同步電機(jī)的基本理論和運(yùn)行特性

同步電機(jī)的基本理論和運(yùn)行特性第一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五第十二章同步電機(jī)的基本理論和運(yùn)行特性

12.1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

12.2同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

12.3同步電機(jī)的空載運(yùn)行

12.4對稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)

12.5隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法

12.6凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法

12.7電樞繞組的漏抗

12.8同步發(fā)電機(jī)的空載、短路和負(fù)載特性

12.9同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及測定

12.10同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性目錄第二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五12.1同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)1、基本特點(diǎn)①根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)②轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速固定為同步速2、主要用途①主要作發(fā)電機(jī)②電動(dòng)機(jī)（無需調(diào)速、低速大功率機(jī)械、改善功率因數(shù)）③補(bǔ)償機(jī)（空轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)，向電網(wǎng)輸送無功功率）當(dāng)f=50Hz時(shí)，p=1、2、3、4、5…則：n=n1=3000、1500、1000、750、600…第三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式1、基本工作原理A、同步發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組感應(yīng)三相交流電勢轉(zhuǎn)子加直流勵(lì)磁定子 鐵芯 電樞繞組(交流)轉(zhuǎn)子 鐵芯 勵(lì)磁繞組(直流)相電勢大?。侯l率：第四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五B、同步電動(dòng)機(jī)：定子：三相繞組通入三相交流電→產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子：磁極的勵(lì)磁繞組通入直流電產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場定子、轉(zhuǎn)子相互吸引，轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場以旋轉(zhuǎn)。

可見：無論是同步發(fā)電機(jī)還是同步電動(dòng)機(jī)，恒有：第五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五兩種旋轉(zhuǎn)磁場電樞磁場(交流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場)轉(zhuǎn)子磁極磁場(直流勵(lì)磁的機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場)第六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五N1S2N1S2N1S2定子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極磁場Ff超前于電樞磁場Fa補(bǔ)償機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極磁場Ff滯后于電樞磁場Fa三種運(yùn)行方式定子定子阻力驅(qū)動(dòng)力第七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2、結(jié)構(gòu)型式電機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式

旋轉(zhuǎn)磁極式

隱極式（Salient-pole）

凸極式（Cylindrical-Rotor）

電樞：高電壓、大電流，裝在定子便于引出磁極(勵(lì)磁)：電流小，通過電刷可以引入轉(zhuǎn)子用于小容量或特殊用途同步電機(jī)如同步電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)第八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、同步電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)同步電機(jī)組成：定子、(氣隙)、轉(zhuǎn)子NSNS+AABCCB定子鐵芯定子繞組轉(zhuǎn)子磁極鐵芯轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組電刷集電環(huán)（滑環(huán)）氣隙轉(zhuǎn)子定子第九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五1、定子（同一般的交流電機(jī)相似；尺寸大，常采用拼裝）組成：鐵芯、繞組、機(jī)座及其他部件0.35～0.5mm硅鋼片，疊壓定子鐵心 由扇型片拼成，省材，便于運(yùn)輸 矩形開口槽,徑向,軸向通風(fēng)道定子繞組 —三相對稱雙層繞組(電樞）

扁銅線繞制而成,采用成型線圈機(jī)座 —用鋼板焊接而成其他部件 —隔振結(jié)構(gòu)等第十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五隱極機(jī)定子第十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五(隱)內(nèi)定子插入外機(jī)座(隱)外機(jī)座加工第十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五凸極機(jī)定子機(jī)座第十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2、轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(隱極)最大直徑限制在1m左右瘦長型：采用增大長度來增大容量（l/D=5~7)形式：整塊式、組合式其它部件：轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇、集電環(huán)第十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(凸極)吊裝中的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(320MW)結(jié)構(gòu)：凸極、極靴、阻尼繞組、轉(zhuǎn)子支架形式：矮胖，直徑大（>10m）安裝：懸式、傘式(見下圖)第十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五磁極鐵芯、轉(zhuǎn)子軛、支撐筋、轉(zhuǎn)軸阻尼繞組及作用轉(zhuǎn)子其它部件：第十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五懸式傘式1、上導(dǎo)軸承2、上機(jī)架3、推力軸承4、下導(dǎo)軸承5、下機(jī)架傘式：優(yōu)—減小電機(jī)的軸向高度和廠房高度，節(jié)約投資 缺—機(jī)械穩(wěn)定性稍差，用于低速懸式：優(yōu)—減小振動(dòng)和增加機(jī)械穩(wěn)定性，用于高速 缺—軸向高度大，投資成本高第十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五NSNS+NS+隱極式（Salient-pole）

