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1、会计学1电机学电机学 教学教学 CH 三相同步三相同步(tngb)发电机发电机的运行原理的运行原理第一页，共106页。2本章主要本章主要(zhyo)(zhyo)内容内容第一节第一节第一节第一节 同步发电机空载运行同步发电机空载运行同步发电机空载运行同步发电机空载运行(ynxng)(ynxng)(ynxng)(ynxng)第二节第二节第二节第二节 同步发电机带对称负载时的电枢反应同步发电机带对称负载时的电枢反应同步发电机带对称负载时的电枢反应同步发电机带对称负载时的电枢反应第三节第三节第三节第三节 隐极同步发电机的负载运行隐极同步发电机的负载运行隐极同步发电机的负载运行隐极同步发电机的负载运行(
2、ynxng)(ynxng)(ynxng)(ynxng)第四节第四节第四节第四节 凸极同步发电机的负载运行凸极同步发电机的负载运行凸极同步发电机的负载运行凸极同步发电机的负载运行(ynxng)(ynxng)(ynxng)(ynxng)第1页/共106页第二页，共106页。3第一节第一节 三相同步发电机空载三相同步发电机空载(kn zi)运行运行 1.空载运行时的电磁过程空载运行时的电磁过程(guchng)当原动机带动同步发电机在同步转当原动机带动同步发电机在同步转速下运行，励磁绕组通入适当的速下运行，励磁绕组通入适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负励磁电流，电枢绕组不带任何负载的运行情况，称为空载
3、运行载的运行情况，称为空载运行（no load oprating）。）。空载运行时气隙中的磁场仅是转子空载运行时气隙中的磁场仅是转子励磁电流励磁电流If及相应的励磁磁动势及相应的励磁磁动势Ff单独建立的磁场，称为空载磁单独建立的磁场，称为空载磁场或主磁场，磁场的强弱由励磁场或主磁场，磁场的强弱由励磁电流决定。电流决定。主磁通：同时主磁通：同时主磁通：同时主磁通：同时(tngsh)(tngsh)与定、转子交链的磁通为主磁与定、转子交链的磁通为主磁与定、转子交链的磁通为主磁与定、转子交链的磁通为主磁通通通通0 0。主极漏磁通：仅与转子励磁绕组交链的为主极漏主极漏磁通：仅与转子励磁绕组交链的为主极漏
4、主极漏磁通：仅与转子励磁绕组交链的为主极漏主极漏磁通：仅与转子励磁绕组交链的为主极漏磁通磁通磁通磁通f f 。第2页/共106页第三页，共106页。4凸极同步电机空载凸极同步电机空载凸极同步电机空载凸极同步电机空载(kn zi)(kn zi)(kn zi)(kn zi)内部磁通分布图内部磁通分布图内部磁通分布图内部磁通分布图 第3页/共106页第四页，共106页。5l l主磁路主磁路主磁路主磁路(c l)(c l)(0 0的路径的路径的路径的路径)：主磁通所经过的路：主磁通所经过的路：主磁通所经过的路：主磁通所经过的路径。径。径。径。l l主此路的路径：主极铁心主此路的路径：主极铁心主此路的路
5、径：主极铁心主此路的路径：主极铁心气隙气隙气隙气隙电枢电枢电枢电枢(din(din sh)sh)齿齿齿齿电枢电枢电枢电枢(din sh)(din sh)磁轭磁轭磁轭磁轭电枢电枢电枢电枢(din sh)(din sh)齿齿齿齿气隙气隙气隙气隙另一主极铁心另一主极铁心另一主极铁心另一主极铁心转子磁轭，形成闭合回转子磁轭，形成闭合回转子磁轭，形成闭合回转子磁轭，形成闭合回路。路。路。路。l l漏磁路：主要漏磁路：主要漏磁路：主要漏磁路：主要(zhyo)(zhyo)由空气和非磁性由空气和非磁性由空气和非磁性由空气和非磁性材料组成。材料组成。材料组成。材料组成。主磁路磁阻较漏磁路磁阻小，主磁通远远大主磁
6、路磁阻较漏磁路磁阻小，主磁通远远大主磁路磁阻较漏磁路磁阻小，主磁通远远大主磁路磁阻较漏磁路磁阻小，主磁通远远大于漏磁通。于漏磁通。于漏磁通。于漏磁通。1.空载运行时的电磁过程空载运行时的电磁过程第4页/共106页第五页，共106页。6n n基波主磁通基波主磁通0通过气隙与定、通过气隙与定、转子交链，随着转子同步转子交链，随着转子同步(tngb)速旋转，在定子绕组中速旋转，在定子绕组中感应三相励磁电动势感应三相励磁电动势E0，实现定、，实现定、转子间机电能量转换。转子间机电能量转换。n n漏磁通漏磁通f只与转子绕组交链，只与转子绕组交链，不参与定、转子间能量转换。不参与定、转子间能量转换。1.空
