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第四章 同步电机 二、静止的交流整流励磁系统 静止的交流整流励磁系统可分为自励式与他励式两种： 1、 他励式静止半导体励磁系统 副励磁机也是交流发电机共励磁电流在电机运行之初由外界直流电源供给，待建立输出电压后则改为自励。 汽轮发电机的励磁电流由同轴交流主励磁机发出的三相交流通过静止的半导体硅整流器供给。 供给主励磁机励磁电流的是副励磁机。 副励磁机输出的也是三相交流电，须由晶闸管整流后再供给主励磁机。 同步发电机 主励磁机 副励磁机 他励式静止半导体励磁系统 2、自励式静止半导体励磁系统 自励式静止半导体励磁：取消交流励磁机，交流励磁电源直接取自同步发电机本身 主发电机的励磁电流以由整流变压器取自自身输出端，经过三相晶闸管整流后变为直流电。 静止的交流整流励磁系统没有直流励磁机的换向器火花等问题，运行维护方便，技术性能较好 国内外已广泛使用。 同步发电机 整流变压器 整流装置 自励式静止半导体励磁系统 三、旋转的交流整流励磁系统 旋转的交流整流励磁系统：用一台旋转电枢式的交流主动磁机，和主发电机同轴联接，半导体整流装置安装在主发电机转子上，这样就用固定联接代替了电刷和滑环，因此又称为无刷励磁。 主励磁机的励磁电流可由主发电机输出端取得，也可通过同轴交流副励磁机供给。 无刷励磁优点：整个励磁系统没有触点，运行比较可靠，维护也比较方便。在国内外大型汽轮发电机中已广泛采用。 旋转部分 副励磁机 旋转电枢式主动磁机 半导体整流装置 主发电机转子励磁绕组 四、三次谐波励磁 同步发电机的气隙磁通密度分布，不可避免地存在三次谐波分量。这个谐波分量在同步发电机的电枢绕组内虽然感应出三次谐波电动势，但经过三相联接，电枢绕组输出线上并不存在三次谐波电动势，即不影响供电质量。 三次谐波励磁系统：利用三次谐波磁通密度，在定子槽中专门嵌放一套三次谐波绕组，其节距取极距的1/3，基波气隙磁场在该绕组中的合成感应电动势等于零。三次谐波磁场则在该绕组中感应一个三倍基波频率的三次谐波电动势。三次谐波励磁就是将这个绕组中的三次谐波电动势经过半导体整流装置后转换为直流电流，再接到发电机的励磁绕组。 三次谐波励磁是一种自励方式，它和直流发电机的电压建立过程相同，由于磁路具有剩磁和饱和现象，所以能自励并具有稳定工作点。 三次谐波励磁在单机运行的小型同步发电机中广泛使用 同步电动机的电压方程和相量图 一、同步电动机的磁动势 当同步电动机的定子三相对称绕组连接到三相对称电源上时，就会产生三相合成旋转磁动势，简称电枢磁动势，用空间矢量Fa表示。设电枢磁动势Fa 的转向为逆时针方向，转速为同步转速。在同步电动机负载运行时，其转子也是逆时针方向以同步转速旋转。由直流励磁电流If 产生的磁动势称为励磁磁动势，用Ff 表示，它也是一个空间矢量。电枢磁动势Fa 与励磁磁动势Ff ，两者都以同步转速按逆时针方向旋，但是两者在空间的位置不一定相同。 这里规定两个轴方向：转子N极和S极的中心线称为直轴或纵轴，简称d 轴；与直轴相距90?空间电角度的方向称为交轴或横轴，简称q 轴。直轴和交轴随转子一同旋转，如图所示。 先考虑励磁磁动势Ff单独在电机主磁路中产生磁通时的情况。励磁磁动势Ff总是在直轴方向，产生的磁通如图8-5所示。将由励磁磁动势Ff单独产生的磁通叫励磁磁通，用?f 表示。?f 经过的磁路是以直轴为对称的。 同步发电机的空载运行 励磁磁动势和励磁磁场：空载运行时定子（电枢）电流为零，电机气隙中只有转子的励磁电流If单独产生的磁动势Ff和磁场 主磁通φ1：励磁磁通中既交链转子绕组，又经过气隙交链定子绕组的部分 空载运行：同步发电机转子被原动机拖动到同步转速n=n1= 转子绕组通入直流励磁电流而定子绕组开路。 定子三相绕组切割主磁通而感应出频率为f的一组对称三相交流电动势基波分量的有效值： 式中 N1——定子每相绕组串联匝数； φ1——每极基波磁通，单位为Wb； Kw1——基波电动势的绕组因数； E0——电动势的基波分量有效值，单位为V。 改变转子的励磁电流If，就可以相应地改变主磁通φ1和空载电动势E0。曲线E0=f(If)称为发电机的空载特性。 E0∝φ1，If∝Ff,改变坐标后空载特性曲线也就可以表示为发电机的磁化曲线φ1=F(If)。说明了两个特性曲线具有本质上的内在联系，任何一台发电机的空载特性曲线实际上也反应了 它的磁化曲线,当主磁通φ1较小时，磁路处于不饱和状态，铁心部分所消耗的磁压降相比较，可略去,认为绝大部分磁动势消耗于气隙中，φ1∝Ff，所以空载曲线（磁化曲线）下部是一条直线。把它延长后所得直线0G（曲线2）称为气隙线。随