凸極式（Cylindrical-Rotor）類型隱極式凸極式定子鐵芯+三相對稱繞組鐵芯+三相對稱繞組轉(zhuǎn)子磁極細(xì)長圓柱形，圓周上銑有大齒、小齒（1：2）矮胖凸極形狀轉(zhuǎn)子繞組分布集中氣隙均勻極弧下小、極間大速度離心力小—高速離心力大—低速應(yīng)用汽輪發(fā)電機(jī)（p≤2)水輪發(fā)電機(jī)(p≥3)總結(jié)對比第十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五汽輪發(fā)電機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組第十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三、同步電機(jī)的額定值（銘牌）額定容量SN(或額定功率PN)

額定電壓UN

——定子的線電壓

額定電流IN

——定子的線電流

額定功率因數(shù)cosθN

——額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)額定頻率fN

——我國標(biāo)準(zhǔn)工頻50Hz額定轉(zhuǎn)速nN

——即為同步轉(zhuǎn)速額定效率ηN

（發(fā)電機(jī)：

)

（電動(dòng)機(jī)：

)額定勵(lì)磁電壓UfN和額定勵(lì)磁電流IfN第二十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五課時(shí)小結(jié)同步電機(jī)命名的由來？同步電機(jī)的基本特點(diǎn)和主要用途？隱極機(jī)和凸極極的各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較？電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的機(jī)理有哪些？它們間有什么異同點(diǎn)？同步電機(jī)運(yùn)行方式的判別依據(jù)是什么？同步電機(jī)的額定值間的關(guān)系？第二十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.2同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)—為同步電機(jī)提供勵(lì)磁電流(直流)的整個(gè)系統(tǒng)一、勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件:能穩(wěn)定提供發(fā)電機(jī)從空載到滿載(及過載)所需的If當(dāng)電網(wǎng)電壓減小時(shí),能快速強(qiáng)行勵(lì)磁,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性.發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)能快速減磁，限制電壓過高當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí),能快速滅磁.運(yùn)行可靠,維護(hù)方便,簡單,經(jīng)濟(jì).多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，能夠成組配合調(diào)節(jié)無功功率.直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng)靜止整流勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁二、勵(lì)磁系統(tǒng)分類第二十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五直流勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸最常用直流并勵(lì)發(fā)電機(jī);也有采用它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)一般帶有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器1、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)第二十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2、交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng)1）靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)(他勵(lì))交流勵(lì)磁機(jī)與整流裝置相配合又可分為靜止整流勵(lì)磁和旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁無換向器，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，勵(lì)磁容量高第二十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2）旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁系統(tǒng)(無刷勵(lì)磁系統(tǒng))主勵(lì)磁機(jī)采用旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)無電刷和集電環(huán)，運(yùn)行可靠，適用于防燃防爆場合但滅磁時(shí)間常數(shù)大，轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)困難第二十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.3同步電機(jī)的空載運(yùn)行空載的定義空載電動(dòng)勢E0