7、载运行时的电磁空载运行时的电磁(dinc)过程过程第5页/共106页第六页，共106页。7n n同步发电机空载运行的电磁关系同步发电机空载运行的电磁关系为为 n n建立空载磁场的励磁磁动势建立空载磁场的励磁磁动势FfFf的的大小和空间大小和空间(kngjin)(kngjin)分布与电分布与电机的结构有关。机的结构有关。1.空载运行时的电磁空载运行时的电磁(dinc)过程过程第6页/共106页第七页，共106页。8隐极同步隐极同步隐极同步隐极同步(tngb)(tngb)(tngb)(tngb)发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势 1.空载运行时的电磁空载运行时
8、的电磁(dinc)过程过程 隐极电机的励磁绕组隐极电机的励磁绕组隐极电机的励磁绕组隐极电机的励磁绕组(roz)(roz)嵌埋于转子槽内，沿转子圆嵌埋于转子槽内，沿转子圆嵌埋于转子槽内，沿转子圆嵌埋于转子槽内，沿转子圆周气隙均匀，励磁磁动势周气隙均匀，励磁磁动势周气隙均匀，励磁磁动势周气隙均匀，励磁磁动势FfFf在空间分布为阶梯形，空间基在空间分布为阶梯形，空间基在空间分布为阶梯形，空间基在空间分布为阶梯形，空间基波分量为波分量为波分量为波分量为Ff1Ff1。第7页/共106页第八页，共106页。9隐极同步隐极同步隐极同步隐极同步(tngb)(tngb)(tngb)(tngb)发电机的励磁磁动势
9、发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势 1.空载运行时的电磁空载运行时的电磁(dinc)过程过程 受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化，合理选受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化，合理选受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化，合理选受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化，合理选择大齿宽度择大齿宽度择大齿宽度择大齿宽度(kund)(kund)(kund)(kund)可使气隙磁密的分布接近正弦可使气隙磁密的分布接近正弦可使气隙磁密的分布接近正弦可使气隙磁密的分布接近正弦波。波。波。波。第8页/共106页第九页，共106页。10n n凸极电机凸极电机凸极电机凸极电机(dinj)(dinj
10、)，励磁绕组集中放置在转子磁极上，励，励磁绕组集中放置在转子磁极上，励，励磁绕组集中放置在转子磁极上，励，励磁绕组集中放置在转子磁极上，励磁磁动势在空间分布为矩形波磁磁动势在空间分布为矩形波磁磁动势在空间分布为矩形波磁磁动势在空间分布为矩形波FfFf，其基波分量为，其基波分量为，其基波分量为，其基波分量为Ff1Ff1。1.空载运行时的电磁空载运行时的电磁(dinc)过程过程凸极同步凸极同步凸极同步凸极同步(tngb)(tngb)(tngb)(tngb)发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势发电机的励磁磁动势 第9页/共106页第十页，共106页。11n n凸极电机定转子间气隙沿
11、圆周分布不均匀，极面下气隙小，凸极电机定转子间气隙沿圆周分布不均匀，极面下气隙小，凸极电机定转子间气隙沿圆周分布不均匀，极面下气隙小，凸极电机定转子间气隙沿圆周分布不均匀，极面下气隙小，磁阻小，极间气隙大，磁阻大，在一个极范围内气隙径向磁磁阻小，极间气隙大，磁阻大，在一个极范围内气隙径向磁磁阻小，极间气隙大，磁阻大，在一个极范围内气隙径向磁磁阻小，极间气隙大，磁阻大，在一个极范围内气隙径向磁通密度分布近似于平顶的帽形，极靴以外的气隙磁通密度减通密度分布近似于平顶的帽形，极靴以外的气隙磁通密度减通密度分布近似于平顶的帽形，极靴以外的气隙磁通密度减通密度分布近似于平顶的帽形，极靴以外的气隙磁通密度
12、减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。n n气隙磁密可分解为基波气隙磁密可分解为基波气隙磁密可分解为基波气隙磁密可分解为基波Ff1Ff1Ff1Ff1和一系列谐波。和一系列谐波。和一系列谐波。和一系列谐波。n n合理设计磁极形状合理设计磁极形状合理设计磁极形状合理设计磁极形状(xngzhun)(xngzhun)(xngzhun)(xngzhun)可使气隙磁密分布接近正弦波，可使气隙磁密分布接近正弦波，可使气隙磁密分布接近正弦波，可使气隙磁密分布接近正弦波，通常将极靴的极弧半径做成小
