同步电机电枢反应优秀PPT.ppt

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1、第四篇第四篇 同步电机同步电机 同步电机的特点是转子转速与定子产生旋转磁场的转速相等同步电机的特点是转子转速与定子产生旋转磁场的转速相等同步电机的一个主要用途是作发电机，此外，也作电动同步电机的一个主要用途是作发电机，此外，也作电动机或调相机运行。机或调相机运行。通常通常,同步电机的转子磁场同步电机的转子磁场是一个恒定磁场是一个恒定磁场,定子磁场是一个旋转磁场定子磁场是一个旋转磁场 第十四章第十四章 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理基本构造型式基本构造型式 一、磁极旋转式一、磁极旋转式（1）隐极式隐极式 这种型式构造坚固，用于少极高速的同步这种型式构造坚固，用于少极高速

2、的同步电机中，电机中，汽轮发电机都接受隐极式。直流励磁绕组嵌放在槽中，两汽轮发电机都接受隐极式。直流励磁绕组嵌放在槽中，两个大齿分别个大齿分别形成形成N、S极。极。（2）凸极式）凸极式 这种型式构造简洁，通常用于多极低速的同步电机中，这种型式构造简洁，通常用于多极低速的同步电机中，水轮发电机都接受凸极式。励磁绕组在磁极上。水轮发电机都接受凸极式。励磁绕组在磁极上。二、电枢旋转式二、电枢旋转式 励磁绕组在定子上，电枢绕组在转子上，由于从转动着的电枢绕组励磁绕组在定子上，电枢绕组在转子上，由于从转动着的电枢绕组要通过滑动接触才能输出或输入电能，只适用于几个千瓦以下的小功率范围要通过滑动接触才能输出

3、或输入电能，只适用于几个千瓦以下的小功率范围 第十四章第十四章 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理一、定子沟通励磁的旋转磁场一、定子沟通励磁的旋转磁场同步电机定子与异步电机的相同。当时间相位对称的三相同步电机定子与异步电机的相同。当时间相位对称的三相沟通电通过空间三相对称分布的沟通绕组时，气隙中产生沟通电通过空间三相对称分布的沟通绕组时，气隙中产生一个三相合成的旋转磁场一个三相合成的旋转磁场 二、直流励磁的旋转磁场二、直流励磁的旋转磁场转转子的励磁子的励磁绕组绕组两端接直流两端接直流电电源，源，在励磁在励磁绕组绕组内通内通过过直流励磁直流励磁电电流流时时会会产产生直流励磁

4、磁生直流励磁磁场场 随转子一起以同步速旋转随转子一起以同步速旋转 第十四章第十四章 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理三、工作原理三、工作原理 作发电机运行时作发电机运行时 定子三相绕组切割该旋转磁场，感应空载电势定子三相绕组切割该旋转磁场，感应空载电势感应电势的频率为感应电势的频率为 加加负载负载后，定子三相沟通后，定子三相沟通绕组绕组（亦称（亦称电电枢枢绕组绕组）出出现电现电枢枢电电流流，产产生生电电枢磁枢磁场场，磁，磁势为势为在前，在前，在后一起旋在后一起旋转转。做电动机运行时，做电动机运行时，定子三相沟通绕组（电枢绕组）接三相电源。定子产生三相合成旋转磁场定子三相

5、沟通绕组（电枢绕组）接三相电源。定子产生三相合成旋转磁场依靠磁拉力依靠磁拉力驱动驱动直流励磁的直流励磁的转转子同速同向旋子同速同向旋转转。在前，在前，在后一起旋在后一起旋转转。第十四章第十四章 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理与与始终是同速同向旋转，始终是同速同向旋转，相对静止，形成气隙合成磁势为相对静止，形成气隙合成磁势为电枢磁势的基波电枢磁势的基波对气隙磁势基波对气隙磁势基波转子励磁绕组不切割磁场，转子励磁绕组不切割磁场，故在励磁绕组内不产生感应电势故在励磁绕组内不产生感应电势。的影响称为的影响称为电枢反应电枢反应 第三节第三节 同步同步电电机的机的额额定定值值1）