空載電動(dòng)勢E0隨時(shí)間變化規(guī)律與轉(zhuǎn)子磁場沿空間分布規(guī)律相同。If=IfN，n=nN定子繞組開路的狀態(tài)沿氣隙分布繞組磁通感應(yīng)電動(dòng)勢第二十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五一、隱極式同步電機(jī)的空載磁動(dòng)勢定義：勵(lì)磁磁動(dòng)勢波形系數(shù)實(shí)際波形基波分量轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子繞組Kf取決于r（小齒齒距之和/極距）第二十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、凸極式同步電機(jī)的空載磁動(dòng)勢實(shí)際波形基波分量轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子繞組第二十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三、時(shí)間相量和空間矢量時(shí)間相量：隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的量空間矢量：在空間按正弦規(guī)律分布的量氣隙磁動(dòng)勢基波分量氣隙磁密基波分量定子繞組所匝鏈的磁通定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)空矢量圖的定義：具有相同角速度的空間矢量和時(shí)間相量可以畫在同一坐標(biāo)上，這種表示法稱之第二十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五同步電機(jī)空載時(shí)的時(shí)空矢量圖時(shí)間相量和空間矢量都以相繞組軸線作為參考軸。BACK第三十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五說明1 時(shí)間相角有明確的物理意義，空間相角也有明確的物理意義，但是時(shí)、空之間的“相角”無物理意義。2 參考軸可以任意選擇，但一般選擇在相繞組軸線3 空間矢量是由三相電樞或主極的共同作用產(chǎn)生的，如磁動(dòng)勢和磁通密度。而時(shí)間相量僅指一相的量，表示其電動(dòng)勢、電壓、電流及繞組匝鏈的磁通。4 空間矢量相對于轉(zhuǎn)子而言是靜止的，由于轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，所以空間矢量相對于氣隙而言就是以同步速旋轉(zhuǎn)的。第三十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五四、空載電動(dòng)勢相量氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁極建立磁通：主磁通的漏磁通主磁路：氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身、轉(zhuǎn)子軛第三十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五五、電壓波形的正弦畸變率定義：額定功率為10到1000kVA的交流發(fā)電機(jī)，其線電壓波形允許的正弦畸變率不超過10%額定功率為1000kVA以上的交流發(fā)電機(jī)，其線電壓波形允許的正弦畸變率不超過5%。第三十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五課時(shí)小結(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁可分為哪幾類？同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)氣隙磁動(dòng)勢是定子還是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的？磁動(dòng)勢實(shí)際波形是什么波（隱極和凸極）？波形系數(shù)如何定義？空間矢量和時(shí)間相量的物理意義有何區(qū)別？同步電機(jī)中哪些量是空間矢量，哪些量是時(shí)間相量？何謂時(shí)空矢量圖？同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)的時(shí)空矢量圖？電壓波形正弦畸變率的定義是什么？第三十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.4對稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)的概念電機(jī)帶負(fù)載后，電樞電流產(chǎn)生的磁場將使空載氣隙磁場的分布發(fā)生變化，從而使繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。三個(gè)特殊角

內(nèi)功率因數(shù)角：是與的時(shí)間相位角，與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān)

外功率因數(shù)角：是與的時(shí)間相位角，與負(fù)載有關(guān)

功率角（功角）：是與的時(shí)間相位角

三者關(guān)系：+=這是為了分析電機(jī)特性而引入的角度第三十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五負(fù)載時(shí)的時(shí)空矢量圖四個(gè)軸：直軸、交軸、相軸、時(shí)軸空載時(shí)空矢量圖負(fù)載時(shí)的時(shí)空矢量圖Ψ第三十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五一、和同相()時(shí)的電樞反應(yīng)

交軸電樞反應(yīng)第三十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五此時(shí)同步電機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，僅輸出有功功率到電網(wǎng)。即：特點(diǎn)：滯后90o，作用在交軸，是交軸電樞反應(yīng)結(jié)論：以A相繞組軸線作為空間矢量和時(shí)間相量的參考軸，則在時(shí)空矢量圖上與同方向，與同方向。第三十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、滯后90o()時(shí)的電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)第三十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五此時(shí)同步電機(jī)處于補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，僅輸出感性無功功率到電網(wǎng)。特點(diǎn)：滯后180o，作用在直軸，是直軸電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)起去磁作用。結(jié)論：過勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)的同步電機(jī)將向電網(wǎng)輸送感性無功功率。過勵(lì)狀態(tài)：當(dāng)電樞反應(yīng)起去磁作用時(shí)，為保持電網(wǎng)電壓不變，必須增大勵(lì)磁電流，增大勵(lì)磁電流后的運(yùn)行狀態(tài)稱為過勵(lì)狀態(tài)。第四十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三、滯后180o()時(shí)的電樞反應(yīng)