13、于定子内圆半径，且两圆弧的通常将极靴的极弧半径做成小于定子内圆半径，且两圆弧的通常将极靴的极弧半径做成小于定子内圆半径，且两圆弧的通常将极靴的极弧半径做成小于定子内圆半径，且两圆弧的圆心不重合圆心不重合圆心不重合圆心不重合(称为偏心气隙称为偏心气隙称为偏心气隙称为偏心气隙)，形成极弧中心处的气隙最小，形成极弧中心处的气隙最小，形成极弧中心处的气隙最小，形成极弧中心处的气隙最小，沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，可使气隙磁通密度分沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，可使气隙磁通密度分沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，可使气隙磁通密度分沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，可使气隙磁通密度分布较接近正弦
14、波形。布较接近正弦波形。布较接近正弦波形。布较接近正弦波形。1.空载运行时的电磁空载运行时的电磁(dinc)过程过程第10页/共106页第十一页，共106页。122.空载空载(kn zi)特性特性 原动机拖动同步电机转子以原动机拖动同步电机转子以原动机拖动同步电机转子以原动机拖动同步电机转子以n1n1速度转动，速度转动，速度转动，速度转动，0 0切割切割切割切割定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组(roz)(roz)，在定子中感应电势，在定子中感应电势，在定子中感应电势，在定子中感应电势E0E0。感应感应感应感应(gnyng)(gnyng)电势有效值电势有效值电势有效值电势有效值 其中，其中，其中
15、，其中，0 0为磁极的每极基波磁通，为磁极的每极基波磁通，为磁极的每极基波磁通，为磁极的每极基波磁通，N N为每相定子绕组为每相定子绕组为每相定子绕组为每相定子绕组串联匝数，串联匝数，串联匝数，串联匝数，f f为励磁电动势频率。为励磁电动势频率。为励磁电动势频率。为励磁电动势频率。第11页/共106页第十二页，共106页。132.空载空载(kn zi)特性特性空载特性：空载时励磁空载特性：空载时励磁空载特性：空载时励磁空载特性：空载时励磁(l c)(l c)电势与励磁电势与励磁电势与励磁电势与励磁(l c)(l c)电流之电流之电流之电流之间的关系曲线间的关系曲线间的关系曲线间的关系曲线空载时
16、：定子空载时：定子空载时：定子空载时：定子(dngz)(dngz)电流为零，电枢电压等于空电流为零，电枢电压等于空电流为零，电枢电压等于空电流为零，电枢电压等于空载电势。载电势。载电势。载电势。空载特性也表示主磁通和励磁磁势之间的关系，空载特性也表示主磁通和励磁磁势之间的关系，空载特性也表示主磁通和励磁磁势之间的关系，空载特性也表示主磁通和励磁磁势之间的关系，即电机的即电机的即电机的即电机的磁化曲线磁化曲线磁化曲线磁化曲线。第12页/共106页第十三页，共106页。142.空载空载(kn zi)特性特性第13页/共106页第十四页，共106页。15讨论：讨论：讨论：讨论：励磁电流较小时励磁电流
17、较小时励磁电流较小时励磁电流较小时(xiosh)(xiosh)，磁通较小，磁路未饱和，磁通较小，磁路未饱和，磁通较小，磁路未饱和，磁通较小，磁路未饱和，空载特性呈直线。励磁电流空载特性呈直线。励磁电流空载特性呈直线。励磁电流空载特性呈直线。励磁电流，磁路逐渐饱和，曲，磁路逐渐饱和，曲，磁路逐渐饱和，曲，磁路逐渐饱和，曲线开始进入饱和段。线开始进入饱和段。线开始进入饱和段。线开始进入饱和段。铁磁饱和后，空铁磁饱和后，空铁磁饱和后，空铁磁饱和后，空载电动势增加一载电动势增加一载电动势增加一载电动势增加一点，励磁磁动势点，励磁磁动势点，励磁磁动势点，励磁磁动势增加很多。增加很多。增加很多。增加很多。
18、2.空载空载(kn zi)特性特性第14页/共106页第十五页，共106页。16讨论：讨论：讨论：讨论：为了合理利用材料，不因过饱和增加励磁磁动势而增为了合理利用材料，不因过饱和增加励磁磁动势而增为了合理利用材料，不因过饱和增加励磁磁动势而增为了合理利用材料，不因过饱和增加励磁磁动势而增加电机用铜量，空载额定电压一般设计在空载特性的加电机用铜量，空载额定电压一般设计在空载特性的加电机用铜量，空载额定电压一般设计在空载特性的加电机用铜量，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处。弯曲处。弯曲处。弯曲处。将空载特性曲线将空载特性曲线将空载特性曲线将空载特性曲线(qxin)(qxin)的的的的直线部分
