12第12章同步发电机的基本理论.ppt

1 12 第12章 同步发电机的基本理论 1 [内容] 12.3 隐极同步发电机的电动势方程式和相量图 12.1 同步发电机的空载运行 12.2 同步发电机的电枢反应 12.4 凸极同步发电机的电动势方程式和相量图 12.5 同步发电机的运行特性 1 掌握同步发电机的电枢反应概念，不同负载性质时电枢反应的性质。 理解电枢磁动势的双反应理论及其在凸极发电机中的应用。 掌握隐极和凸极同步发电机负载时的电磁过程。 掌握隐极和凸极同步发电机的电动势方程式和相量图。 理解电枢反应电抗和同步电抗的物理意义。 掌握同步发电机的各种运行特性。 [要求] 12.1 同步发电机的空载运行 一、主磁通和漏磁通 转子由原动机拖动以同步转速旋转； 转子励磁绕组通以直流励磁电流； 定子电枢绕组开路，电枢电流为零。 空载运行： 定子：Ia = 0, 不建立电枢磁场。 空载时: 转子：If （Ff） 主磁通 主极漏磁通 是恒定磁场，随转子一起旋转，称为机械旋转磁场。 空载主磁场（主极磁场）： 穿过气隙交链定子绕组(切割定子绕组)在定子绕组中感应电动势，起能量转换作用。 空载漏磁场： 它也不会在励磁绕组中感应电动势。 是恒定磁场，只交链励磁绕组，不会在定子绕组中感应电动势，不参与能量转换。 二、空载特性 空载特性 磁化曲线 二者形状相同。 空载特性反映了电机主磁路的饱和程度： 空载电动势 励磁电动势 （随转子以同步速旋转） 直流 空载特性： 较大时，磁路饱和，空载特性曲线逐渐向下偏离气隙线； 较小时，磁路不饱和， （气隙线）； 发电机的额定工作点一般处于临界饱和点。 励磁磁动势 主磁通 12.2 同步发电机的电枢反应 电枢反应：电枢磁动势对空载主磁场（主极磁场）产生的影响称为电枢反应。 电枢反应性质（交磁、去磁、增磁）: 相角差 与 取决于 （内功率因数角 ） 负载运行时，定子三相感应电动势对外输出三相电流。 Fa 对 将产生影响（电枢反应）。 此时，气隙磁场由 Fa 与 Ff 共同建立， 即 取决于发电机负载ZL的性质。 定子三相电流 （电气旋转磁场）与转子同转向、同转速旋转。 一、 时的电枢反应 在图示瞬间： U相 最大 最大 处在U相轴线上。 转子磁极轴线称为直轴（d轴） 两极之间轴线称为交轴（q轴） 定义 此时 处于交轴，称为交轴电枢反应。 气隙合成磁动势 交轴电枢反应使气隙磁场的轴线位置发生变化，幅值也发生变化（增大）。 时，只有交轴电枢反应： 结论： 哪相电流最大，合成磁动势 就转到哪相绕组的轴线上。 此时Ia最大 二、 时的电枢反应 此时 ，为直轴去磁电枢反应， 气隙合成磁动势 U相 最大， 当磁极转到水平位置时， 处在U相轴线上（如图） U相 当磁极再转过90o时， 才达到最大 直轴去磁电枢反应使气隙磁场减弱。 此时Ia最大 三、 时的电枢反应 此时 ，为直轴增磁电枢反应: 气隙合成磁动势 U相 最大， 当磁极转到水平位置时， 处在U相轴线上（如图） U相 之前90o，磁极处于垂直位置时， 已达最大 直轴增磁电枢反应使气隙磁场增强。 此时Ia最大 四、一般情况下的电枢反应 分 解 法 U相 最大。 当磁极转到水平位置时， 处在U相轴线上（如图） U相 当磁极再转过 时， 才达到最大 直轴去磁电枢反应. 交磁电枢反应. 同理分析可得：此时的电枢反应性质为：交磁和直轴增磁。 使气隙磁场轴线偏移，幅值增强， 电枢端电压升高 交轴及直轴增磁 使气隙磁场轴线偏移，幅值减小， 电枢端电压降低 交轴及直轴去磁 使气隙磁场增强，电枢端电压升高 直轴增磁 使气隙磁场削弱，电枢端电压降低 直轴去磁 使气隙磁场轴线偏移，幅值增大 交轴 电枢反应的效应 电枢反应性质 内功率因数角 同步发电机电枢反应的性质 五、时-空统一相量图 二者角速度相同 可画在一起 时-空统一相量图 在时-空相量图中： 重合，处于直轴； 重合， 由 角决定位置。 处于交轴； 用时-空相量图分析电枢反应 的性质十分直观简便。 空间矢量 时间相量 具有相同的角速度，可画出同步电机的时-空相量图。 时间正弦量可用时间相量表示 空间正弦量可用空间矢量表示 交磁 直轴去磁 直轴增磁 交磁 直轴去磁 交磁 直轴增磁 12.3 隐极同步发电机的电动势方程式和相量图 一、电动势方程式 不考虑磁饱和