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同步机同步机21章原理章原理什么是同步发电机空载运行？-转子绕组通入直流、-转子本体同步速旋转、-定子绕组空载。8 气隙合成磁场：气隙中有两个磁场，一个是主极主磁场，一个是电枢主磁场。这两个主磁场的和（合成），称为气隙合成磁场，简称气隙磁场，或合成磁场。9 削弱：负载时的气隙磁场小于空载时的气隙磁场，方向不变；10 增强：负载时的气隙磁场大于空载时的气隙磁场，方向不变；11 扭曲：负载时的气隙磁场大于空载时的气隙磁场，且方向改变。12 电枢反应对气隙磁场的扭曲作用，通常被称为交轴电枢反应，或交磁性质的电枢反应。扭曲气隙磁场也说成是使气隙磁场发生畸变。什么是内功率因数角0？-0是电枢电流落后励磁电势的相位角，称之为内功率因数角。它决定电枢反应的效应是削弱、增强、扭曲，还是它们的某种复合。0=0时电枢反应的效应-扭曲气隙磁场。分析见下。1 主极轴线：+d轴、-d轴+d轴-转子中S指向N的方向-d轴-+d轴的反方向2 主极轴线：+q轴、-q轴+q轴-超前+d轴90的方向-q轴-+q轴的反方向3 相轴：相绕组的对称轴4 A相相轴：+A相轴、-A相轴+A相轴-电流按正向流动（X入A出）时磁通的方向-A相轴-+A相轴的反方向5 时轴-时间参考轴：当用相量表示时间变化量时，若相量向某固定轴的投影等于该相量所代表的时间变化量的瞬时值，则该固定轴就是该相量的时轴。1 主极主磁通0A相量的位置-+d轴上0A是主极主磁场穿过A相绕组的磁通。它是一个时间变量，因而可用0A相量表示。当主极轴线+d对准+A相轴时， 0A最大。故若选+A相轴为A相时轴（时相合一），则0A相量应画在+A相轴，也就是+d轴上。-见下页图。时相合一时电枢合成磁势Fa、电枢电流IA同相位。因为当A相电流最大即IA转到时轴上时， Fa也转到+A相轴上。励磁电势E0A相量的位置：-q轴E0A相量是0A相量感应出来的相量。按照法拉第感应定律，前者滞后后者90。故E0A相量的位置在-q轴上。3 电枢电流IA相量的位置：-q轴因为0=0，故IA相量、 E0A相量位置相同。由前面分析可知：主极磁势位于+d轴上，电枢磁势位于-q轴上，二者相互正交。所以，称之为交轴电枢反应。交轴电枢反应的效应是：一方面使合成磁势增大，另一方面使合成磁势扭斜。也说扭曲、畸变。从空间矢量的角度说，就是合成磁势空间矢量的方向，不在沿着直轴方向，而是沿着直轴、交轴之间的方向。类似分析可知：主极磁势位于+d轴上，电枢磁势位于-d轴上，二者相互减弱。所以，称之为去磁电枢反应。类似分析可知：主极磁势位于+d轴上，电枢磁势位于+d轴上，二者相互加强。所以，称之为助磁电枢反应。类似分析可知：主极磁势位于+d轴上，电枢磁势位于-d轴、-q轴之间，效应为：既交磁、又去磁。类似分析可知：主极磁势位于+d轴上，电枢磁势位于+d轴、-q轴之间，效应为：既交磁、又助磁。21.3.1 不计饱和时的数学模型：可用叠加原理 主要内容：电压方程式、 等效电路、相量图。21.3.2 计及饱和时的数学模型：忌用叠加原理 主要内容：电压方程式、 等效电路、相量图。1 物理模型：电磁关系2 数学模型：电压方程式这是电压方程的初始形式。下面引入电抗。3 电抗的引入观察电磁关系中的第2行：它体现了电生磁、磁生电的过程。