19、延长得到气直线部分延长得到气直线部分延长得到气直线部分延长得到气隙线，表示气隙磁动隙线，表示气隙磁动隙线，表示气隙磁动隙线，表示气隙磁动势势势势F F与励磁电动势与励磁电动势与励磁电动势与励磁电动势E0E0间的关系。间的关系。间的关系。间的关系。2.空载空载(kn zi)特性特性第15页/共106页第十六页，共106页。17n n取取取取 代表额定电压代表额定电压代表额定电压代表额定电压UNUN，饱和系数定义为，饱和系数定义为，饱和系数定义为，饱和系数定义为n n E0 E0为气隙线上电压。为气隙线上电压。为气隙线上电压。为气隙线上电压。n n普通同步电机普通同步电机普通同步电机普通同步电机k
20、sks约在约在约在约在1.11.1n n1.25.1.25.n n表明：磁路表明：磁路表明：磁路表明：磁路(c l)(c l)饱和后，由励饱和后，由励饱和后，由励饱和后，由励n n磁磁动势磁磁动势磁磁动势磁磁动势FfFf建立的基波主磁通建立的基波主磁通建立的基波主磁通建立的基波主磁通n n和感应的基波电动势都降为未饱和值的和感应的基波电动势都降为未饱和值的和感应的基波电动势都降为未饱和值的和感应的基波电动势都降为未饱和值的1/ks1/ks，即所需，即所需，即所需，即所需磁动势是未饱和时的磁动势是未饱和时的磁动势是未饱和时的磁动势是未饱和时的ksks倍（即倍（即倍（即倍（即Ff=ksFFf=ks
21、F）。）。）。）。2.空载空载(kn zi)特性特性uu饱和饱和饱和饱和(boh)(boh)系数系数系数系数Ks Ks 第16页/共106页第十七页，共106页。18abc1ngd0If(Ff)Ff0F电机运行于曲线刚好弯曲处：电机运行于曲线刚好弯曲处：电机运行于曲线刚好弯曲处：电机运行于曲线刚好弯曲处：充分利用材料充分利用材料充分利用材料充分利用材料不会过分不会过分不会过分不会过分(gu(gu(gu(gufn)fn)fn)fn)饱和饱和饱和饱和2.空载空载(kn zi)特性特性第17页/共106页第十八页，共106页。19l l不同电机用标么值画出的空载特性不同电机用标么值画出的空载特性不同
22、电机用标么值画出的空载特性不同电机用标么值画出的空载特性(txng)(txng)(txng)(txng)相差不相差不相差不相差不大，可认为有一条标准的曲线。大，可认为有一条标准的曲线。大，可认为有一条标准的曲线。大，可认为有一条标准的曲线。l l空载空载空载空载(kn zi)(kn zi)(kn zi)(kn zi)曲线可用标么值来表示。曲线可用标么值来表示。曲线可用标么值来表示。曲线可用标么值来表示。2.空载空载(kn zi)特性特性第18页/共106页第十九页，共106页。202.空载运行时空相矢图空载运行时空相矢图同步同步(tngb)发电机励磁磁场以同发电机励磁磁场以同步步(tngb)转
23、速转速1在空间旋转，在空间旋转，与由其在定子绕组中产生的以频与由其在定子绕组中产生的以频率率1交变的正弦基波主磁通及交变的正弦基波主磁通及其感应的正弦基波电动势在时间其感应的正弦基波电动势在时间上呈同步上呈同步(tngb)变化，因此，变化，因此，可将它们画在同一时间空间相量可将它们画在同一时间空间相量矢量图上，以简化分析。矢量图上，以简化分析。2.空载空载(kn zi)特性特性第19页/共106页第二十页，共106页。21空载运行空载运行空载运行空载运行(ynxng)(ynxng)(ynxng)(ynxng)时空矢量图时空矢量图时空矢量图时空矢量图 2.空载空载(kn zi)特性特性第20页/
24、共106页第二十一页，共106页。22n n直轴（纵轴或直轴（纵轴或直轴（纵轴或直轴（纵轴或d d轴）：主磁极轴线轴）：主磁极轴线轴）：主磁极轴线轴）：主磁极轴线(zhu xin)(zhu xin)位置；位置；位置；位置；n n交轴（横轴或交轴（横轴或交轴（横轴或交轴（横轴或q q轴）：磁极轴）：磁极轴）：磁极轴）：磁极N N、S S之间的中心线，与之间的中心线，与之间的中心线，与之间的中心线，与d d轴轴轴轴垂直；垂直；垂直；垂直；n n相轴：相绕组的轴线相轴：相绕组的轴线相轴：相绕组的轴线相轴：相绕组的轴线(zhu xin)(zhu xin)位置；位置；位置；位置；n n时轴：时间相量在其
25、上投影可得瞬时值。时轴：时间相量在其上投影可得瞬时值。时轴：时间相量在其上投影可得瞬时值。时轴：时间相量在其上投影可得瞬时值。2.空载空载(kn zi)特性特性第21页/共106页第二十二页，共106页。23n n取定子绕组时间参考轴即时轴与相轴重合，则取定子绕组时间参考轴即时轴与相轴重合，则取定子绕组时间参考轴即时轴与相轴重合，则取定子绕组时间参考轴即时轴与相轴重合，则FfFf中的中的中的中的基波分量基波分量基波分量基波分量Ff1(Ff1(空间矢量空间矢量空间矢量空间矢量(shling)(shling)）与由它产生的）与由它产生的）与由它产生的）与由它产生的Bf1 Bf1(空间矢量空间矢量空
