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1、第十五章 三相同步發(fā)電機的運行原理1本章主要內(nèi)容第一節(jié)同步發(fā)電機空載運行第二節(jié)同步發(fā)電機帶對稱負載時的電樞反應(yīng)第三節(jié)隱極同步發(fā)電機的負載運行第四節(jié)凸極同步發(fā)電機的負載運行2第一節(jié)三相同步發(fā)電機空載運行1.空載運行時的電磁過程當原動機帶動同步發(fā)電機在同步轉(zhuǎn)速下運行，勵磁繞組通入適當?shù)膭畲烹娏?，電樞繞組不帶任何負載的運行情況，稱為空載運行（noloadoprating）?？蛰d運行時氣隙中的磁場僅是轉(zhuǎn)子勵磁電流If及相應(yīng)的勵磁磁動勢Ff單獨建立的磁場，稱為空載磁場或主磁場，磁場的強弱由勵磁電流決定。主磁通：同時與定、轉(zhuǎn)子交鏈的磁通為主磁通?0。主極漏磁通：僅與
2、轉(zhuǎn)子勵磁繞組交鏈的為主極漏磁通?f?。3凸極同步電機空載內(nèi)部磁通分布圖4主磁路(?0的路徑)：主磁通所經(jīng)過的路徑。主此路的路徑：主極鐵心→氣隙→電樞齒→電樞磁軛→電樞齒→氣隙→另一主極鐵心→轉(zhuǎn)子磁軛，形成閉合回路。漏磁路：主要由空氣和非磁性材料組成。主磁路磁阻較漏磁路磁阻小，主磁通遠遠大于漏磁通。1.空載運行時的電磁過程5基波主磁通?0通過氣隙與定、轉(zhuǎn)子交鏈，隨著轉(zhuǎn)子同步速旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中感應(yīng)三相勵磁電動勢E0，實現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子間機電能量轉(zhuǎn)換。漏磁通?f?只與轉(zhuǎn)子繞組交鏈，不參與定、轉(zhuǎn)子間能量轉(zhuǎn)換。1.空載運行時的電磁過程6同步發(fā)電機空載運行的電磁關(guān)系為建
3、立空載磁場的勵磁磁動勢Ff的大小和空間分布與電機的結(jié)構(gòu)有關(guān)。1.空載運行時的電磁過程7隱極同步發(fā)電機的勵磁磁動勢1.空載運行時的電磁過程隱極電機的勵磁繞組嵌埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙均勻，勵磁磁動勢Ff在空間分布為階梯形，空間基波分量為Ff1。8隱極同步發(fā)電機的勵磁磁動勢1.空載運行時的電磁過程受齒槽的影響，氣隙磁密呈現(xiàn)出波動變化，合理選擇大齒寬度可使氣隙磁密的分布接近正弦波。9凸極電機，勵磁繞組集中放置在轉(zhuǎn)子磁極上，勵磁磁動勢在空間分布為矩形波Ff，其基波分量為Ff1。1.空載運行時的電磁過程凸極同步發(fā)電機的勵磁磁動勢10凸極電機定轉(zhuǎn)子間氣隙沿圓周分
4、布不均勻，極面下氣隙小，磁阻小，極間氣隙大，磁阻大，在一個極范圍內(nèi)氣隙徑向磁通密度分布近似于平頂?shù)拿毙?，極靴以外的氣隙磁通密度減少很快，相鄰兩極中線上的磁通密度為零。氣隙磁密可分解為基波Ff1和一系列諧波。合理設(shè)計磁極形狀可使氣隙磁密分布接近正弦波，通常將極靴的極弧半徑做成小于定子內(nèi)圓半徑，且兩圓弧的圓心不重合(稱為偏心氣隙)，形成極弧中心處的氣隙最小，沿極弧中心線兩側(cè)方向氣隙逐漸增大，可使氣隙磁通密度分布較接近正弦波形。1.空載運行時的電磁過程112.空載特性原動機拖動同步電機轉(zhuǎn)子以n1速度轉(zhuǎn)動，?0切割定子繞組，在定子中感應(yīng)電勢E0。感應(yīng)電勢有效值其
5、中，?0為磁極的每極基波磁通，N為每相定子繞組串聯(lián)匝數(shù)，f為勵磁電動勢頻率。122.空載特性空載特性：空載時勵磁電勢與勵磁電流之間的關(guān)系曲線空載時：定子電流為零，電樞電壓等于空載電勢?？蛰d特性也表示主磁通和勵磁磁勢之間的關(guān)系，即電機的磁化曲線。132.空載特性14討論：勵磁電流較小時，磁通較小，磁路未飽和，空載特性呈直線。勵磁電流↑，磁路逐漸飽和，曲線開始進入飽和段。鐵磁飽和后，空載電動勢增加一點，勵磁磁動勢增加很多。2.空載特性15討論：為了合理利用材料，不因過飽和增加勵磁磁動勢而增加電機用銅量，空載額定電壓一般設(shè)計在空載特性的彎曲處。將空載特性曲線的
6、直線部分延長得到氣隙線，表示氣隙磁動勢F?與勵磁電動勢E0間的關(guān)系。2.空載特性16取代表額定電壓UN，飽和系數(shù)定義為E′0為氣隙線上電壓。普通同步電機ks約在1.1～1.25.表明：磁路飽和后，由勵磁磁動勢Ff建立的基波主磁通和感應(yīng)的基波電動勢都降為未飽和值的1/ks，即所需磁動勢是未飽和時的ks倍（即Ff=ksF?）。2.空載特性飽和系數(shù)Ks17abc1ngd0If(Ff)Ff0F?電機運行于曲線剛好彎曲處：充分利用材料不會過分飽和2.空載特性18不同電機用標么值畫出的空載特性相差不大，可認為有一條標準的曲線?？蛰d曲線可用標么值來表示。2.空載特性1
7、92.空載運行時空相矢圖同步發(fā)電機勵磁磁場以同步轉(zhuǎn)速?1在空間旋轉(zhuǎn)，與由其在定子繞組中產(chǎn)生的以頻率?1交變的正弦基波主磁通及其感應(yīng)的正弦基波電動勢在時間上呈同步變化，因此，可將它們畫在同一時間空間相量矢量圖上，以簡化分析。2.空載特性20空載運行時空矢量圖2.空載特性21直軸（縱軸或d軸）：主磁極軸線位置；交軸（橫軸或q軸）：磁極N、S之間的中心線，與d軸垂直；相軸：相繞組的軸線位置；時軸：時間相量在其上投影可得瞬時值。2.空載特性22取定子繞組時間參考軸即時軸與相軸重合，則Ff中的基波分量Ff1(空間矢量）與由它產(chǎn)生的Bf1(空間矢量）及（時間相量）同
8、相位，幅值在直軸正方向；(時間相量）滯后900電角度。2.空載特性233.空載特