6、额定电压：是指在正常运行时，依据制造厂的）额定电压：是指在正常运行时，依据制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或或kV表示。表示。2）额定电流：流过定子绕组的线电流）额定电流：流过定子绕组的线电流。3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率率。发电机：输出的是电功率发电机：输出的是电功率电动机：输出的是机械功率电动机：输出的是机械功率4)4)相数相数m m ：一般：一般m=3m=3。5)5)额定频率额定频率:我国额定工业频率规定我国额定工业频率规定 =50Hz.=50Hz.6 6）额定转速：

7、额定转速即为电机的同步速，在确）额定转速：额定转速即为电机的同步速，在确定极数及频率时，它的转速是定值。定极数及频率时，它的转速是定值。7 7）额定励磁电压）额定励磁电压8 8）额定励磁电流）额定励磁电流 第三节第三节 同步电机的额定值同步电机的额定值第十五章第十五章 同步电机的基本方程式和相量图同步电机的基本方程式和相量图基本要求：基本要求：了解同步电机的电枢反应。了解同步电机的电枢反应。驾驭同步电机的同步电抗、磁路末饱和时的基本方程式和相量图。驾驭同步电机的同步电抗、磁路末饱和时的基本方程式和相量图。第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应同步同步电电机机转转子直流励磁磁子直

8、流励磁磁势势以同步速切割以同步速切割电电枢枢绕组绕组，在，在电电枢枢绕组绕组内内对应对应感感应应出三相出三相电势电势，每相，每相为为称称为为励磁励磁电势电势。由由电电枢枢电电流流I产产生的生的电电枢磁枢磁势势则则气隙合成磁气隙合成磁势为势为电电枢枢绕组绕组切割气隙合成磁切割气隙合成磁场场，感感应应出三相出三相电势电势，每相，每相为为称合成气隙称合成气隙电势电势。第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应在电枢绕组内每相的电枢电流在电枢绕组内每相的电枢电流 滞后于励磁电势滞后于励磁电势 的相角。的相角。内功率因数角内功率因数角 :滞后于滞后于 电枢绕组每相都用一个等效整距集中电枢绕组

9、每相都用一个等效整距集中绕组来表示，磁极画成凸极式绕组来表示，磁极画成凸极式(更形象更形象直观，同样适用于隐极式直观，同样适用于隐极式)。励磁磁势。励磁磁势和电枢磁势只考虑基波，并选取和电枢磁势只考虑基波，并选取A相相电势达最大值时刻绘制相量图。电势达最大值时刻绘制相量图。d轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNSd轴轴直轴直轴纵轴纵轴q轴轴交轴交轴横轴横轴磁极旋转磁势磁极旋转磁势两极之间的中线两极之间的中线 相量图相量图第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应同相同相时时的的电电枢反枢反应应 和和 一一,d轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNS

10、时，电枢旋转磁势时，电枢旋转磁势的轴线作用在的轴线作用在q轴，称为交轴电枢反应。轴，称为交轴电枢反应。交轴电枢反应使合成磁场交轴电枢反应使合成磁场 轴线的位置轴线的位置从直轴处逆转向后移了一个锐角，从直轴处逆转向后移了一个锐角，其幅值则有所增加。其幅值则有所增加。为三相合成磁势为三相合成磁势,当当A相电流相电流 最大时最大时,的方向与的方向与A轴一样轴一样第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应时时的的电电枢反枢反应应 滞后于滞后于 二二,电枢旋转磁势电枢旋转磁势 的轴线作用在的轴线作用在d轴上轴上,方向与方向与的方向的方向相反相反,起去磁反应起去磁反应,称直轴去磁电枢反应。称直