26、间矢量空间矢量(shling)(shling)）及）及）及）及 （时间相量）同相位，（时间相量）同相位，（时间相量）同相位，（时间相量）同相位，幅值在直轴正方向；幅值在直轴正方向；幅值在直轴正方向；幅值在直轴正方向；(时间相量）滞后时间相量）滞后时间相量）滞后时间相量）滞后 900 900电电电电角度。角度。角度。角度。2.空载空载(kn zi)特性特性第22页/共106页第二十三页，共106页。243.3.空载特性的工程应用空载特性的工程应用空载特性的工程应用空载特性的工程应用1)1)设计的空载特性曲线与标准空载曲线比较，两者接近，设计的空载特性曲线与标准空载曲线比较，两者接近，设计的空载特
27、性曲线与标准空载曲线比较，两者接近，设计的空载特性曲线与标准空载曲线比较，两者接近，说明电机设计合理，反之，说明电机磁路过于饱和或材说明电机设计合理，反之，说明电机磁路过于饱和或材说明电机设计合理，反之，说明电机磁路过于饱和或材说明电机设计合理，反之，说明电机磁路过于饱和或材料未充分利用。若太饱和，励磁绕组用铜过多，且电压料未充分利用。若太饱和，励磁绕组用铜过多，且电压料未充分利用。若太饱和，励磁绕组用铜过多，且电压料未充分利用。若太饱和，励磁绕组用铜过多，且电压调节困难；若饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，调节困难；若饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，调节困难；若饱和度太低，则负载变
28、化时电压变化较大，调节困难；若饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且铁心利用率较低，铁心耗材较多。且铁心利用率较低，铁心耗材较多。且铁心利用率较低，铁心耗材较多。且铁心利用率较低，铁心耗材较多。2)2)空载特性结合短路特性与零功率因数负载曲线可求取同空载特性结合短路特性与零功率因数负载曲线可求取同空载特性结合短路特性与零功率因数负载曲线可求取同空载特性结合短路特性与零功率因数负载曲线可求取同步电机参数。步电机参数。步电机参数。步电机参数。3)3)发电厂通过测取空载特性来判断三相发电厂通过测取空载特性来判断三相发电厂通过测取空载特性来判断三相发电厂通过测取空载特性来判断三相(sn xin)(s
29、n xin)绕组的绕组的绕组的绕组的对称性以及励磁系统的故障。对称性以及励磁系统的故障。对称性以及励磁系统的故障。对称性以及励磁系统的故障。2.空载空载(kn zi)特性特性第23页/共106页第二十四页，共106页。253.对空载对空载(kn zi)电动势波形的要求电动势波形的要求三相对三相对三相对三相对(xingdu)(xingdu)称称称称频率频率频率频率(pnl)(pnl)恒定恒定恒定恒定波形接近正弦波形接近正弦波形接近正弦波形接近正弦有一定幅值有一定幅值有一定幅值有一定幅值以上要求标志发电机输出电能的质量。以上要求标志发电机输出电能的质量。以上要求标志发电机输出电能的质量。以上要求标
30、志发电机输出电能的质量。第24页/共106页第二十五页，共106页。26l l要获得准确的正弦波形很难，因此容许一定程度的偏要获得准确的正弦波形很难，因此容许一定程度的偏要获得准确的正弦波形很难，因此容许一定程度的偏要获得准确的正弦波形很难，因此容许一定程度的偏差。工程上将空载线电压的波形与正弦波形偏差的程差。工程上将空载线电压的波形与正弦波形偏差的程差。工程上将空载线电压的波形与正弦波形偏差的程差。工程上将空载线电压的波形与正弦波形偏差的程度，用电压波形正弦性的畸变率来表示。根据度，用电压波形正弦性的畸变率来表示。根据度，用电压波形正弦性的畸变率来表示。根据度，用电压波形正弦性的畸变率来表示
31、。根据(gnj)GB755-2000(gnj)GB755-2000电机基本技术要求规定，电电机基本技术要求规定，电电机基本技术要求规定，电电机基本技术要求规定，电压波形正弦性畸变率可按下式算出：压波形正弦性畸变率可按下式算出：压波形正弦性畸变率可按下式算出：压波形正弦性畸变率可按下式算出：3.对空载电动势波形对空载电动势波形(b xn)的要求的要求 u1 u1为基波电压有效值，也可用线电压有效值代为基波电压有效值，也可用线电压有效值代为基波电压有效值，也可用线电压有效值代为基波电压有效值，也可用线电压有效值代替替替替(dit)(dit)，unun为为为为n n次谐波电压有效值。次谐波电压有效值
