同步发电机磁场PPT课件

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1、*1电机学电机学Electrical MachineryElectrical Machinery自动化系温志明自动化系温志明20122012电机学电机学同步发电机的磁场本节内容本节内容要点：1、时空相-矢量图2、负载运行时两个旋转磁动势 a.由直流电流产生的励磁磁动势 b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势3、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路4、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路电机学电机学同步发电机的磁场l 空载运行 空载磁场l 对称负载运行 电枢反应（重点）本节内容本节内容电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机空载运行同步发电机空载运行空载运行：定子绕组开路

2、，定子电流为零，转子绕组通入直流励磁电流，发电机被拖动以同步速度旋转的情况。电机学电机学同步发电机的磁场基波励磁磁动势基波励磁磁动势 当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转的磁动势，称为励磁磁动势。因为它随转子一起转动，从定子上看，它也是一个旋转磁动势，所以同电枢绕组磁动势的分析方法一样。1、凸极电机的励磁磁动势电机学电机学同步发电机的磁场基波励磁磁动势基波励磁磁动势电机学电机学同步发电机的磁场 励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中间不放绕组以使磁极磁动动势波形接近正弦，每极磁势最大幅值为 ，通过实际总槽数Z2与沿转子表面开的等距槽的总槽数Z2的比值查表得 。2、隐极电机的励磁磁动势基波

3、励磁磁动势基波励磁磁动势电机学电机学同步发电机的磁场基波励磁磁动势基波励磁磁动势电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势切割电枢绕组电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势漏磁通电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势l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。l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，从而得到较高品质的感应电势。 电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势电压波形畸变l定义：实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。l

4、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Y形接法消除三次及其倍数次谐波。 电机学电机学同步发电机的磁场对称负载运行对称负载运行l定子绕组接三相对称负载，定子电流不为零，有电枢磁动势产生；l转子绕组通入直流励磁电流，有励磁磁动势产生；l发电机被拖动以同步速度旋转。电机学电机学同步发电机的磁场空载与对称负载运行时空载与对称负载运行时物理情况对比物理情况对比电机学电机学同步发电机的磁场定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。一、 磁动势分析1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势（1） 大小： (A) （2） 转速： (r/min) （3） 转向：沿通电相序A、

5、B、C的方向，它与转子转向相同（4）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距 空载与对称负载运行时空载与对称负载运行时物理情况对比物理情况对比电机学电机学同步发电机的磁场2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势 （1） 大小： (A) （2） 转速：和转子转速一样为同步速（3） 转向：和转子转向一致（4） 极对数：和转子磁极的极对数相同空载与对称负载运行时空载与对称负载运行时物理情况对比物理情况对比电机学电机学同步发电机的磁场励磁磁动势励磁磁动势F Ff f与与电枢磁动势电枢磁动势F Fa a的特点的特点电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电枢反应l定义：电枢基波磁动势对主极基波磁场的影响

6、。l性质：取决于电枢基波磁动势与励磁磁动势在空间的相对位置，有交磁、助磁、去磁之分。l分析：取决于同步发电机的内功率因数角0。电机学电机学同步发电机的磁场 0 00 0时的电枢反应时的电枢反应BaB结论：1.电枢磁动势只有交轴分量，电枢反应对主极磁场的影响为交磁作用；2.交轴电枢反应使气隙合成磁场轴线位置从空载时的直轴处逆转后移一个角度，而幅值增加；3.转子主磁场B0超前气隙合成磁场B，电磁转矩对主磁极起制动作用。电机学电机学同步发电机的磁场000 09090时的电枢反应时的电枢反应结论：1.电枢磁动势包括交轴分量和直轴分量。2.交轴电枢反应对主极磁场的影响为交磁作用；3.直轴电枢反应对主极磁

7、场的影响为去磁作用。电机学电机学同步发电机的磁场-90-900 000时的电枢反应时的电枢反应结论：1.电枢磁动势包括交轴分量和直轴分量。2.交轴电枢反应对主极磁场的影响为交磁作用；3.直轴电枢反应对主极磁场的影响为助磁作用。电机学电机学同步发电机的磁场当当0 0角为不同值的电枢反应角为不同值的电枢反应电机学电机学同步发电机的磁场同步电机的时空矢量图同步电机的时空矢量图交磁去磁助磁电机学电机学同步发电机的磁场l 隐极同步发电机情况l 凸极同步发电机情况本节内容本节内容电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，它的大小对同步

8、电机的性能有很大影响，因此在未具体研究同步电机性能以前，先对同步电抗的概念作一介绍。 隐极同步电机：l隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的气隙是均匀分布的。下面我们就来分析他的电抗。电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l已知：l其中的 称为电枢反应电抗。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。l当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对应产生电动势电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l所以在

9、三相对称电流通过电枢绕组后，所产生的匝链定子绕组的磁通为（ ），两者在电枢绕组中所产生的全部电势为l式中 称为隐极同步电机的同步电抗。电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l这样同步发电机在负载下，电枢反应磁通及漏磁通所产生的作用，可以通过同步电抗压降的形式来表示了。l同步电机在正常状态下工作，磁路略呈饱和。磁路的饱和程度越高，它的磁阻便越大，所对应的电抗便会越小。所以磁阻或电抗的大小是随着磁路饱和程度的改变而改变的。电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义二、凸极同步电机： 凸极同步电机的特点就是气隙分布不均匀。这样我们就不能