交軸電樞反應(yīng)第四十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五此時(shí)同步電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收有功功率到電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率。特點(diǎn)：超前90o，作用在交軸，是交軸電樞反應(yīng)。第四十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五四、超前90o()時(shí)的電樞反應(yīng)直軸助磁電樞反應(yīng)第四十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五此時(shí)同步電機(jī)僅輸出容性無功功率到電網(wǎng)。欠勵(lì)狀態(tài)：當(dāng)電樞反應(yīng)起助磁作用時(shí)，為保持電網(wǎng)電壓不變，必須減小勵(lì)磁電流，減小勵(lì)磁電流后的運(yùn)行狀態(tài)稱為欠勵(lì)狀態(tài)。結(jié)論：欠勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)的同步電機(jī)將向電網(wǎng)輸送容性無功功率。特點(diǎn)：與同相位，作用在直軸，是直軸電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)起助磁作用。第四十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五五、一般情況下的電樞反應(yīng)直軸分量：交軸分量：可以把電樞電流和電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢分解為兩個(gè)分量：Y=Y=cossinIIIIqd第四十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)角判斷同步電機(jī)的運(yùn)行方式1、當(dāng)-π/2<Ψ<π/2時(shí)，cosΨ>0電機(jī)向電網(wǎng)輸出有功功率------發(fā)電機(jī)2、當(dāng)π/2<Ψ<3π/2時(shí)，cosΨ<0電機(jī)從電網(wǎng)吸收有功功率------電動(dòng)機(jī)3、當(dāng)Ψ=π/2時(shí)，cosΨ=0，sinΨ=1有功為零，向電網(wǎng)輸出感性無功------補(bǔ)償機(jī)4、當(dāng)Ψ=-π/2時(shí)，cosΨ=0，sinΨ=-1有功為零，向電網(wǎng)輸出容性無功第四十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五直軸交軸A相相軸FaFf1E0IΨFaFaFaIII小結(jié)Ψ=0～π/2發(fā)電機(jī)/過激Ψ=π/2～π電動(dòng)機(jī)/過激Ψ=-π/2～0發(fā)電機(jī)/欠激Ψ=-π～-π/2電動(dòng)機(jī)/欠激Ff1超前Fa時(shí)，為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Ff1滯后Fa時(shí)，為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)FadFad與Ff1同方向時(shí)，助磁，為欠激狀態(tài)Fad與Ff1反方向時(shí)，去磁，為過激狀態(tài)第四十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五電樞反應(yīng)是傳遞能量的關(guān)鍵1、空載時(shí)定子繞組開路→I=0（Fa=0）→無電樞反應(yīng)→不傳遞能量2、負(fù)載時(shí)I≠0(Fa≠0)→存在電樞反應(yīng)→有能量傳遞(隨負(fù)載變化)第四十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五3、結(jié)論電樞反應(yīng)是能量傳遞的關(guān)鍵提高原動(dòng)機(jī)輸入可以提高發(fā)電機(jī)輸出功率，并保持n1不變

