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1、第三篇第三篇 同步电机同步电机n n同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系n n同步发电机对称运行时的特性同步发电机对称运行时的特性n n同步发电机并网运行同步发电机并网运行10/2006 C.B.Zeng1同步电机的基本特点：同步电机的基本特点：n=n1n nn1=60f1/P，f1电网频率电网频率n n同步电机的用途：主要作发电机；电动同步电机的用途：主要作发电机；电动机；同步调相机。机；同步调相机。n n主要介绍同步电机的结构、分析方法、主要介绍同步电机的结构、分析方法、运行特性和它的各种参数。运行特性和它的各种参数。10/2006 C.B.Zeng2第十六章第十六章 同步发电
2、机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系16-1同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理转子绕组通以直流电流转子绕组通以直流电流形成分布磁场，形成分布磁场，匝链定子上的各相绕组。匝链定子上的各相绕组。定子上嵌放有定子上嵌放有对称对称三三相绕组相绕组a-x、b-y、c-zSNnIf同步电机的基本结构同步电机的基本结构同步电机的基本结构同步电机的基本结构10/2006 C.B.Zeng3同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁转子通直流电流 If励磁磁场Bf电枢感应电势随转子旋转 角速度SNnea三相对称负 载运行时旋转基
3、波 磁势三相对称电 枢电流 iabc(同步电机)ebecIf10/2006 C.B.Zeng416-2 16-2 同步电机的构造特点同步电机的构造特点n n同步电机一般采用同步电机一般采用同步电机一般采用同步电机一般采用旋转磁极式结构旋转磁极式结构旋转磁极式结构旋转磁极式结构，根据磁极，根据磁极，根据磁极，根据磁极形状可分为形状可分为形状可分为形状可分为隐极隐极隐极隐极和和和和凸极凸极凸极凸极两种型式。两种型式。两种型式。两种型式。 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合凸极同步电机气隙不
4、均匀，适合于中速或低速旋转场合 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于 高速旋转高速旋转高速旋转高速旋转10/2006 C.B.Zeng5国产国产300MW汽轮发电机汽轮发电机10/2006 C.B.Zeng61、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构300300MWMW水氢冷发电机结构水氢冷发电机结构10/2006 C.B.Zeng7隐极同步电机结构实物图隐极同步电机结构实物图隐极同步电机结构实物图隐极同步电机结构实物图大型汽轮发电机定子铁心槽大型
5、汽轮发电机定子铁心槽大型汽轮发电机定子铁心槽大型汽轮发电机定子铁心槽汽轮发电机完工后的定子汽轮发电机完工后的定子汽轮发电机完工后的定子汽轮发电机完工后的定子10/2006 C.B.Zeng81 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构（1 1）定子铁心）定子铁心）定子铁心）定子铁心思考：定子铁心为什么要用思考：定子铁心为什么要用思考：定子铁心为什么要用思考：定子铁心为什么要用0.50.5mmmm的硅钢片叠裝？的硅钢片叠裝？的硅钢片叠裝？的硅钢片叠裝？10/2006 C.B.Zeng91 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 （2 2）定子绕组）定子绕组10/2006 C
6、.B.Zeng101 1 1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 10/2006 C.B.Zeng11NS+隐极式隐极式隐极同步电机的主要部件隐极同步电机的主要部件汽轮发电机转子加工汽轮发电机转子加工汽轮发电机转子加工汽轮发电机转子加工10/2006 C.B.Zeng1210/2006 C.B.Zeng1310/2006 C.B.Zeng14汽轮发电机组10/2006 C.B.Zeng152 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构(1)(1)(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机卧式水
