同步电机(2)基本电磁关系上课讲义.ppt
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1、第六章 同步电机6.2 6.2 同步发电机的电磁同步发电机的电磁(dinc)(dinc)关系关系n1 1 同同步步发发电电机机的的空空载载(kn(kn zi)zi)运行运行n2 2 三相同步三相同步(tngb)(tngb)发电机的电枢反应发电机的电枢反应n3 3 隐极同步发电机的电磁关系隐极同步发电机的电磁关系n4 4 凸极同步发电机的双反应理论凸极同步发电机的双反应理论n5 5 凸极同步发电机的电磁关系凸极同步发电机的电磁关系n6 6 同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线n7 7 有关参数的实验求取有关参数的实验求取第一页,共87页。第六章 同步电机 1 1 同步同步(tngb)(tng
2、b)发电机的空载运行发电机的空载运行一、基本概念空载运行:同步发电机被原动机拖到同步转速,转子绕组通入直流励磁(l c)电流而电枢绕组开路,这种运行状态称为空载运行或无载运行。励磁磁动势:同步发电机空载(kn zi)运行时电枢电流为零,电机气隙中只有转子励磁电流 if 产生的磁动势Ff 和磁场,称为励磁磁动势和励磁磁场。图 同步发电机的空载磁路第二页,共87页。第六章 同步电机一、基本概念主磁通(励磁磁通):既链过转子(zhun z),又通过气隙并与电枢绕组交链的磁通0,称为主磁通,它就是空载时的气隙磁通,或称励磁磁通。主极漏磁通:只交链励磁绕组的磁通f称为主极漏磁通,它不参与电机的机电能量转
3、换过程。如图所示。图 同步(tngb)发电机的空载磁路第三页,共87页。第六章 同步电机第四页,共87页。第六章 同步电机二、同步(tngb)发电机空载运行分析空载特性:改变励磁电流if,就可得到不同的0和励磁电动势E0,曲线E0f(if)表示在同步转速下,空载电动势E0与励磁电流if 之间的关系,称为发电机的空载特性。由于E0 ,if Ff,所以,空载曲线实质(shzh)上就反映了电机的磁化曲线。第五页,共87页。第六章 同步电机第六页,共87页。第六章 同步电机第七页,共87页。第六章 同步电机 2 2 三三相相同同步步发发电电机机的的电电枢枢(din(din sh)sh)反应反应一、基本
4、概念电枢磁动势:带上负载以后,由于电枢绕组有电流通过,就出现第二个磁动势电枢磁动势。如果(rgu)绕组对称,三相负载亦对称,电枢磁动势的基波就将为一同步旋转的旋转磁动势 励磁磁动势的基波和电枢磁动势基波二者之和,就构成了负载时的合成磁动势,从而决定了气隙合成磁场。电枢反应:负载时电枢磁动势的基波对主极磁通基波的影响,就称为电枢反应,因此,电枢磁动势又称为电枢反应磁动势。第八页,共87页。第六章 同步电机第九页,共87页。第六章 同步电机一、基本概念旋转电机实现机电能量转换的基本条件:同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同,转向(zhunxing)一致,因此它们在空间保持相对静止。正由于
5、这种相对静止,才使它们之间的相互关系保持不变,从而建立稳定的气隙磁场和产生平均电磁转距,实现机电能量转换。实际上,定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。第十页,共87页。第六章 同步电机二、时空相矢图分析电枢反应(fnyng)时采用时间相量和空间矢量统一图,这种图简称为“时空相矢图”1.空间(kngjin)矢量:凡是沿空间(kngjin)按正弦分布的量都可表示为空间(kngjin)矢量。基波励磁磁动势 及其磁密 为一空间矢量。该矢量位于转子(zhun z)的极轴线上,方向为N 极指向,以同步速旋转,如图所示。第十一页,共87页。第六章 同步电机1.空间矢量:凡是沿空间
6、按正弦分布(fnb)的量都可表示为空间矢量。电枢磁动势 也为空间矢量,它的位置可以这样来确定,即当某相电流达到最大时,电枢磁动势 刚好转到该相绕组的轴线上,它的指向与绕组中的电流方向符合右手螺旋定则,而且(r qi)转向与转子的一致,并以同步速旋转,如图所示。图中A相电流最大,所以 刚好转到A相轴线上。(电流的规定正方向仍由末端流向(li xin)首端)。第十二页,共87页。第六章 同步电机第十三页,共87页。第六章 同步电机2.时间相量:凡是随时间按正弦规律(gul)变化的量同步电机的空载电动势(励磁电动势)是时间向量,该相量的相位由转子的位置决定(judng),如转子处于图(a)位置,当电