T1↑→P↑、Q↓提高轉(zhuǎn)子If可以提高發(fā)電機(jī)無功功率輸出，并保持端電壓不變

If↑→P不變、

Q↑第四十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五課時(shí)小結(jié)電樞反應(yīng)的概念？兩磁場？三個(gè)角？四個(gè)軸？任意角度電樞反應(yīng)的分析（畫負(fù)載時(shí)空矢量圖）？如何根據(jù)ψ判別同步電機(jī)的運(yùn)行方式？同步電機(jī)運(yùn)行方式的判別依據(jù)是什么？為什么說電樞反應(yīng)是能量傳送的關(guān)鍵？第五十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.5隱極同步發(fā)電機(jī)的分析方法一、不計(jì)磁路磁飽和時(shí)電路方程和等效電路負(fù)載情況下：第五十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五等效電路*注：磁場對轉(zhuǎn)子繞組無相對運(yùn)動(dòng)定子側(cè)電壓平衡方程：第五十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五電樞反應(yīng)電抗和同步電抗kδδ—有效氣隙長度lτ—每極面積μ0=4π×10-7H/m第五十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五第五十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五電樞反應(yīng)電抗和同步電抗的物理意義：Xa是三相合成氣隙旋轉(zhuǎn)磁場對應(yīng)的電抗，要比每相激磁電抗大3/2倍，更大于漏抗XσXσ很小，因此Xa與Xs在數(shù)值上相差不大與異步機(jī)的Xm相比較，數(shù)值上Xa小于Xm（同步機(jī)氣隙較大）Xa與Xm（異步機(jī)）均為每相值，各相相等Xs為定子側(cè)總電抗大小關(guān)系：Xs>Xa>Xσ第五十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五隱極發(fā)電機(jī)的相量圖過勵(lì)隱極同步發(fā)電機(jī)相量圖步驟：以U為參考，畫I畫E畫E0=E-Ea標(biāo)注各角度畫磁通Ф=Фa+Ф0ΨδΨδ簡化相量圖：第五十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、考慮磁路磁飽和時(shí)考慮磁飽和時(shí)，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時(shí)，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢F，然后利用電機(jī)的磁化曲線(空載曲線)求出負(fù)載時(shí)的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢第五十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.6凸極同步發(fā)電機(jī)的分析方法一、雙反應(yīng)理論考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。

Y=Y=cossinIIIIqd第五十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五注意：Fad和Faq都是正弦波，但由于氣隙不均勻，所以其對應(yīng)的磁密波不是正弦波第五十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、電路方程和等效電路物理過程：第六十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五定子側(cè)電路方程等效電路第六十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三、直、交軸電樞反應(yīng)電抗和同步電抗直軸電樞反應(yīng)電抗第六十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五交軸電樞反應(yīng)電抗第六十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五交、直軸同步電抗**隱極機(jī)可以看成是凸極機(jī)的特例，即：

Kd=Kq=1 xad=xaq=xa

電樞反應(yīng)電抗

xd=xq=xs

同步電抗第六十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五四、凸極發(fā)電機(jī)的相量圖由上可見：同相位。第六十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五d軸q軸過勵(lì)凸極同步發(fā)電機(jī)相量圖步驟：以U為參考，畫I畫EQ，并確定d、q軸爭分解電流I畫E0=EQ+jId(Xd-Xq)完成相量圖第六十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五課時(shí)小結(jié)何為雙反應(yīng)理論？交、直軸電樞磁場磁動(dòng)勢實(shí)際波形？交、直軸電樞磁場磁密實(shí)際波形？（分析時(shí)均取其基波分量）隱極同步電機(jī)的電路方程、等效電路和相量圖？凸極同步電機(jī)的電路方程、等效電路和相量圖？理解：電樞反應(yīng)電抗、漏抗、同步電抗比較大?。?xs>xa>xσ xd>xq>xσ書面作業(yè)：12-1、12-3第六十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.7電樞繞組的漏抗電樞繞組總磁通→差漏抗（或諧波漏抗）xν主磁通槽漏磁通端接部分漏磁通高次諧波漏磁通電樞繞組漏磁通→電樞漏抗xσ常數(shù)、較小(0.1~0.2)Xσ第六十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五電樞繞組漏磁通的影響：槽漏磁通使導(dǎo)體內(nèi)的電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)繞組的銅耗增加端部漏磁通將在端部構(gòu)件（端蓋、壓環(huán)等）引起渦流，產(chǎn)生局部發(fā)熱漏磁電動(dòng)勢將影響電機(jī)的端電壓(波形和幅值)第六十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.8同步發(fā)電機(jī)的空載、短路和負(fù)載特性1、空載特性：2、短路特性：