7、轮发电机卧式水轮发电机10/2006 C.B.Zeng162 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构(3)(3)(3)(3)灯泡贯流式水轮发电机灯泡贯流式水轮发电机灯泡贯流式水轮发电机灯泡贯流式水轮发电机10/2006 C.B.Zeng17凸极同步电机凸极同步电机凸极同步电机凸极同步电机结构实物图结构实物图结构实物图结构实物图带阻尼绕组的凸极同步电机转子带阻尼绕组的凸极同步电机转子带阻尼绕组的凸极同步电机转子带阻尼绕组的凸极同步电机转子水轮发电机定子分段铁心水轮发电机定子分段铁心水轮发电机定子分段铁心水轮发电机定子分段铁心10/2006 C.B.Zeng18NSNS+凸极式凸极式10/2006 C
8、.B.Zeng1910/2006 C.B.Zeng2010/2006 C.B.Zeng2110/2006 C.B.Zeng2210/2006 C.B.Zeng23凸极同步电机凸极同步电机凸极同步电机凸极同步电机凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕组等部分构成。组等部分构成。组等部分构成。组等部分构成。凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的凸极同
9、步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的基本相同，所不同的只是转子结构。基本相同，所不同的只是转子结构。基本相同，所不同的只是转子结构。基本相同，所不同的只是转子结构。10/2006 C.B.Zeng24 同步电机的构造特点同步电机的构造特点n n1 1、定子：铁心，绕组、定子：铁心，绕组、定子：铁心，绕组、定子：铁心，绕组n n2 2、转子：凸极式、转子：凸极式、转子：凸极式、转子：凸极式隐极式隐极式隐极式隐极式n n33气隙：气隙：气隙：气隙：比异步电机大比异步电机大比异步电机大比异步电机大。气隙处于电枢内圆和转气隙处于电枢内圆和转气隙处于电枢内圆和转气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙
10、层的厚度和形状对电机内部磁子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。场的分布和同步电机的性能有重大影响。场的分布和同步电机的性能有重大影响。场的分布和同步电机的性能有重大影响。 10/2006 C.B.Zeng2516-3 16-3 同步电机的同步电机的铭牌铭牌及额定值及额定值铭牌铭牌我国生产的汽轮发电机有我国生产的汽轮发电机有我国生产的汽轮发电机有我国生产的汽轮发电机有QFQQFQ、QFNQFN、QFSQFS等系列。等系列。等系列。等系列。前两个字母表示汽轮发电机；第三个字
11、母表示冷却方式，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，QQ表示氢外冷，表示氢外冷，表示氢外冷，表示氢外冷，N N表示氢内冷，表示氢内冷，表示氢内冷，表示氢内冷，S S表示双水内冷。表示双水内冷。表示双水内冷。表示双水内冷。系列：系列：系列：系列：TSTS系列，系列，系列，系列，T T表示同步，表示同步，表示同步，表示同步，S S表示水轮。表示水轮。表示水轮。表示水轮。举例：举例：举例：举例：QFS-300-2QFS-300-2表示容量为表示容量为表示容量为表示容量为300300MWM
12、W双水内冷双水内冷双水内冷双水内冷2 2极汽轮发极汽轮发极汽轮发极汽轮发电机。电机。电机。电机。TSS1264/160-48TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定表示双水内冷水轮发电机，定表示双水内冷水轮发电机，定表示双水内冷水轮发电机，定子外径为子外径为子外径为子外径为12641264厘米，铁心长为厘米，铁心长为厘米，铁心长为厘米，铁心长为160160厘米，极数为厘米，极数为厘米，极数为厘米，极数为4848。同步电动机系列有同步电动机系列有同步电动机系列有同步电动机系列有TDTD、TDLTDL等，等，等，等，TDTD表示同步电动机，后表示同步电动机，后表示同步电动机，后表示同
13、步电动机，后面的字母指出其主要用途。如面的字母指出其主要用途。如面的字母指出其主要用途。如面的字母指出其主要用途。如TDGTDG表示高速同步电动表示高速同步电动表示高速同步电动表示高速同步电动机；机；机；机；TDLTDL表示立式同步电动机。同步补偿机为表示立式同步电动机。同步补偿机为表示立式同步电动机。同步补偿机为表示立式同步电动机。同步补偿机为TTTT系列。系列。系列。系列。10/2006 C.B.Zeng26额定值额定值n一一额定容量额定容量SN或或功率功率PN：长期安全运行的最大允长期安全运行的最大允许输出功率。许输出功率。n二二额定电压额定电压UN：额定工况时，线电压额定工况时，线电压