10、用分析隐极式同样的方法来分析凸极同步电机的电抗。在凸极电机中，极面下气隙较小，两极之间气隙较大。 很显然，由于直轴处的气隙比交轴处小，故直轴磁导比交轴磁导大。这样，同样大小的电枢磁动势作用在直轴和交轴上时，所产生的电枢磁场将有明显的差别。而不同的磁阻将对应着不同的电抗。电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义所以，在这里，我们将磁动势 分解成沿直轴和交轴方向的两个分量。直轴电枢磁势固定地作用在直轴磁路上，对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通 。电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l交轴电枢磁势固定地作用在交轴磁路，也对应于一个恒

11、定不变的磁阻，产生磁通 。磁通 与 分别切割定子绕组而在其中感应出电势 及 。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以 正比于 ， 正比于 ，因此，电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗各和定子漏抗相加，便可以得到直轴同步电抗和交轴同步电抗，即电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理意义l注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所以 较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁阻大，所以 较小。当直轴及交轴的同步电抗相等时，就是隐极电机。电机学电机学同步发电机的磁场电枢反应电抗的物理意义电枢反应电抗的物理

12、意义l以上物理量都是一相的值；lXa：对称负载下单位电流感应的电枢反应电动势；lXa：综合反映了三相对称电流所产生的磁动势对一相的影响；lXa：相当于感应电机中的激磁电抗Xm。电枢反应电抗电机学电机学同步发电机的磁场气隙对磁导的影响气隙对磁导的影响隐极极凸电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机的电枢磁场凸极同步发电机的电枢磁场d 轴q 轴FadBadFaqBaqBad1Baq10=900=0电机学电机学同步发电机的磁场隐极同步发电机情况隐极同步发电机情况前提：不考虑饱和基本电磁关系电压方程式相量图等效电路同步电抗的物理意义电机学电机学同步发电机的磁场隐极同步发电机隐极同步发电机的基本电磁关

13、系的基本电磁关系转子主极：定子电枢：电机学电机学同步发电机的磁场隐极同步发电机隐极同步发电机的电压方程式的电压方程式同步电抗电枢反应电抗不计饱和电压方程电机学电机学同步发电机的磁场隐极同步发电机的相量图隐极同步发电机的相量图电机学电机学同步发电机的磁场隐极同步发电机的等效电路隐极同步发电机的等效电路电机学电机学同步发电机的磁场隐极同步发电机隐极同步发电机相量图的求解方法相量图的求解方法方法一：利用电压方程式；方法二：利用几何关系。caobd已知：U, I, , Ra, Xs求：E0, 电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机情况凸极同步发电机情况前提：不考虑饱和双反应理论基本电磁关系电压方程

14、式相量图等效电路直轴与交轴同步电抗的意义电机学电机学同步发电机的磁场双反应理论双反应理论电枢磁动势Fa的位置取决于0。当Fa既不在直轴、也不在交轴，而位于任意位置时，可把Fa分解为直轴分量Fad和交轴分量Faq，分别求解直轴电枢反应和交轴电枢反应，两者叠加，在不计饱和时就可得到一般情况下凸极同步电机的电枢反应。电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机凸极同步发电机的基本电磁关系的基本电磁关系转子主极：定子电枢：电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机凸极同步发电机的电压方程式的电压方程式直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机凸极同步发电机的电压方程式的电

15、压方程式电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图现在的问题：如何确定0？电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机的相量图凸极同步发电机的相量图为了确定0，画出相量图，定义一个虚拟电动势：与E0同相电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机凸极同步发电机相量图的标量求解方法相量图的标量求解方法电机学电机学同步发电机的磁场凸极同步发电机的等效电路凸极同步发电机的等效电路电机学电机学同步发电机的磁场直轴与交轴同步电抗的意义直轴与交轴同步电抗的意义ad (ad)aq (aq) () ()电机学电机学同步发电机的磁场同步电机参数的比较同步电机参数的比较电机学电机学同步发

16、电机的磁场例题例题l有一台 的汽轮发电机， ，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势 及内功率因数角。l有一台 的汽轮发电机， ，电枢电阻略去不计。每相励磁电动势为7520V，试求分下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质： (1) 每相是7.52纯电阻 (2) 每相是7.52纯电感； (3) 每相是(7.52-j7.52) 电阻电容性负载。 电机学电机学同步发电机的磁场例题例题解故 因 得 电机学电机学同步发电机的磁场例题例题解 阻抗基值 同步电抗 1.纯电阻负载时电枢电流 电流滞后于的角度为 ,故电枢反应是直轴去磁兼交磁作用。电机学电机学同步发电机的磁场例题例题2.纯电感负载时电枢电流 此时为 ,故电枢反应是直轴去磁作用。时，电枢电流 此时为 ,故电枢反应是交磁作用。3.阻容性负载且电机学电机学同步发电机的磁场例题例题1.有一台 , , 接法 （滞后）的水轮发电机 ， ， ， ，试求在额定负载下励磁电动势 及内功率因数角解 故 有 令 则 电机学电机学同步发电机的磁场例题例题又 则 故 电机学电机学同步发电机的磁场