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1、电机学电机学Electrical Machineryl自动化系温志明自动化系温志明20131电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场本节内容本节内容要点：要点：1 1、时空相、时空相-矢量图矢量图2 2、负载运行时两个旋转磁动势、负载运行时两个旋转磁动势 a.a.由直流电流产生的励磁磁动势由直流电流产生的励磁磁动势 b.b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势三相对称交流电流产生的电枢磁动势3 3、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式，、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式，等值电路等值电路4 4、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式，、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式，等值电路等
2、值电路2电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场l空载运行空载运行空载磁场空载磁场l对称负载运行对称负载运行电枢反应（电枢反应（重点重点）本节内容本节内容3电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场同步发电机空载运行同步发电机空载运行空载运行空载运行：定子绕组：定子绕组开路，定子电流为零，开路，定子电流为零，转子绕组通入直流励转子绕组通入直流励磁电流，发电机被拖磁电流，发电机被拖动以同步速度旋转的动以同步速度旋转的情况。情况。4电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场基波励磁磁动势基波励磁磁动势 当励磁绕组中通入直流电流后，产当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转的磁动势，称
3、为励磁生随转子一起旋转的磁动势，称为励磁磁动势。因为它随转子一起转动，从定磁动势。因为它随转子一起转动，从定子上看，它也是一个旋转磁动势，所以子上看，它也是一个旋转磁动势，所以同电枢绕组磁动势的分析方法一样。同电枢绕组磁动势的分析方法一样。1、凸极电机的励磁磁动势、凸极电机的励磁磁动势5电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场基波励磁磁动势基波励磁磁动势6电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场 励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中间不放绕组以使磁极磁动动势波形接近正间不放绕组以使磁极磁动动势波形接近正弦，每极磁势最大幅值为弦，每极磁势最大幅值为 ，通过
4、实，通过实际总槽数际总槽数Z Z2 2与沿转子表面开的等距槽的总槽与沿转子表面开的等距槽的总槽数数Z Z2 2的比值查表得的比值查表得 。2 2、隐极电机的励磁磁动势、隐极电机的励磁磁动势基波励磁磁动势基波励磁磁动势7电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场基波励磁磁动势基波励磁磁动势8电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势切割电枢绕组9电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势漏磁通漏磁通 10电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势l感应电势的波形和大小与
5、气隙磁密的分感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关。布形状及幅值大小紧密相关。l在设计和制造电机时，应采取适当的措在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能施，以获得尽可能接近正弦分布接近正弦分布的气隙的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。磁密，从而得到较高品质的感应电势。11电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场同步发电机空载电动势同步发电机空载电动势电压波形畸变电压波形畸变l定义：定义：实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。l措施：措施：使气隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布使气隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布
6、和短距绕组，三相和短距绕组，三相Y Y形接法消除三次及其倍数次谐形接法消除三次及其倍数次谐波。波。12电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场对称负载运行对称负载运行l定子绕组接三相对称负载，定子定子绕组接三相对称负载，定子电流不为零，有电枢磁动势产生；电流不为零，有电枢磁动势产生；l转子绕组通入直流励磁电流，有转子绕组通入直流励磁电流，有励磁磁动势产生；励磁磁动势产生；l发电机被拖动以同步速度旋转。发电机被拖动以同步速度旋转。13电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场空载与对称负载运行时空载与对称负载运行时物理情况对比物理情况对比运行状态运行状态电流电流磁动势磁动势磁通磁通电动势电
7、动势合成合成电动势电动势空载运行空载运行IfFf0E0E0对称负载对称负载运行运行IfFf0E0EIaFaaEa14电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。一、一、磁动势分析磁动势分析1 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势（1 1）大小：大小：(A)(A)（2 2）转速：转速：(r/min)(r/min)（3 3）转向：沿通电相序转向：沿通电相序A A、B B、C C的方向，它与转子转向相同的方向，它与转子转向相同（4 4）极对数：