14、n三三额定电流额定电流IN：额定工况时，线电流额定工况时，线电流n四四fnfn=50Hzn五五nN 额定运行时电机转速额定运行时电机转速n六六额定功率因数（额定功率因数（cos N）额定有功功率和视额定有功功率和视在功率的比值在功率的比值n七七额定效率额定效率 N电机额定运行的效率电机额定运行的效率10/2006 C.B.Zeng2716-4 16-4 同步电机的空载运行同步电机的空载运行一一 空载磁场空载磁场1 1 1 1 空载运行：空载运行：空载运行：空载运行：同步发电机空载运行是指同步发电同步发电机空载运行是指同步发电同步发电机空载运行是指同步发电同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机
15、拖动到同步转速，转子励磁绕组通机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕组通机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕组通机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕组通入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况。入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况。入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况。入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况。 10/2006 C.B.Zeng282空载磁场空载磁场n n时气隙中的磁场仅有直时气隙中的磁场仅有直时气隙中的磁场仅有直时气隙中的磁场仅有直流励磁电流产生的励磁流励磁电流产生的励磁流励磁电流产生的励磁流励磁电流产生的励磁磁场，磁场，磁场，磁场， 称为空载磁场称为空载磁场称为空载磁
16、场称为空载磁场或主磁场。或主磁场。或主磁场。或主磁场。3主磁路主磁路( 0的路径的路径)主极铁心主极铁心主极铁心主极铁心气隙气隙气隙气隙电枢齿电枢齿电枢齿电枢齿电枢磁轭电枢磁轭电枢磁轭电枢磁轭电枢齿电枢齿电枢齿电枢齿气隙气隙气隙气隙另一主极铁心另一主极铁心另一主极铁心另一主极铁心转子磁轭。转子磁轭。转子磁轭。转子磁轭。10/2006 C.B.Zeng29隐极同步电机的空载磁势隐极同步电机的空载磁势n n励磁磁势在励磁磁势在励磁磁势在励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形空间的分布为一个阶梯形空间的分布为一个阶梯形空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响，受齿槽的影响，受齿槽的影响，受齿槽的影响, ,气隙
17、气隙气隙气隙磁密呈现出波动变化。磁密呈现出波动变化。磁密呈现出波动变化。磁密呈现出波动变化。n n用谐波分析法可求出其基波分量用谐波分析法可求出其基波分量用谐波分析法可求出其基波分量用谐波分析法可求出其基波分量n n合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。如无特殊说明，以后如无特殊说明，以后如无特殊说明，以后如无特殊说明，以后仅考虑磁通密度的基波分量仅考虑磁通密度的基波分量仅考虑磁通密度的基波分量仅考虑磁通密度的基波分量 443
18、3211210/2006 C.B.Zeng30凸极同步电机的空载磁势凸极同步电机的空载磁势 励磁绕组为集中绕组，磁势波为励磁绕组为集中绕组，磁势波为励磁绕组为集中绕组，磁势波为励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波矩形波矩形波矩形波n n对于凸极发电机来说，由于定转子间的对于凸极发电机来说，由于定转子间的对于凸极发电机来说，由于定转子间的对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分气隙沿整个电枢圆周分气隙沿整个电枢圆周分气隙沿整个电枢圆周分布不均匀布不均匀布不均匀布不均匀，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间，极面下气隙较小，磁阻较小
19、；极间气隙较大，极间，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。上的磁通密度为零。上的磁通密度为零。上的磁通密度为零。n n气隙磁密用付立叶谐波分析
20、分解出气隙磁密用付立叶谐波分析分解出气隙磁密用付立叶谐波分析分解出气隙磁密用付立叶谐波分析分解出空间基波空间基波空间基波空间基波和一系列谐波。和一系列谐波。和一系列谐波。和一系列谐波。 A AX XB BCYz+A+A010/2006 C.B.Zeng31n n感应电势的波形和大小与气隙磁密的分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。布形状及幅值大小紧密相关。n n在设计和制造电机时，应采取适当的措在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能施，以获得尽可能接近正弦分布接近正弦分布的气隙的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。磁密，从而得到较高品质的感应电势。10/2
