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第六章  同步电机 6.1 同步电机的基本结构和运行状态 · 同步电机 （用途） · · · · · · · · · · 当给电枢（定子）绕组中通三相对称电流时，电枢绕组将产生一个以同步转速转动的旋转磁场，稳态时，转子的直流磁场的转速也是同步转速，他们在空间上相对静止，产生电磁转矩，实现能量的转换。 · · · · 四、额定值 额 定 容 SN —— 指额定运行时电机的输辅出功率 额定电压UN ——指额定运行时定子的线电压 额定电流IN ——指额定运行时定子的线电流 额定功率因数cosφN——指额定运行时电机的功率因数 ,一般为0.8～0.9 额定频率fN —— 指额定运行时电枢的频率 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，即为 同步转速 空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。如图表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通过气隙并 与定子绕组相交链，后者不 通过气隙，仅与励磁绕组相 交链。主磁通所经过的主磁 路包括空气隙、电枢齿、电 枢轭、磁极极身和转子轭等 五部分。 二、对称负载时的电枢反应 · 1） 与 同相时 · · · 与 不同相时 · · 一、不考虑磁饱和时 在时间相位上， 滞后于 以90°电角度，若不计定子铁耗, 与 同相位，则 将滞后于 以90°电角度于是亦可写成负电抗压降的形式，即 将式(6—7)代人式(6—6)，可得 二、考虑磁饱和时 再从气隙电动势 中减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，使得电枢的端电压 ，即 · 由合成磁动势F确定气隙电动势E 一、双反应理论 考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。 凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小，两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导λd (＝μ0／δd) 要比交轴下单位面积 的气隙磁导λq (＝μ0／δq) 大很多。 · · 勃朗台儿提出，可以把电枢反应的基波磁动 势Fa分解为直轴磁动势Fad和交轴磁动势Faq两个分量，再用对应的等效直轴磁导和等效交轴磁导分别求出等效直轴和等效交轴电枢反应以及它们的感应电动势，然后把它们加起来。这种方法称为双反应理论。实践证明，当不考虑饱和时，其效果相当好。 在凸极同步电动机中，直轴电枢磁动势Fad和交轴电枢磁动势Faq折算到励磁磁动势时，应分别乘以直轴和交轴折算系数kad、kaq 二、凸极同步发电机的电压方程和相量图 不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系： 从气隙电动势中减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得电枢的端电压。采用发电机惯例，电枢的电压方程为： 不计铁耗时， 和 分别落后于Id和Iq 90°电角度，故可以用相应的负电抗压降来表示 式中，Xd和Xq分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗，它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反应的一个综合参数。上式就是凸极同步发电机的电压方程。下图为与上式相对应的相量图。 凸极同步发电机的相量图 · · 角的确定 三、直轴和交轴同步电抗的意义 由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成正比，所以 如图6-22所示。对于凸极电机，由于直轴下的气隙较交轴下小， ，所以XadXaq，因此在凸极同步电机中，XdXq。 对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故Xd≈Xq≈Xs 例6-1 凸极同步电机电枢反磁通及所经磁路及磁导 6.5 同步发电机的功率方程和转矩方程 一、功率方程和电磁功率 1、功率方程 若转子励磁损耗由另外的直流电源供给，则发电机轴上输入的机械功率Pl扣除机械损耗 和定子铁耗 后，余下的功率将通过旋转磁场和电磁感应的作用，转换成定子的电功率，所以转换功率就是电磁功率Pe，即 (6-18) 电磁功率 从式(6—19)可知，电磁功率Pe为 从向量图导出 二、转矩方程 把功率方程(6—18)除以同步角速度Ωs，可得转矩方程 式中，T1为原动机的