁场轴线场轴线 偏移，幅值值增大直轴轴去磁 使气隙磁场场削弱，电电枢端电压电压 降低直轴轴增磁 使气隙磁场场增强，电电枢端电压电压 升高交轴轴及直轴轴去磁 使气隙磁场轴线场轴线 偏移，幅值值减小， 电电枢端电压电压 降低交轴轴及直轴轴增磁 使气隙磁场轴线场轴线 偏移，幅值值增强， 电电枢端电压电压 升高同步发电机电枢反应的性质 第12章 同步发电机的基本理论五、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
6、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第12章 同步发电机的基本理论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 二者相对应第12章 同步发电机的基本理论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
7、电机运行的稳定性，短路电流的大小。第12章 同步发电机的基本理论二、相量图（不计计 ，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 第12章 同步发电机的基本理论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
8、果叠加起来。第12章 同步发电机的基本理论二、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第12章 同步发电机的基本理论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 一般参数第12章 同步发电机的基本理论三、相量图已知量：为为了画相量图图，应应先求出 由相量图图：讲解 例 12.4.1 第12章 同步发电机的基本理论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
9、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第12章 同步发电机的基本理论二、短路特性调节, 使变变化，记录记录 几组组数据，可画出短路特性曲线。 实验测取方法：定义：即定子稳态稳态 短路电电流与励磁电流之间的关系。第12章 同步发电机的基本理论短路特性是直线：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。第12章 同步发电机的基本理论三、外特性 定义：即 端电压电压 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：
10、 略有直轴去磁端电压略有下降。第12章 同步发电机的基本理论 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。 3048% （汽轮发电机）1830 %（水轮发电机）第12章 同步发电机的基本理论四、调整特性定义：即 励磁电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。第12章 同步发电机的基本理论本章结束