11、轴去磁电枢反应。d轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNS 当电机的端电压保持不变时，合成气隙磁场当电机的端电压保持不变时，合成气隙磁场也应近似不变也应近似不变,否则会引起电势和电流的变更。否则会引起电势和电流的变更。故当电枢反应呈去磁作用时，为要保持激励故当电枢反应呈去磁作用时，为要保持激励所需的气隙磁场，原有的直流励磁就不够了，所需的气隙磁场，原有的直流励磁就不够了，必需增大主极激磁必需增大主极激磁,使同步电机处于过激状态。使同步电机处于过激状态。换言之，换言之，过激的过激的同步电机将向电网输送感性无功功率，同步电机将向电网输送感性无功功率，或自电网吸取容性无功功率。或自电

12、网吸取容性无功功率。同步电机将向电网输送感性无功功率，同步电机将向电网输送感性无功功率，(感性负载感性负载)第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应时时的的电电枢反枢反应应 超前于超前于 三三,电枢旋转磁势电枢旋转磁势 的轴线作用在的轴线作用在d轴上轴上,方向与方向与的方向的方向相同相同,起去磁反应起去磁反应,称直轴助磁电枢反应。称直轴助磁电枢反应。d轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB BCYFfNS 当电机的端电压保持不变时，合成气隙磁场当电机的端电压保持不变时，合成气隙磁场也应近似不变也应近似不变,否则会引起电势和电流的变更。否则会引起电势和电流的变更。故当电枢反应呈助

13、磁作用时，为要保持激励故当电枢反应呈助磁作用时，为要保持激励原有的气隙磁场，原有的直流励磁就过大了，原有的气隙磁场，原有的直流励磁就过大了，必需减小主极激磁必需减小主极激磁,使同步电机处于欠激状态。使同步电机处于欠激状态。换言之，换言之，欠激的欠激的同步电机将向电网输送容性无功功率，同步电机将向电网输送容性无功功率，或自电网吸取感性无功功率。或自电网吸取感性无功功率。同步电机将向电网输送容性无功功率，同步电机将向电网输送容性无功功率，(容性负载容性负载)第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应反相反相时时的的电电枢反枢反应应 和和 四四,d轴轴q轴轴 A轴轴A AX X Z ZB

14、 BCYFfNS时，电枢旋转磁势时，电枢旋转磁势的轴线作用在的轴线作用在q轴，为交轴电枢反应。轴，为交轴电枢反应。交轴电枢反应使合成磁场交轴电枢反应使合成磁场 轴线的位置轴线的位置从直轴处顺转向前移了一个锐角，从直轴处顺转向前移了一个锐角，其幅值则有所增加。其幅值则有所增加。第一节第一节 对称负载时的电枢反应对称负载时的电枢反应d轴轴q轴轴 A轴轴A AX XB BFfNS电枢旋转磁势电枢旋转磁势五五,为任意值时的电枢反应为任意值时的电枢反应 可把电枢磁势分解为直轴重量和交轴重量。可把电枢磁势分解为直轴重量和交轴重量。直轴重量又可能起直轴重量又可能起当直轴电枢磁势起去磁作用时，当直轴电枢磁势起

15、去磁作用时，不论是发电机状态或是电动机，不论是发电机状态或是电动机，均系处在过激状态。均系处在过激状态。当直轴电枢磁势起助磁作用时，当直轴电枢磁势起助磁作用时，不论它用作发电机或是电动机，不论它用作发电机或是电动机，均系处在欠激状态。均系处在欠激状态。可有随意的相对位置。可有随意的相对位置。去磁作用或助磁作用。去磁作用或助磁作用。发电机阻感性负载较多发电机阻感性负载较多电枢磁势和电枢电流重量电枢磁势和电枢电流重量 d轴轴q轴轴 A轴轴A AX XB BFfNS d轴轴q轴轴 A轴轴A AX XB BFfNS 其次节其次节 电枢反应磁通电枢反应磁通凸极电机气隙不匀整，相同电枢磁势凸极电机气隙不匀