21、006 C.B.Zeng32二空载特性二空载特性1.1.空载感应电势的大小与频率空载感应电势的大小与频率空载感应电势的大小与频率空载感应电势的大小与频率n基波电动势： E0=4.44fWkW10 0 0 ：磁极的基波每极磁通。磁极的基波每极磁通。磁极的基波每极磁通。磁极的基波每极磁通。WW：每相定子绕组串联匝数。每相定子绕组串联匝数。每相定子绕组串联匝数。每相定子绕组串联匝数。10/2006 C.B.Zeng332 2空载特性：空载特性：空载特性：空载特性：当转子以恒定转速当转子以恒定转速当转子以恒定转速当转子以恒定转速n n旋转时，旋转时，旋转时，旋转时，为磁路的磁化特性为磁路的磁化特性为磁
22、路的磁化特性为磁路的磁化特性与与与与曲线相似曲线相似曲线相似曲线相似( (成比例成比例成比例成比例) )( )c1d0If(Ff)一般将发电机的空载额定电压一般将发电机的空载额定电压一般将发电机的空载额定电压一般将发电机的空载额定电压设计于弯曲部分设计于弯曲部分设计于弯曲部分设计于弯曲部分C C C C点点点点10/2006 C.B.Zeng343.电机磁路的饱和系数电机磁路的饱和系数n n气隙线气隙线气隙线气隙线: :将空载特性将空载特性将空载特性将空载特性的直线部分延长得线的直线部分延长得线的直线部分延长得线的直线部分延长得线段段段段2 2，称为气隙线。，称为气隙线。，称为气隙线。，称为气
23、隙线。( )abc12ngd0Ff0F设设设设oaoa代表额定电压代表额定电压代表额定电压代表额定电压， 则则则则acac为产生额定电压所需为产生额定电压所需为产生额定电压所需为产生额定电压所需磁势磁势磁势磁势: :10/2006 C.B.Zeng35( )abc12ngd0Ff0Fab=F ：不计饱和时产生不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为电压所需磁势，称为气隙磁势气隙磁势。bcbc= =F FFeFe：由于饱和，使得产生由于饱和，使得产生由于饱和，使得产生由于饱和，使得产生oaoa电压的磁势增大的部分，电压的磁势增大的部分，电压的磁势增大的部分，电压的磁势增大的部分， F FFeFe用以
24、克服铁心磁阻所需磁势用以克服铁心磁阻所需磁势用以克服铁心磁阻所需磁势用以克服铁心磁阻所需磁势。且且且且F FFeFe铁心越饱和越大铁心越饱和越大铁心越饱和越大铁心越饱和越大。c当当E0=UN时时：10/2006 C.B.Zeng36abc1ngd0If(Ff)Ff0F电机运行于曲线刚好弯曲除：电机运行于曲线刚好弯曲除：1、充分利用材料；、充分利用材料；2、不会过分饱和、不会过分饱和;10/2006 C.B.Zeng37空载特性的工程应用空载特性的工程应用n n 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比将设计好
25、的电机的空载特性与常规空载特性相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的明该电机的明该电机的明该电机的磁路磁路磁路磁路过于饱和或者材料没有充分利用。过于饱和或者材料没有充分利用。过于饱和或者材料没有充分利用。过于饱和或者材料没有充分利用。如如如如太饱和太饱和太饱和太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节困难困难困难困难如如如如饱和度太低饱和
26、度太低饱和度太低饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且，则负载变化时电压变化较大，且，则负载变化时电压变化较大，且，则负载变化时电压变化较大，且铁心利用率较低，铁心耗材较多铁心利用率较低，铁心耗材较多铁心利用率较低，铁心耗材较多铁心利用率较低，铁心耗材较多n n结合短路特性可以求取同步电机的参数结合短路特性可以求取同步电机的参数结合短路特性可以求取同步电机的参数结合短路特性可以求取同步电机的参数。n n发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故
27、障。以及励磁系统的故障。以及励磁系统的故障。以及励磁系统的故障。 必须掌握必须掌握必须掌握必须掌握（* *）10/2006 C.B.Zeng38n n三、对空载电势的要求三、对空载电势的要求三相对称。三相对称。频率恒定。频率恒定。波形接近正弦。波形接近正弦。有一定幅值。有一定幅值。10/2006 C.B.Zeng3916-5对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应Armature reaction of synchronous generatorn n电枢反应电枢反应n n概念：内功率因数角概念：内功率因数角n n不同情况电枢反应分析不同情况电枢反应分析10/2006 C.B.Zeng401、