32、。次谐波电压有效值。次谐波电压有效值。额定功率额定功率额定功率额定功率300kVA300kVA以上发电机，以上发电机，以上发电机，以上发电机，KuKu不超过不超过不超过不超过5%5%，额定功，额定功，额定功，额定功率率率率10300kVA10300kVA的发电机，的发电机，的发电机，的发电机，KuKu要求不超过要求不超过要求不超过要求不超过10%10%。第25页/共106页第二十六页，共106页。27 电势波形畸变严重，对发电机本身和由它所供电电势波形畸变严重，对发电机本身和由它所供电电势波形畸变严重，对发电机本身和由它所供电电势波形畸变严重，对发电机本身和由它所供电的电动机都有不利的电动机都
33、有不利的电动机都有不利的电动机都有不利(bl)(bl)影响，如损耗增加，效率降低影响，如损耗增加，效率降低影响，如损耗增加，效率降低影响，如损耗增加，效率降低等。等。等。等。3.对空载对空载(kn zi)电动势波形的要求电动势波形的要求第26页/共106页第二十七页，共106页。28第二节第二节 三相同步电机带对称负载三相同步电机带对称负载时的电枢时的电枢(din sh)(din sh)反应反应 同步发电机空载：气隙中只有转子的励磁磁势产生同步发电机空载：气隙中只有转子的励磁磁势产生同步发电机空载：气隙中只有转子的励磁磁势产生同步发电机空载：气隙中只有转子的励磁磁势产生(chnshng)(ch
34、nshng)的主极磁场。的主极磁场。的主极磁场。的主极磁场。励磁绕组外接励磁绕组外接励磁绕组外接励磁绕组外接 产生恒产生恒产生恒产生恒 原动机拖动原动机拖动原动机拖动原动机拖动 恒定直流电源恒定直流电源恒定直流电源恒定直流电源 定磁场定磁场定磁场定磁场 转子旋转转子旋转转子旋转转子旋转(n n1 1)转子磁场转子磁场转子磁场转子磁场 以以以以n n1 1旋转旋转旋转旋转同步同步同步同步(tngb)(tngb)发电机空载：发电机空载：发电机空载：发电机空载：第27页/共106页第二十八页，共106页。29 励磁绕组外接励磁绕组外接励磁绕组外接励磁绕组外接 产生恒产生恒产生恒产生恒 原动机拖动原动
35、机拖动原动机拖动原动机拖动 恒定直流电源恒定直流电源恒定直流电源恒定直流电源 定磁场定磁场定磁场定磁场 转子旋转转子旋转转子旋转转子旋转(n n1 1)转子磁场转子磁场转子磁场转子磁场 切割定切割定切割定切割定 定子绕组感应定子绕组感应定子绕组感应定子绕组感应 以以以以n n1 1旋转旋转旋转旋转 子绕组子绕组子绕组子绕组 三相对称的电势三相对称的电势三相对称的电势三相对称的电势三相电势相位互差三相电势相位互差三相电势相位互差三相电势相位互差1201200 0三相绕组中有三相对三相绕组中有三相对三相绕组中有三相对三相绕组中有三相对称电流称电流称电流称电流产生电枢磁势产生电枢磁势产生电枢磁势产生
36、电枢磁势同步同步同步同步(tngb)(tngb)发电机负载：气隙中同时有励磁磁势和电发电机负载：气隙中同时有励磁磁势和电发电机负载：气隙中同时有励磁磁势和电发电机负载：气隙中同时有励磁磁势和电枢磁势共同建立的磁场，由于电枢磁势的存在，感应电枢磁势共同建立的磁场，由于电枢磁势的存在，感应电枢磁势共同建立的磁场，由于电枢磁势的存在，感应电枢磁势共同建立的磁场，由于电枢磁势的存在，感应电势改变，端电压也改变。势改变，端电压也改变。势改变，端电压也改变。势改变，端电压也改变。1.三相三相(sn xin)同步电机带对称负载后的同步电机带对称负载后的磁动势磁动势 第28页/共106页第二十九页，共106页
37、。301.三相三相(sn xin)同步电机带对称负载后同步电机带对称负载后的磁动势的磁动势 第29页/共106页第三十页，共106页。31u定子定子(dngz)磁势磁势 定子三相对称绕组中通入对称三相电流产生定子三相对称绕组中通入对称三相电流产生(chnshng)基波电枢磁势基波电枢磁势Fa：（1）大小大小(dxio)：1.三相同步电机带对称负载后的磁动势三相同步电机带对称负载后的磁动势 （2）转速：转速：(r/min)（3）转向：通电相序）转向：通电相序A、B、C的方向，与转子同向；的方向，与转子同向；（4）极极对对数数：和和转转子子极极对对数数p相相同同，决决定定于于绕绕组组的的节节距距y