同步發(fā)電機(jī)的開路、短路及零功率因數(shù)特性都是同步發(fā)電機(jī)的基本特性，通過它們可以求出同步電機(jī)的同步電抗及漏電抗，及確定同步發(fā)電機(jī)的其他特性。3、負(fù)載特性：零功率因數(shù)特性：第七十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五一、空載特性：當(dāng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行于時(shí)，即稱為空載運(yùn)行。第七十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五改變勵(lì)磁If氣隙磁動(dòng)勢Ff變化E0變化E0=f(If)去磁曲線剩磁電勢Er第七十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五空載特性討論：空載特性體現(xiàn)電機(jī)中磁與電的關(guān)系，反映電機(jī)設(shè)計(jì)合理性實(shí)驗(yàn)室測定的空載特性是去磁曲線(下降)，且需單方向測量，當(dāng)Er大時(shí)需修正典型空載特性曲線→充分利用材料、防止過飽和飽和系數(shù)：作用：用于求同步電機(jī)的主要參數(shù)和其它運(yùn)行特性 用于檢查三相電樞繞組的對稱性（曲線下降→匝間短路）第七十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、短路特性：同步發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，電樞短路電流Ik與勵(lì)磁電流If間的關(guān)系曲線，稱為短路特性。將U=0、I=Ik代入同步發(fā)電機(jī)的電路方程，忽略電樞電阻ra，則有：可見，Ψ=900，Ik為純感性負(fù)載(僅有直軸分量)第七十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五Ψ=900時(shí)為直軸去磁電樞反應(yīng)→Ik↑→去磁↑→磁路不飽和→由E=E0+Ea=jIkxσ可見E∝Ik

，且E∝Ф∝Fδ，則Fδ∝Ik，→Fa∝Ik→If∝Ff=Fδ-Fa∝Ik故，短路特性Ik=f(If)是條直線不飽和時(shí)成立第七十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五短路實(shí)驗(yàn)步驟：將三相電樞繞組出線端短接起動(dòng)原動(dòng)機(jī)將同步發(fā)電機(jī)帶到同步速n1通入不同的If，讀取相應(yīng)的短路電流Ik≤(1.1～1.3)IN短路實(shí)驗(yàn)特性討論：特性曲線是條直線（磁路不飽和）電樞反應(yīng)呈直軸去磁作用（Ψ=90o）,Iq=0作用：用于求同步發(fā)電機(jī)的電抗參數(shù)第七十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三、負(fù)載特性：當(dāng)同步發(fā)電機(jī)電樞電流I=const、cosθ=const時(shí)，端電壓U與勵(lì)磁電流If的關(guān)系U=f(If)稱為負(fù)載特性空載特性I=0零功率因數(shù)特性

cosθ=0,I=IN第七十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五零功率因數(shù)負(fù)載特性分析同步發(fā)電機(jī)帶純電感性負(fù)載（cosθ=0、I=IN）時(shí)的特性相量圖cosθ=0→θ=900→Ψ=90°隱極同步發(fā)電機(jī)Ψ=90°忽略ra第七十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五由相量圖可得：Ψ=90°,為純直軸去磁電樞反應(yīng),無交軸分量Iq=0對于隱極電機(jī)：E0與U同相位且有U=E0-Ixs=E-Ixσ對于凸極電機(jī)：Iq=0，即U=E0-Ixd=E-Ixσ隱極凸極B第七十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五零功率因數(shù)特性曲線電抗（特性）三角形Δabc作圖法求Δabc取om=FfN，并作垂線取on=FfN-kadFad=Fδ，作垂線交空載特性于a點(diǎn)取ab=INxσ定出b點(diǎn)，并作om的平行線交于c點(diǎn)連ac，得Δabca1Ff/第八十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五曲線各段物理意義橫坐標(biāo)：om=FfN(IfN)為獲得UN時(shí)所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢（電流）mn=kadFad為直軸電樞反應(yīng)去磁磁動(dòng)勢on=Fδ(If