28、电枢反应的定义：、电枢反应的定义：电枢反应电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响10/2006 C.B.Zeng41 磁势分析磁势分析磁势分析磁势分析1 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电F Fa a枢磁势枢磁势枢磁势枢磁势（1 1） 大小：大小：大小：大小：（2 2） 转速：转速：转速：转速： ( (r/min) r/min) （3 3） 转向：沿通电相序转向：沿通电相序转向：沿通电相序转向：沿通电相序A A、B B、C C的方向，它与转子转向相同的
29、方向，它与转子转向相同的方向，它与转子转向相同的方向，它与转子转向相同（4 4 4 4）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距y y y y2 2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势F Ff f1 1 （1 1 1 1） 大小：大小：大小：大小： （2 2 2 2） 转速：和转子转速一样为同步速转速：和转子转速一样为同步速转速：和转子转速一样为同
30、步速转速：和转子转速一样为同步速（3 3 3 3） 转向：和转子转向一致转向：和转子转向一致转向：和转子转向一致转向：和转子转向一致（4 4 4 4） 极对数：和转子磁极的极对数相同极对数：和转子磁极的极对数相同极对数：和转子磁极的极对数相同极对数：和转子磁极的极对数相同10/2006 C.B.Zeng42励磁磁势和励磁磁势和电枢磁势的区别电枢磁势的区别基基基基波波波波波形波形波形波形大小大小位置位置转速转速励磁磁励磁磁励磁磁励磁磁势势势势正弦正弦正弦正弦波波波波恒定，由励恒定，由励恒定，由励恒定，由励磁电流决定磁电流决定磁电流决定磁电流决定由由由由转子位转子位转子位转子位置决定置决定置决定置
31、决定由由由由原动机的原动机的原动机的原动机的转速决定转速决定转速决定转速决定电枢反电枢反电枢反电枢反应磁势应磁势应磁势应磁势正弦正弦正弦正弦波波波波恒定，由电恒定，由电恒定，由电恒定，由电枢电流决定枢电流决定枢电流决定枢电流决定由电流瞬由电流瞬由电流瞬由电流瞬时值决定时值决定时值决定时值决定由由由由电流的电流的电流的电流的f f和和和和P P决定决定决定决定10/2006 C.B.Zeng4310/2006 C.B.Zeng44准备工作三三三三个个个个角角角角四个轴四个轴四个轴四个轴10/2006 C.B.Zeng452.电枢反应的性质电枢反应的性质电枢反应的性质电枢反应的性质电枢反应的性质电
32、枢反应的性质( (助磁、去磁或交磁）取决于助磁、去磁或交磁）取决于助磁、去磁或交磁）取决于助磁、去磁或交磁）取决于电电电电枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置；这一；这一；这一；这一相对位置与相对位置与相对位置与相对位置与励磁电势励磁电势励磁电势励磁电势E E0 0和电枢电流和电枢电流和电枢电流和电枢电流I I之间的相之间的相之间的相之间的相位差位差位差位差，即角度，即角度，即角度，即角度 有关有关有关有关10/2006 C.B.Zeng46一、一、和和同相（同相（ =0）时的电枢反应（）时的电
33、枢反应（ ：内功率因数角）：内功率因数角）q轴轴A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNSd轴轴时轴+90+900 0FFa交轴电枢反应交轴电枢反应10/2006 C.B.Zeng471.在轴在轴d上上。如图瞬间，。如图瞬间，A相励磁电势达到最大值，相励磁电势达到最大值，由于由于和和同相，故而同相，故而亦如图示方向。此时亦如图示方向。此时A相电流相电流最大。三相合成电枢磁势最大。三相合成电枢磁势出现在出现在A相轴线上。相轴线上。AXZCBYq轴轴A轴C轴B轴SNd轴轴n111时轴10/2006 C.B.Zeng48AXZCBYq轴轴A轴C轴B轴SNd轴轴n111时轴1q轴轴时轴相轴d轴轴10
34、/2006 C.B.Zeng49可见可见可见可见始终位于交轴上，始终位于交轴上，始终位于交轴上，始终位于交轴上，称为称为称为称为（交轴磁势）。（交轴磁势）。（交轴磁势）。（交轴磁势）。2. 2.时间向量图时间向量图时间向量图时间向量图将时间向量图的参考轴与将时间向量图的参考轴与将时间向量图的参考轴与将时间向量图的参考轴与A A相绕组轴线取重合相绕组轴线取重合相绕组轴线取重合相绕组轴线取重合3 3时空相矢量图时空相矢量图时空相矢量图时空相矢量图三相电流对称，三相电流对称，三相电流对称，三相电流对称， 仅以仅以仅以仅以A A相代表。相代表。相代表。相代表。1q轴轴时轴相轴d轴轴10/2006 C.