7、动势正方向与电流正方向一致时,A相感电动势为正的最大,所以 位于时间轴线上。如图(b)所示。电动势相量的角频率与转子旋转的角速度都是。电枢电流 也是时间相量,它的相位决定于电机内部的阻抗(zkng)和负载的性质。电机内部的阻抗(zkng)和负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位差角,称为内功率因数角。第十四页,共87页。第六章 同步电机第十五页,共87页。第六章 同步电机3.时空相矢图:由于空间矢量和时闻相量旋转的角速度都是,把空间轴线+A与时间(shjin)轴线+t重合在一起,空间矢量和时间(shjin)相量就画在同一张图里,称为时间(shjin)相量和空间矢量统一图,简称为“时空相
8、矢图”。第十六页,共87页。第六章 同步电机第十七页,共87页。第六章 同步电机第十八页,共87页。第六章 同步电机三、不同(b tn)角时的电枢反应第十九页,共87页。第六章 同步电机三、不同角时的电枢(din sh)反应1.与 同相位时的电枢(din sh)反应交轴电枢(din sh)反应第二十页,共87页。第六章 同步电机1.与 同相位时的电枢(din sh)反应交轴电枢(din sh)反应交轴电枢(din sh)反应的作用:1)对主磁极而言,交轴电枢(din sh)反应磁动势在前极端(顺转向看、极靴的前部)起去磁作用,在后极端(顺转向看,极靴的后部)起加磁作用。定子合成磁动势 扭斜了
9、角,幅值也有所增加,从而使气隙磁场的大小也有所增加。2)同步电机的电磁转矩和能量转换与交轴电枢(din sh)反应密切相关。只有具有交轴电枢(din sh)反应,定子合成磁动势和主磁极之间才会形成一定的 角,从而才能实现机、电能量转换,所以交轴电枢(din sh)反应是实现机、电能量转换的必要条件。第二十一页,共87页。第六章 同步电机2.落后 以 时的电枢(din sh)反应去磁性质的直轴电枢(din sh)反应第二十二页,共87页。第六章 同步电机2.落后(lu hu)以 时的电枢反应去磁性质的直轴电枢反应直轴电枢(din sh)反应的作用:1)对主磁场而言,直轴电枢反应磁动势起去磁作用,
10、使得气隙合成磁场减小。2)由于合成磁动势没有(mi yu)扭斜现象(),此时直轴电枢反应磁场与励磁磁场正对着,不产生切向力,所以不产生电磁转距,因而也不能进行机电能量转换。第二十三页,共87页。第六章 同步电机3.超前 以 时的电枢(din sh)反应加磁性质的直轴电枢(din sh)反应第二十四页,共87页。第六章 同步电机3.超前 以 时的电枢(din sh)反应加磁性质的直轴电枢(din sh)反应直轴电枢(din sh)反应的作用:1)对主磁场而言,直轴电枢反应磁动势起加磁作用,使得气隙合成磁场增强。2)由于合成磁动势没有扭斜现象(),所以也不会产生电磁转距,也不能进行机电(jdin)
11、能量转换。第二十五页,共87页。第六章 同步电机4.一般情况下的电枢(din sh)反应直轴电枢(din sh)反应磁动势交轴电枢(din sh)反应磁动势第二十六页,共87页。第六章 同步电机4.一般情况下的电枢(din sh)反应若把电流 也分解成 和 两个(lin)分量,则交轴电枢反应磁动势使气隙磁场扭斜。产生 角,从而进行机电能量转换(zhunhun),直轴电枢反应磁动势对励磁磁动势起去磁作用,使气隙磁场减小。第二十七页,共87页。第六章 同步电机第二十八页,共87页。第六章 同步电机第二十九页,共87页。第六章 同步电机第三十页,共87页。第六章 同步电机 3 3 隐极同步隐极同步(
12、tngb)(tngb)发电机的电磁关系发电机的电磁关系一、不考虑(kol)饱和时的电动势方程式、同步电抗和相量图 1、电磁(dinc)关系:2、电势平衡方程式:第三十一页,共87页。第六章 同步电机一、不考虑(kol)饱和时的电动势方程式、同步电抗和相量图 3、电枢反应(fnyng)电抗:Ea 4.44fNkw1a式中:称为(chn wi)电枢反应电抗 是对称负载下每相电流为1安时所感应的电枢反应电动势。第三十二页,共87页。第六章 同步电机一、不考虑饱和时的电动势方程式、同步(tngb)电抗和相量图 4、漏电(lu din)抗:漏磁电动势 也可写成负的漏抗压降的形式(xngsh),即 式中:
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