δ)氣隙合成磁動(dòng)勢（所需勵(lì)磁電流）oe=Ffk(Ifk)短路時(shí)獲得IkN所需磁動(dòng)勢（勵(lì)磁電流）縱坐標(biāo)：mc=UN同步發(fā)電機(jī)端電壓ma1=E=UN+INxσ

合成電勢mE0=E0=UN+INxd=U+INxσ+INxad空載電勢ab=a1c=INxσ漏抗壓降，可求得xσ第八十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五UNIfof實(shí)驗(yàn)法測定零功率因數(shù)特性曲線

特殊點(diǎn)e、c點(diǎn)：e點(diǎn)（額定短路點(diǎn)）：調(diào)節(jié)If使得Ik=IN、U=0時(shí)，讀取If=Ifkc點(diǎn)（定額點(diǎn)）：發(fā)電機(jī)接于電網(wǎng)UN，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于過激狀態(tài)且電樞電流為IN，輸出有功功率為0時(shí)，讀取If值。ecdab注:cd=oead//of第八十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五課時(shí)小結(jié)空載特性實(shí)驗(yàn)及其曲線：去磁曲線、單方向下降測量、剩磁電動(dòng)勢、曲線修正、空載特性的作用？短路特性實(shí)驗(yàn)及其曲線：電樞反應(yīng)特點(diǎn)、特性曲線特征及原因零功率因數(shù)特性曲線形狀？電抗三角形？各坐標(biāo)意義？實(shí)驗(yàn)法測定零功率因數(shù)特性曲線的方法？不同性質(zhì)負(fù)載其負(fù)載特性曲線的特點(diǎn)？第八十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五§12.8同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及測定一、同步電抗的測定不飽和同步電抗的測定隱極同步發(fā)電機(jī)短路時(shí)有（忽略ra）：E0為飽和點(diǎn)時(shí)，不飽和時(shí)對應(yīng)于E0’第八十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五凸極同步發(fā)電機(jī)短路時(shí)有只有直軸電樞反應(yīng)，即Iq=0,Id=Ik討論：利用空載和短路特性求不飽和同步電抗

E0、E0’、

Ik均用每相值進(jìn)行計(jì)算 凸極機(jī)的Xq

需用其它方法測定（轉(zhuǎn)差率法）標(biāo)么值第八十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五求飽和同步電抗--利用空載和零功率因數(shù)特性曲線在零功率因數(shù)負(fù)載下，由相量圖得：同理：c’a’由圖可見：飽和度↓→同步電抗↑第八十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五二、短路比定義1、使空載時(shí)電動(dòng)勢等于額定值（E0=UN）的勵(lì)磁電流If0與短路時(shí)短路電流為額定值（Ik=IN）的勵(lì)磁電流Ifk之比。2、加額定勵(lì)磁電流If0時(shí)測得的短路電流Ik0與額定電流IN之比第八十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五短路比與同步電抗的關(guān)系（c0>1）短路比的選擇Kk↑→xd↓→過載能力↑→端電壓變化↓（△u%小，穩(wěn)定）→氣隙↑→勵(lì)磁安匝↑→用銅量↑→成本↑第八十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五三、漏抗的測定和保梯電抗1、漏抗的測定—利用空載和零功率因數(shù)特性曲線方法一：作電抗三角形→UNIfoecdab方法二：抽出轉(zhuǎn)子法抽出轉(zhuǎn)子→定子加（10~25）%UN、fN電壓U→使得I=IN

→測得電樞端電壓U第八十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五2、保梯電抗xp的測定實(shí)測的零功率因數(shù)曲線比理論曲線稍彎曲。原因：零功率負(fù)載時(shí)，磁極漏磁較大，極芯飽和度較高，所需的勵(lì)磁電流om’>om保梯三角形△a’b’c’第九十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五四、轉(zhuǎn)差率法測定xd和xq(不飽和值)轉(zhuǎn)子開路If=0,電機(jī)由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)到n≈(98~99)%n1定子外施電壓（2~5)%uN相序與轉(zhuǎn)速一致第九十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期五定子繞組上測定：

umax、Imin—定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線與轉(zhuǎn)子直軸重合時(shí)