38、。第30页/共106页第三十一页，共106页。32（1 1）大小大小大小大小(dxio)(dxio)：正比于励磁电流；：正比于励磁电流；：正比于励磁电流；：正比于励磁电流；（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；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；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。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。转子绕组转子绕组转子绕组转子绕组(roz)(roz)通入直流产
39、生每极基波励磁磁势通入直流产生每极基波励磁磁势通入直流产生每极基波励磁磁势通入直流产生每极基波励磁磁势Ff1 Ff1：uu转子转子转子转子(zhun z)(zhun z)磁势磁势磁势磁势 1.1.三相同步电机带对称负载后的磁动势三相同步电机带对称负载后的磁动势三相同步电机带对称负载后的磁动势三相同步电机带对称负载后的磁动势 第31页/共106页第三十二页，共106页。33 两个两个两个两个(lin)(lin)(lin)(lin)旋转磁势的转速均为同步速，转向旋转磁势的转速均为同步速，转向旋转磁势的转速均为同步速，转向旋转磁势的转速均为同步速，转向一致，二者在空间处于相对静止状态，称为一致，二者
40、在空间处于相对静止状态，称为一致，二者在空间处于相对静止状态，称为一致，二者在空间处于相对静止状态，称为“同步同步同步同步”，可用矢量加法将其合成为一个合成气隙磁势。，可用矢量加法将其合成为一个合成气隙磁势。，可用矢量加法将其合成为一个合成气隙磁势。，可用矢量加法将其合成为一个合成气隙磁势。气隙磁密是由合成磁势在电机气隙中建立起来的磁气隙磁密是由合成磁势在电机气隙中建立起来的磁气隙磁密是由合成磁势在电机气隙中建立起来的磁气隙磁密是由合成磁势在电机气隙中建立起来的磁场。场。场。场。同步发电机负载后，电机内部的磁势和磁场发生显同步发电机负载后，电机内部的磁势和磁场发生显同步发电机负载后，电机内部的
41、磁势和磁场发生显同步发电机负载后，电机内部的磁势和磁场发生显著变化，使机端电压变化，影响发电机机电能量转著变化，使机端电压变化，影响发电机机电能量转著变化，使机端电压变化，影响发电机机电能量转著变化，使机端电压变化，影响发电机机电能量转换和运行性能，这些变化由电枢磁势的出现所致。换和运行性能，这些变化由电枢磁势的出现所致。换和运行性能，这些变化由电枢磁势的出现所致。换和运行性能，这些变化由电枢磁势的出现所致。u定子、转子定子、转子(zhun z)磁势的关系磁势的关系 1.1.三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)同步电机带对称负载后的同步电机带对称负载后的同步电机带对称负载后的同步电
42、机带对称负载后的磁动势磁动势磁动势磁动势 第32页/共106页第三十三页，共106页。34励磁磁势和电枢励磁磁势和电枢(din sh)磁势的区别磁势的区别基波基波基波基波波形波形波形波形大小大小位置位置转速转速励磁磁励磁磁励磁磁励磁磁势势势势正弦正弦正弦正弦波波波波恒定，由励恒定，由励恒定，由励恒定，由励磁电流决定磁电流决定磁电流决定磁电流决定由转子位由转子位由转子位由转子位置决定置决定置决定置决定由原动机的由原动机的由原动机的由原动机的转速决定转速决定转速决定转速决定电枢反电枢反电枢反电枢反应磁势应磁势应磁势应磁势正弦正弦正弦正弦波波波波恒定，由电恒定，由电恒定，由电恒定，由电枢电流决定枢电
43、流决定枢电流决定枢电流决定由电流瞬由电流瞬由电流瞬由电流瞬时值决定时值决定时值决定时值决定由电流的由电流的由电流的由电流的f f和和和和p p决定决定决定决定第33页/共106页第三十四页，共106页。352.电枢电枢(din sh)反应反应 电枢磁势的存在，使气隙磁场的大小和位置电枢磁势的存在，使气隙磁场的大小和位置电枢磁势的存在，使气隙磁场的大小和位置电枢磁势的存在，使气隙磁场的大小和位置发生变化，这一现象称为电枢反应发生变化，这一现象称为电枢反应发生变化，这一现象称为电枢反应发生变化，这一现象称为电枢反应(fnyng)(fnyng)。电枢反应电枢反应电枢反应电枢反应(fnyng)(fny
44、ng)的性质：去磁、助磁和的性质：去磁、助磁和的性质：去磁、助磁和的性质：去磁、助磁和交磁。交磁。交磁。交磁。决定电枢反应决定电枢反应决定电枢反应决定电枢反应(fnyng)(fnyng)的性质的因素：两的性质的因素：两的性质的因素：两的性质的因素：两个磁势幅值的相对位置，而这一位置与励磁个磁势幅值的相对位置，而这一位置与励磁个磁势幅值的相对位置，而这一位置与励磁个磁势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电势和电枢电流之间的相位差，即角度电势和电枢电流之间的相位差，即角度电势和电枢电流之间的相位差，即角度电势和电枢电流之间的相位差，即角度有有有有关，角关，角关，角关，角由决定于负载的性质。由决定于负
