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1、第6章 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理同步發(fā)電機(jī)的主磁通同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和相量圖同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1一、空載運(yùn)行時(shí)的主磁通同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行是指同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通過(guò)直流勵(lì)磁電流，定子繞組開路（定子繞組電流為零）時(shí)的運(yùn)行狀況。（圖示）6.1同步發(fā)電機(jī)的主磁通2從圖可見(jiàn)，主極磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ兩部分，前者通過(guò)氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過(guò)氣隙，僅與勵(lì)磁繞組相交鏈。一、空載運(yùn)行時(shí)的主磁通3一、空載運(yùn)行時(shí)的主磁通空載時(shí)：I=0，If≠0,n=nN空載時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系只增加磁極部分的飽和程度4空載運(yùn)行
2、時(shí)氣隙磁場(chǎng)僅由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱僅由勵(lì)磁電流大小決定。一、空載運(yùn)行時(shí)的主磁通5負(fù)載運(yùn)行時(shí)，定子繞組中有電流流過(guò)，便會(huì)產(chǎn)生電樞基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。負(fù)載運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)內(nèi)由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立的主磁場(chǎng)。二、帶對(duì)稱負(fù)載時(shí)的主磁通6二、帶對(duì)稱負(fù)載時(shí)的主磁通負(fù)載時(shí)：I≠0，If≠0,n=nN負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系主磁通7負(fù)載運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)內(nèi)的主磁場(chǎng)由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立。二、帶對(duì)稱負(fù)載時(shí)的主磁通8空載：氣隙磁動(dòng)勢(shì)負(fù)載：氣隙磁動(dòng)勢(shì)同步發(fā)電機(jī)對(duì)稱負(fù)載時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff的影響，稱為電樞反應(yīng)。三、電樞反應(yīng)9三
3、、電樞反應(yīng)兩種磁動(dòng)勢(shì)性質(zhì)比較：基波波形大小位置轉(zhuǎn)速勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)正弦波恒定，由勵(lì)磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?zèng)Q定電樞磁動(dòng)勢(shì)正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時(shí)值決定由電流的f和p決定結(jié)論：電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff在空間相對(duì)靜止。10幾個(gè)概念①內(nèi)功率因數(shù)角ψ：空載電動(dòng)勢(shì)E0和電樞電流I之間的夾角，與電機(jī)本身參數(shù)和負(fù)載的大小、性質(zhì)有關(guān)；②功率因數(shù)角：與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)；③功率角（功角）θ：E0和U之間的夾角；且有 （電感性負(fù)載）④直軸（d軸）：主磁極軸線（縱軸）；⑤交軸（q軸）：轉(zhuǎn)子相鄰磁極軸線間的中心線為交軸（橫軸）三、電樞反應(yīng)11
4、三、電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)的性質(zhì)：（增磁、去磁或交磁）與負(fù)載的性質(zhì)和大小有關(guān)，主要取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在空間的相對(duì)位置。分析表明，此相對(duì)位置取決于空勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E0和定子電流I之間的相角差ψ。電樞反應(yīng)的性質(zhì)可通過(guò)時(shí)空矢量圖來(lái)反映。12時(shí)空矢量圖：含有時(shí)間相量和空間向量的矢量圖。作時(shí)空矢量圖確定電樞反應(yīng)的性質(zhì)的規(guī)律：取勵(lì)磁磁勢(shì)Ff作為參考向量，其方向就d軸方向；空載磁通Φ0與Ff同方向，空載電勢(shì)E0滯后空載磁通Φ090°；定子電流I滯后空載電勢(shì)E0的角度為內(nèi)功率因數(shù)角Ψ；電樞磁勢(shì)Fa與定子電流I同相位。三、電樞反應(yīng)131、ψ=0°時(shí)的電樞反應(yīng)三、
5、電樞反應(yīng)時(shí)空矢量圖141、ψ=0°時(shí)的電樞反應(yīng)三、電樞反應(yīng)電樞磁勢(shì)Fa滯后勵(lì)磁磁勢(shì)Ff90°，合成磁勢(shì)Fδ的大小略有增加，分布滯后勵(lì)磁磁勢(shì)Ff一個(gè)銳角，此時(shí)電樞反應(yīng)性質(zhì)為交軸電樞反應(yīng)。151、ψ=0°時(shí)的電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)，即交磁作用。電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組相互作用產(chǎn)生的電磁力f1，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，對(duì)發(fā)電機(jī)起制動(dòng)作用。要想維持轉(zhuǎn)速不變，就要相應(yīng)地增加原動(dòng)機(jī)的輸入機(jī)械功率。交軸電樞反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)有有功功率輸出。三、電樞反應(yīng)16三、電樞反應(yīng)2、ψ=90°時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)空矢量圖17三、電樞反應(yīng)2、ψ=90
6、°時(shí)的電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)。電磁力f1在轉(zhuǎn)子上不產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。合成磁動(dòng)勢(shì)Fδ減小，使發(fā)電機(jī)的端電壓下降。要想保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，需增大發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率。18三、電樞反應(yīng)3、ψ=-90°時(shí)的電樞反應(yīng)時(shí)空矢量圖19三、電樞反應(yīng)3、ψ=-90°時(shí)的電樞反應(yīng)直軸增磁電樞反應(yīng)。電磁力f1在轉(zhuǎn)子上不產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。合成磁動(dòng)勢(shì)Fδ增大，使發(fā)電機(jī)的端電壓上升。要想保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，需減小發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率。204、0°<ψ<90°時(shí)的電樞反應(yīng)三、電樞反應(yīng)既有交軸電樞反應(yīng)，又有直軸去磁電樞反應(yīng)。發(fā)電機(jī)既輸出
7、有功功率，又輸出無(wú)功功率。時(shí)空矢量圖215、-90°<ψ<0°時(shí)的電樞反應(yīng)三、電樞反應(yīng)既有交軸電樞反應(yīng)，又有直軸增磁電樞反應(yīng)。發(fā)電機(jī)既輸出有功功率，又輸出無(wú)功功率。時(shí)空矢量圖22三、電樞反應(yīng)ψ位置記作電樞反應(yīng)性質(zhì)影響Ψ≈φ負(fù)載性質(zhì)UN(f)00q軸交軸波形畸變不變下降R900d軸直去削弱下降不變L-900d軸直增增強(qiáng)增大不變C0~900d、q軸交、直去削弱下降下降R、L-900~00d、q軸交、直增增強(qiáng)增大下降R、C23三、電樞反應(yīng)說(shuō)明：；對(duì)應(yīng)：而：對(duì)應(yīng)：分別為直軸和交軸分量。246.2同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和相量圖一、隱極同步發(fā)電機(jī)1、電
8、磁過(guò)程其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是氣隙均勻，故同一電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在圓周氣隙上的任何位置所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)和每極磁通量都是相同的，沒(méi)必要象凸極轉(zhuǎn)子一樣分解成交、直兩個(gè)分量，可以整體考慮
