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第十三章 三相同步发电机的电磁关系及分析方法 本章分析同步发电机对称运行时的内部电磁关系，通过气隙磁场的分析导出基本方程是和相量图。 第一节 三相同步发电机空载时的气隙磁通 当原动机带动同步发电机在同步转速下运行，励磁绕组通入适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负载时的运行情况，称为空载运行。空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙中的磁场仅有直流励磁电流产生的励磁磁场， 称为空载磁场或主磁场，磁场的强弱仅由励磁电流决定。 磁场的路径如图13-1所以，主磁场的路径：主极铁心→气隙→电枢齿→电枢磁轭→电枢齿→气隙→另一主极铁心→转子磁轭。漏磁场的路径主要是气隙和非磁性材料。 第二节 三相同步发电机带对称负载时的气隙磁场 空载时，同步电机中只有一个直流励磁电流产生的励磁磁场，以同步转速旋转的励磁磁势。定子绕组带上对称负载后，转子保持为同步转速，定子边三相对称电流流入三相对称绕组产生的电枢磁势Fa，电枢磁势与励磁磁势共同形成气隙磁通。其关系为 一、 定、转子磁势关系 可见两个旋转磁势的转速均为同步速，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，称为“同步”，可以用矢量加法将其合成为一个合成气隙磁势。气隙磁密可以看成是由合成磁势在电机的气隙中建立起来的磁场。可见同步发电机负载以后，电机内部的磁势和磁场将发生显著变化，会使发电机的端电压发生变化，还将影响到发电机的机电能量转换和运行性能，这些变化主要由电枢磁势的出现所致。 二、电枢反应 电枢磁势的存在，将使气隙磁场的大小和位置发生变化，我们把这一现象称为电枢反应。电枢反应会对电机性能产生重大影响。电枢反应的性质有去磁、助磁和交磁。电枢反应的性质取决于这两个磁势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电势和电枢电流之间的相位差，即角度?有关，角?由决定于负载的性质。 （一）时空相矢图 同步电机中需要定义坐标轴定义: 直轴（纵轴或d轴）：主磁极轴线位置； 交轴（横轴或q轴）：与直轴成900电角度的位置； 相轴：每相绕组的轴线位置； 时轴：时间相量在其上投影可得瞬时值。 （四）?=-900的电枢反应 此时Ff与Fa之间的夹角为0度 ，即二者同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁势的幅值加大，如图13-6。这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。 （五）一般情况下时的电枢反应 (六)电枢反应对同步电机运行性能的影响 当同步发电机空载运行时，定子绕组开路，没有负载电流，不存在电枢反应，因此也不存在由转子到定子的能量传递。当同步发电机带有负载时，产生电枢反应。如13-8表示不同负载性质时，电枢反应磁场与转子电流的相互作用。 当同步发电机带有负载时，产生电枢反应。如13-8表示不同负载性质时，电枢反应磁场与转子电流的相互作用。图13-8(a)为?=0时，负载电流产生的交轴电枢反应磁场对转子电流产生电磁转矩的情况，由左手定则可知，这时电磁力将形成一个电磁转矩，它的方向和转子的旋转方向相反，对转子旋转起制动作用，此时交轴电枢磁场是由与空载电势同相的电流分量，即电流的有功分量Iq产生的。输出有功功率越大， Iq越大，交磁电枢反应越强，所产生的制动转矩越大，就要求原动机输入更大的驱动转矩，才能保持发电机的转速不变。为了维持发电机的转速不变，必须随着有功负载的变化调节原动机的输入功率。 图13-8（b）（c）为电枢反应直轴作用，（b）为去磁，（c）为助磁，此时直轴电枢磁场与电流的直轴分量Id同相，即电流的无功分量Id产生的，直轴电枢磁场对转子电流所产生的电磁力不形成电磁转矩，不影响转子旋转，只影响气隙磁场的强弱，影响发电机的端电压。为保持发电机的端电压不变，必须随着无功负载的变化相应地调节转子的激磁电流。 第三节 隐极同步电机的分析方法 一、磁路不饱和时隐极同步发电机的电磁过程 根据基儿霍夫定律，写出一相回路电压方程式： 电枢反应电抗与漏电抗 三、磁路不饱和时隐极同步发电机的回路电压方程式、等效电路和相量图 一相回路电压方程式为： 可画出等效电路和带感性负载时的相量图 第四节 凸极同步电机的分析方法 为了便于分析和计算勃郞德（Blondel）引入双反应理论。双反应理论分析过程是: 双反应理论——电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直轴电枢反应磁势分量Fad和交轴上的交轴电枢反应磁势分量Faq，如图 Fa处于不同位置，产生的电枢磁场Ba不同，处于d，q轴上时，分别产生出如图所示的磁势。 根据双反应理论，不考虑饱和凸极同步电机的电磁过程如下 二、 直轴同步电抗与交轴同步电抗 根据电磁关系，直轴电流分量Id产生直轴电枢反应磁势分量Fad基波幅值为 xad 、xaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，它们分别反映出上述直轴和