45、载的性质。由决定于负载的性质。由决定于负载的性质。第34页/共106页第三十五页，共106页。36几个几个(j)角度的定义角度的定义 内功率因数角内功率因数角内功率因数角内功率因数角 ，大小与同步发电机的内阻抗，大小与同步发电机的内阻抗，大小与同步发电机的内阻抗，大小与同步发电机的内阻抗及外加负载性质有关，即外加负载性质不同及外加负载性质有关，即外加负载性质不同及外加负载性质有关，即外加负载性质不同及外加负载性质有关，即外加负载性质不同(b(b(b(b tn)tn)tn)tn)（电阻，电感，电容），（电阻，电感，电容），（电阻，电感，电容），（电阻，电感，电容），和和和和 的相位角的相位角的相
46、位角的相位角 随之随之随之随之不同不同不同不同(b tn)(b tn)(b tn)(b tn)，电枢反应性质也不同，电枢反应性质也不同，电枢反应性质也不同，电枢反应性质也不同(b tn)(b tn)(b tn)(b tn)。第35页/共106页第三十六页，共106页。37两极同极发电机示，电两极同极发电机示，电两极同极发电机示，电两极同极发电机示，电枢绕组每一相用一个枢绕组每一相用一个枢绕组每一相用一个枢绕组每一相用一个集中线圈表示，主磁集中线圈表示，主磁集中线圈表示，主磁集中线圈表示，主磁极极极极(cj)(cj)凸极式，电枢凸极式，电枢凸极式，电枢凸极式，电枢绕组中电流的方向为绕组中电流的方
47、向为绕组中电流的方向为绕组中电流的方向为流出用流出用流出用流出用 、流入用、流入用、流入用、流入用表示。表示。表示。表示。坐标轴图示坐标轴图示坐标轴图示坐标轴图示 (1)时空时空(sh kn)相矢图相矢图第36页/共106页第三十七页，共106页。38n n穿过穿过穿过穿过A A相绕组的磁通为零，相绕组的磁通为零，相绕组的磁通为零，相绕组的磁通为零，A A相绕组的感应电动相绕组的感应电动相绕组的感应电动相绕组的感应电动势最大，正好势最大，正好势最大，正好势最大，正好(zhngho)(zhngho)在时轴上。在时轴上。在时轴上。在时轴上。n n若若若若=0=0，则此时，则此时，则此时，则此时A
48、A相电流在时轴上。相电流在时轴上。相电流在时轴上。相电流在时轴上。三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)时间相量图时间相量图时间相量图时间相量图 (1)时空时空(sh kn)相矢图相矢图第37页/共106页第三十八页，共106页。39n nA A相电流最大，三相合成电枢磁动势相电流最大，三相合成电枢磁动势相电流最大，三相合成电枢磁动势相电流最大，三相合成电枢磁动势FaFa的幅值与的幅值与的幅值与的幅值与A A相相相相绕组轴线重合，绕组轴线重合，绕组轴线重合，绕组轴线重合，FaFa在在在在A A轴方向上。轴方向上。轴方向上。轴方向上。n n一般情况，电枢电流一般情况，电枢电流一般情况，
49、电枢电流一般情况，电枢电流 超前或滞后励磁超前或滞后励磁超前或滞后励磁超前或滞后励磁(l c)(l c)电动势电动势电动势电动势 任意相位任意相位任意相位任意相位时，时，时，时，FaFa的幅值位置也超前或滞后的幅值位置也超前或滞后的幅值位置也超前或滞后的幅值位置也超前或滞后A A相绕组相绕组相绕组相绕组轴线轴线轴线轴线电角度。电角度。电角度。电角度。(1)时空时空(sh kn)相矢图相矢图第38页/共106页第三十九页，共106页。40l l由于由于由于由于FaFa与与与与Ff1Ff1同步旋转，故在一般负载的情况下，同步旋转，故在一般负载的情况下，同步旋转，故在一般负载的情况下，同步旋转，故在
50、一般负载的情况下，FaFa与与与与Ff1Ff1的空间相位差等于的空间相位差等于的空间相位差等于的空间相位差等于(dngy)90(dngy)90+电角电角电角电角度。度。度。度。(1)时空时空(sh kn)相矢图相矢图l l 为了分析方便，将时间相量和空间矢量画在一起构成为了分析方便，将时间相量和空间矢量画在一起构成为了分析方便，将时间相量和空间矢量画在一起构成为了分析方便，将时间相量和空间矢量画在一起构成时空时空时空时空(sh kn)(sh kn)相矢图。作时空相矢图。作时空相矢图。作时空相矢图。作时空(sh kn)(sh kn)相矢图的步骤：相矢图的步骤：相矢图的步骤：相矢图的步骤：(1)(