35、B.Zeng50:在定子中感应电势。在定子中感应电势。在定子中感应电势。在定子中感应电势。：交轴电枢反应：交轴电枢反应：交轴电枢反应：交轴电枢反应 使使使使气隙磁势气隙磁势气隙磁势气隙磁势 增加，且由直增加，且由直增加，且由直增加，且由直轴后移一个角度。轴后移一个角度。轴后移一个角度。轴后移一个角度。3 3、使得转子励磁绕组受一阻力矩（制动力矩）这、使得转子励磁绕组受一阻力矩（制动力矩）这、使得转子励磁绕组受一阻力矩（制动力矩）这、使得转子励磁绕组受一阻力矩（制动力矩）这样要维持样要维持样要维持样要维持n n1 1，必须输入更多的有功。必须输入更多的有功。必须输入更多的有功。必须输入更多的有功
36、。1q轴轴时轴相轴d轴轴10/2006 C.B.Zeng51时空相矢图的作法：时空相矢图的作法：时空相矢图的作法：时空相矢图的作法：1 1、根据负载性质定出、根据负载性质定出、根据负载性质定出、根据负载性质定出 4 4、画出与、画出与、画出与、画出与 对应的对应的对应的对应的2 2、选时轴、相轴和、选时轴、相轴和、选时轴、相轴和、选时轴、相轴和q q、d d轴轴轴轴1q轴轴时轴相轴d轴轴3 3、画、画、画、画F Ff f1 1在在在在d d轴上，轴上，轴上，轴上，E E0 0在在在在q q轴上轴上轴上轴上5 5、F Fa a与与与与I I同同同同“ “相相相相” ”，10/2006 C.B.Z
37、eng52n二、二、滞后滞后（ =900）时电枢反应）时电枢反应时轴d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴去磁电枢反应直轴去磁电枢反应Fa10/2006 C.B.Zeng53AXZCBYq轴轴A轴SNd轴轴n111时轴1q轴轴时轴相轴d轴轴1、各相电流如图、各相电流如图10/2006 C.B.Zeng541q轴轴时轴相轴d轴轴可见可见可见可见,与与与与方向相反方向相反方向相反方向相反 ，气隙磁场被削弱，电枢反应纯气隙磁场被削弱，电枢反应纯气隙磁场被削弱，电枢反应纯气隙磁场被削弱，电枢反应纯去磁作用，位于去磁作用，位于去磁作用，位于去磁作用，位于d d轴又称直轴轴又称直轴轴又称直
38、轴轴又称直轴电枢磁势电枢磁势电枢磁势电枢磁势2.2.转子旋转不受影响，发转子旋转不受影响，发转子旋转不受影响，发转子旋转不受影响，发电机供给纯感性（电机供给纯感性（电机供给纯感性（电机供给纯感性（ =90=900 0 ）或纯容性（）或纯容性（）或纯容性（）或纯容性（ =-90=-900 0 ）无功负载时，不需原动机无功负载时，不需原动机无功负载时，不需原动机无功负载时，不需原动机载入功率。载入功率。载入功率。载入功率。10/2006 C.B.Zeng55三、三、超前超前900的电枢反应（的电枢反应（ =-900）时轴d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS直轴助磁电枢反应直轴助磁电枢
39、反应Fa10/2006 C.B.Zeng56AXZCBYq轴轴A轴SNd轴轴n111时轴1q轴轴时轴相轴d轴轴10/2006 C.B.Zeng571q轴轴时轴相轴d轴轴可见，可见，可见，可见， 超前超前超前超前90900 0相相相相位时，电枢磁势位时，电枢磁势位时，电枢磁势位时，电枢磁势的的的的方向总与励磁磁势方向总与励磁磁势方向总与励磁磁势方向总与励磁磁势的方向相同。它们直接的方向相同。它们直接的方向相同。它们直接的方向相同。它们直接相加得气隙中合成磁势相加得气隙中合成磁势相加得气隙中合成磁势相加得气隙中合成磁势的电枢反应是的电枢反应是的电枢反应是的电枢反应是纯粹纯粹纯粹纯粹助磁的助磁的助磁