头尾都是电：电流、电势；中间是磁：磁势、磁通。下面说明头尾成正比：第一，磁势与电流成正比第二，磁通与磁势成正比 假设磁路未饱和，从而磁导率为常数。第三，电势与磁通成正比综上三点可见，电势与电流成正比。记这个比例系数为X。这是大小。相位：电势滞后磁通90，不计铁耗时电流与磁通同相位。故电势滞后电流90。于是，源于电枢电流的电势可以写成负的电抗压降的形式：引入电抗后，电压方程变为：4 不计饱和时隐极发电机的等效电路1 物理模型：电磁关系2 数学模型：电压方程式计及饱和时，没有电枢反应电抗的概念，也没有同步电抗的概念，只有漏阻抗的概念。21.4.1 双反应理论21.4.2 不计饱和时凸极发电机的数学模型 电压方程式 相量图21.4.3 直轴、交轴同步电抗的比较凸极机电枢反应电势电抗化的困难回忆电抗诞生的过程如右。引入电抗的条件是：磁势正比于电流，磁通正比于磁势，电势正比于磁通-导致电势正比于电流。凸极机电枢反应电势电抗化的困难：续现在，即使不计饱和，磁通也不与磁势F成正比。因为：凸极机的气隙不均匀-气隙长度L不为常数。故：电枢反应电势无法用一个电抗压降表示-电抗无法引入。2 凸极机电枢反应电势电抗化困难的克服虽然凸极机的电枢反应电势无法用一个电抗压降表示，但是却可以用二个电抗压降表示-Blondel的双反应理论：当不计饱和时，把任意位置的电枢磁势分解成直轴、交轴两个分量；这两个特定位置上的电枢反应电势可以表示为相应的负电抗压降；这两个负电抗压降之和就是总的电枢反应电势。注意：双反应理论成立的前提-磁路线性。 1 物理背景-电磁关系凸极机的数学模型-电压方程式的初始形式据前述电磁关系可得：3 凸极机的数学模型-电压方程式的常用形式-引入电抗直轴电枢反应电抗Xad交轴电枢反应电抗Xaq直轴同步电抗Xd=Xad + X交轴同步电抗Xq=Xaq + X1 电感 = 匝数的平方 X 磁导2 电抗 = 角频率 X 电感3 电抗 = 角频率 X 匝数的平方 X 磁导4 电抗与磁路有关-说到电抗，要想到磁路：磁阻越大，电抗越小；磁阻越小，电抗越大。直轴主磁路气隙小、磁阻小、电抗大； 交轴主磁路气隙大、磁阻大、电抗小。故：直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反应电抗 直轴同步电抗大于交轴同步电抗21.5.1 电磁功率21.5.2 功率方程21.5.3 转矩方程21.5.4 功率角的空间含意1 电磁功率的定义：励磁电势所发出的有功功率 叫 电磁功率。由等效电路可见： 电磁功率=输出功率+电枢铜耗与感应电机的电磁功率表达式相同。针对同步电机，电磁功率还可写成上页电磁功率的两个表达式表明：交轴电流对能量转换有决定性的意义-要进行能量转换，电枢电流中必须要有有功分量，即交轴分量。1 功率角的定义：励磁电动势与端电压之间的夹角称为功率角。不难看出，交轴电枢反应愈强（即电枢电流的交轴分量愈大），功率角就愈大。 2 励磁电势E0对应到主磁场B0 3 端电压U对应到合成磁场BU（包括主磁场、电枢反应磁场和电枢漏磁场）忽略电阻时可见，端电压U确实对应到合成磁场BU（包括主磁场、电枢反应磁场和电枢漏磁场）4 B0和Bu分别超前于E0和U以90电角度，于是亦可以近似地认为，功率角是主磁场B0与电枢合成磁场Bu之间的空间相角差。对于同步发电机，B0总是超前于Bu。64 结束语结束语