16、整，相同电枢磁势在不同位置的电枢反应结果不一样在不同位置的电枢反应结果不一样,接受双反应理论接受双反应理论,分别求出直轴电枢反应分别求出直轴电枢反应和交轴电枢反应，最终把它们的效果迭加起来。和交轴电枢反应，最终把它们的效果迭加起来。隐极同步电机的电枢反应隐极同步电机的电枢反应磁路不饱和磁路不饱和磁路饱和时磁路饱和时 其次节其次节 电枢反应磁通电枢反应磁通1，等效励磁磁势，等效励磁磁势（方波）产生的基波磁密（方波）产生的基波磁密2，直轴电枢磁势，直轴电枢磁势（正弦）产生的基波磁密（正弦）产生的基波磁密3，交轴电枢磁势，交轴电枢磁势（正弦）产生的基波磁密（正弦）产生的基波磁密磁极极面范围每单位面积

17、的磁导（磁阻的倒数）波形系数（折算到正弦波）第三节第三节 同步电抗同步电抗1、漏电势、漏电势 不饱和。所以，是个常数，且数值较小。2、电枢反应电势、电枢反应电势 ，当磁路末饱和时从相位上来看，滞后滞后一、凸极电机的同步电抗一、凸极电机的同步电抗直直轴电轴电枢反枢反应电应电抗和交抗和交轴电轴电枢反枢反应电应电抗抗。由于直轴磁路和磁导大于交轴磁路的磁导由于直轴磁路和磁导大于交轴磁路的磁导，直轴系统和交轴系统同时存在电枢漏电抗，故直轴系统和交轴系统同时存在电枢漏电抗，故和和直直轴轴同步同步电电抗和交抗和交轴轴同步同步电电抗。抗。第三节第三节 同步电抗同步电抗d轴轴q轴轴 A轴轴A AX XB BFf

18、NS隐极同步电机的隐极同步电机的同步同步电电抗。抗。第三节第三节 同步电抗同步电抗 二、隐极电机的同步电抗二、隐极电机的同步电抗气隙匀整气隙匀整 隐隐极同步极同步电电机的机的电电枢反枢反应电应电抗抗。相当于异步。相当于异步电电机的机的 在同样大小电流状况下在同样大小电流状况下,假如假如 越大，电枢反应电势也越大，表越大，电枢反应电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此 的大小可以说明的大小可以说明电枢反应的强弱。电枢反应的强弱。第四节第四节 基本方程式和相量图基本方程式和相量图 每极励磁磁势 电枢每极基波磁势气隙合成每极磁势 轴 轴 磁路不饱和

19、时磁路饱和时一、隐极同步电机的电势方程式和矢量图一、隐极同步电机的电势方程式和矢量图第四节第四节 基本方程式和相量图基本方程式和相量图 3 隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率已知发电机的端电压、负载电流和功率因数因数cos及参数及参数ra、xt当功率因数当功率因数cos滞后时的相量图滞后时的相量图功率角功率角:超前于超前于的角度的角度3 隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率已知发电机的端电压、负载电流和功率因数因数cos及参数及参数xt当功率因数当功率因数cos滞后时的相量图滞后时的相量图二、凸极同步电机的电势方程式和矢量图二、凸极同步电机的电势方程式和矢量图第四节第四节 基本方程式和相量图基本方程式和相量图 二、凸极同步电机的电势方程式和矢量图二、凸极同步电机的电势方程式和矢量图第四节第四节 基本方程式和相量图基本方程式和相量图 当功率因数当功率因数cos滞后滞后时的相量图时的相量图功率角功率角第四节第四节 基本方程式和相量图基本方程式和相量图通常通常功率角功率角第四节第四节 基本方程式和相量图基本方程式和相量图