8、和转子极对数相同，决定于绕组的节距）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距 空载与对称负载运行时空载与对称负载运行时物理情况对比物理情况对比15电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场2 2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势 （1 1）大小：大小：(A)（2 2）转速：和转子转速一样为同步速转速：和转子转速一样为同步速（3 3）转向：和转子转向一致转向：和转子转向一致（4 4）极对数：和转子磁极的极对数相同极对数：和转子磁极的极对数相同空载与对称负载运行时空载与对称负载运行时物理情况对比物理情况对比16电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机
9、的磁场励磁磁动势励磁磁动势Ff与与电枢磁动势电枢磁动势Fa的特点的特点磁动势磁动势基波基波波形波形大小大小位置位置转速转速共同点共同点Ff正正弦弦波波恒定，由励恒定，由励磁电流决定磁电流决定由转子位由转子位置决定置决定由原动机由原动机转速决定转速决定转速相转速相等，转等，转向相同，向相同，在空间在空间相对静相对静止。止。Fa正正弦弦波波恒定，由电恒定，由电枢电流决定枢电流决定由电流瞬由电流瞬时值决定时值决定由频率由频率f和极对数和极对数p共同决定共同决定17电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场电枢反应电枢反应l定义：电枢基波磁动势对主极基定义：电枢基波磁动势对主极基波磁场的波磁场的影响
10、影响。l性质：取决于电枢基波磁动势与性质：取决于电枢基波磁动势与励磁磁动势在空间的相对位置，励磁磁动势在空间的相对位置，有有交磁交磁、助磁助磁、去磁去磁之分。之分。l分析：取决于同步发电机的分析：取决于同步发电机的内功内功率因数角率因数角。18电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场 0时的电枢反应时的电枢反应BaB结论：结论：1.电枢磁动势只有交轴分电枢磁动势只有交轴分量，电枢反应对主极磁量，电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为交磁交磁作用；作用；2.交轴电枢反应使气隙合交轴电枢反应使气隙合成磁场轴线位置从空载成磁场轴线位置从空载时的直轴处逆转后移一时的直轴处逆转后移一个角度，而幅值个角
11、度，而幅值增加增加；3.转子主磁场转子主磁场B0超前气隙超前气隙合成磁场合成磁场B，电磁转矩对电磁转矩对主磁极起制动作用。主磁极起制动作用。19电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场0 900 90时的电枢反应时的电枢反应结论：结论：1.电枢磁动势包括电枢磁动势包括交轴分交轴分量量和和直轴分量直轴分量。2.交轴电枢反应对主极磁交轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为交磁交磁作用；作用；3.直轴电枢反应对主极磁直轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为去磁去磁作用。作用。20电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场-90 0-90 0时的电枢反应时的电枢反应结论：结论：1.电枢磁动势包括
12、电枢磁动势包括交轴分交轴分量量和和直轴分量直轴分量。2.交轴电枢反应对主极磁交轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为交磁交磁作用；作用；3.直轴电枢反应对主极磁直轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为助磁助磁作用。作用。21电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场当当 角为不同值的电枢反应角为不同值的电枢反应 位置位置电枢反应性质电枢反应性质对电机的影响对电机的影响负载性质负载性质n(f)n(f)U U=0=00 0q q轴轴交轴交轴波形波形畸变畸变下降下降不变不变R R=90=900 0d d轴轴直、去直、去削弱削弱不变不变下降下降L L=-90=-900 0d d轴轴直、助直、助增强增
13、强不变不变上升上升C C0 00 0 90 900 0d d、q q轴轴交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 0 0 XRa凸凸极极机机XXadXaqXdXqXd=X+XadXq=X+XaqXdXqXRa53电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场例题例题l有一台有一台 的汽轮发电机，的汽轮发电机，电枢电阻略去不计。，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势试求额定负载下励磁电动势 及内功率因数角。及内功率因数角。l有一台有一台 的汽轮发电机，的汽轮发电机，电枢电阻略去不计。，电枢电阻略去不计。每相励磁电动势为每相励磁电动势为7520V7520V，试求分
14、下列几种情况接上三，试求分下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：(1)(1)每相是纯电阻每相是纯电阻 (2)(2)每相是每相是纯电感；纯电感；(3)(3)每相是每相是(7.52-j7.52)(7.52-j7.52)电阻电容性负载。电阻电容性负载。54电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场例题例题解解故故 因因 得得 55电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场例题例题解解 阻抗基值阻抗基值 同步电抗同步电抗 1.1.纯电阻负载时纯电阻负载时电枢电流电枢电流 电流滞后于电流滞后于的角度为的角度为 ,故电枢反
15、应是直轴故电枢反应是直轴去磁兼交磁作用。去磁兼交磁作用。56电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场例题例题2.2.纯电感负载时纯电感负载时电枢电流电枢电流 此时为此时为 ,故电枢反应是直轴去磁作用。故电枢反应是直轴去磁作用。时，电枢电流时，电枢电流 此时为此时为 ,故电枢反应是交磁作用。故电枢反应是交磁作用。3.阻容性负载且阻容性负载且57电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场例题例题1.有一台有一台 ,接法接法 （滞后）（滞后）的水轮发电机的水轮发电机，试求在额定负载下励磁电动势试求在额定负载下励磁电动势 及内功率因数角及内功率因数角解解 故故 有有 令令 则则 58电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场例题例题又又 则则 故故 59电机学电机学同步发电机的磁场同步发电机的磁场60