40、的助磁的。又位于又位于又位于又位于d d轴，轴，轴，轴，又称又称又称又称10/2006 C.B.Zeng58四、四、 情况下的电枢反情况下的电枢反:( :( 滞后励磁电滞后励磁电势势 锐角锐角 ）。）。时轴d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS既有交轴又有直轴去磁电枢反应+90+900 0Fa 10/2006 C.B.Zeng59可见此时电枢磁势可见此时电枢磁势可见此时电枢磁势可见此时电枢磁势 滞后滞后滞后滞后 （ + +90900 0 ）此时电枢应兼有此时电枢应兼有此时电枢应兼有此时电枢应兼有去磁去磁去磁去磁及及及及交磁交磁交磁交磁两种性质。两种性质。两种性质。两种性质。q轴轴d
41、轴轴时轴相轴 的直轴分量（无功分量）的直轴分量（无功分量）的直轴分量（无功分量）的直轴分量（无功分量）的交轴分量（有功分量）的交轴分量（有功分量）的交轴分量（有功分量）的交轴分量（有功分量）10/2006 C.B.Zeng60电枢磁势和电枢电流分量 10/2006 C.B.Zeng61当角为不同值的电枢反应 位置位置夹角夹角记作记作电枢反电枢反应性质应性质对电机的影响对电机的影响 负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴+90+900 0交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴+90+900 0直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=
42、-90=-900 0d d轴轴+90+900 0直、助直、助增强增强不变不变上升上升C C0 00 0 90900 0d d、q q轴轴+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 0 0xaq3、隐极机、隐极机 同步阻抗同步阻抗同步阻抗同步阻抗凸极机凸极机 直轴同步阻抗直轴同步阻抗直轴同步阻抗直轴同步阻抗 交轴同步阻抗交轴同步阻抗交轴同步阻抗交轴同步阻抗 电枢电阻电枢电阻电枢电阻电枢电阻2、气隙越大，则磁阻越大，电枢反应电抗越小气隙越大，则磁阻越大，电枢反应电抗越小气隙越大，则磁阻越大，电枢反应电抗越小气隙越大，则磁阻越大，电枢反应电抗越小10/2
43、006 C.B.Zeng79同步电抗同步电抗n n主要受电枢反应电抗的影响，与电枢绕主要受电枢反应电抗的影响，与电枢绕组匝数平方组匝数平方W2成正比，与磁导成正比，与磁导成正比成正比n n铁心饱和程度提高，则磁导减小，铁心饱和程度提高，则磁导减小，n n气隙增大，则磁导减小气隙增大，则磁导减小n n激磁绕组匝数增加，如不改变磁路饱和激磁绕组匝数增加，如不改变磁路饱和程度，则同步电抗不变程度，则同步电抗不变10/2006 C.B.Zeng80电抗简单比较说明电抗简单比较说明n n变压器变压器变压器变压器激磁电抗标幺值为几十（无气隙，磁阻小，主磁激磁电抗标幺值为几十（无气隙，磁阻小，主磁激磁电抗标
44、幺值为几十（无气隙，磁阻小，主磁激磁电抗标幺值为几十（无气隙，磁阻小，主磁通大），通大），通大），通大），I Imm在在在在0.02-0.02-0.050.05标幺值标幺值标幺值标幺值n n异步电机异步电机异步电机异步电机激磁电抗标幺值为几（气隙小，磁阻小，对应空激磁电抗标幺值为几（气隙小，磁阻小，对应空激磁电抗标幺值为几（气隙小，磁阻小，对应空激磁电抗标幺值为几（气隙小，磁阻小，对应空载气隙主磁通），载气隙主磁通），载气隙主磁通），载气隙主磁通），I Imm在在在在0.2-0.50.2-0.5标幺值标幺值标幺值标幺值n n同步电机同步电机同步电机同步电机同步电抗标幺值：隐极机在同步电抗标幺值：隐极机在同步电抗标幺值：隐极机在同步电抗标幺值：隐极机在0.9-3.50.9-3.5，凸极机在，凸极机在，凸极机在，凸极机在0.6-0.6-1.61.6（交轴（交轴（交轴（交轴0.4-1.00.4-1.0），由于气隙大，磁阻大），由于气隙大，磁阻大），由于气隙大，磁阻大），由于气隙大，磁阻大10/2006 C.B.Zeng81
