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第6章 同步发电机的运行原理 同步发电机的主磁通 同步发电机的电动势方程式和相量图 同步发电机的运行特性 6.1 同步发电机的主磁通 一、空载运行时的主磁通 同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机带动到同步转速，转子励磁绕组通过直流励磁电流，定子绕组开路（定子绕组电流为零）时的运行状况。（图示） 一、空载运行时的主磁通 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。 一、空载运行时的主磁通 空载时： I=0 ，If≠0 , n=nN 空载时发电机内部电磁关系 一、空载运行时的主磁通 空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁动势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电流大小决定。 二、带对称负载时的主磁通 负载运行时，定子绕组中有电流流过，便会产生电枢基波旋转磁动势。 负载运行时，同步电机内由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立的主磁场。 二、带对称负载时的主磁通 负载时： I ≠0 ，If≠0 , n=nN 负载时发电机内部电磁关系 二、带对称负载时的主磁通 负载运行时，同步电机内的主磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。 三、电枢反应 空载：气隙磁动势 负载：气隙磁动势 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。 三、电枢反应 两种磁动势性质比较： 三、电枢反应 几个概念 ①内功率因数角ψ：空载电动势E0和电枢电流 I 之间的夹角，与电机本身参数和负载的大小、性质有关； ②功率因数角 ：与负载性质有关； ③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角；且有　　　　　（电感性负载） ④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）； ⑤交轴（q轴）：转子相邻磁极轴线间的中心线为交轴（横轴） 三、电枢反应 电枢反应的性质：（增磁、去磁或交磁）与负载的性质和大小有关，主要取决于电枢磁动势和励磁磁动势在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于空势电动势E0和定子电流 I 之间的相角差ψ 。电枢反应的性质可通过时空矢量图来反映。 三、电枢反应 时空矢量图：含有时间相量和空间向量的矢量图。 作时空矢量图确定电枢反应的性质的规律： 取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴方向； 空载磁通Φ0与Ff 同方向，空载电势E0滞后空载磁通Φ0 90°； 定子电流I滞后空载电势E0 的角度为内功率因数角Ψ； 电枢磁势Fa 与定子电流I同相位。 三、电枢反应 1、ψ=0° 时的电枢反应 三、电枢反应 1、ψ=0° 时的电枢反应 三、电枢反应 1、ψ=0° 时的电枢反应 交轴电枢反应，即交磁作用。 电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的转向相反，对发电机起制动作用。 要想维持转速不变，就要相应地增加原动机的输入机械功率。 交轴电枢反应实现了机电能量的转换，发电机有有功功率输出。 三、电枢反应 三、电枢反应 三、电枢反应 三、电枢反应 三、电枢反应 4、 0°ψ90° 时的电枢反应 三、电枢反应 5、 -90°ψ0° 时的电枢反应 三、电枢反应 三、电枢反应 说明： ；对应： 而： 6.2 同步发电机的电动势方程式和相量图 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 一、隐极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 二、凸极同步发电机 说明： 、ψ的公式同样适用于隐极电机，只要令 Xd = Xq = Xt 公式中 U、I、E 均为相值； 性质：滞后 0 、超前 0； 公式可直接改为标幺值形式。基值选定如下： 容量基值 Sb = mUN Φ IN Φ 电压基值 Ub = UN Φ 电流基值 Ib = IN Φ 阻抗基值 Zb = UNΦ /IN Φ 励磁电流基值 Ifb = If0 (E0=UN) 二、凸极同步发电机 例1： 一台汽轮发电机 PN=135MW，定子三相绕组Y接法，额定电压 UN=13.8kV，cos =0.8（滞后）， xt=2.35Ω，忽略电枢电阻，求额定运行时的E0N和ψN 。 二、凸极同步发电机 发电机定子采用Y接法，其额定相电压 6.3 同步发电机的运行特性 同步发电机在对称负载下稳定运行时，维持转速(频率)和功率因数为常数的条件下，发