电机学13-1 同步电机的基本电磁关系

第十三章同步电机的基本电磁关系13同步电机的基本电磁关系教学要求：1、时空相-矢量图2、负载运行时两个旋转磁动势a.由直流电流产生的励磁磁动势—机械旋转b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势—电气旋转3、隐极式同步发电机的电动势相量图、方程式、等效电路4、凸极式同步发电机的电动势相量图、方程式、等效电路13-1同步发电机空载运行1、什么是空载运行当同步发电机被原动机拖动到同步转速，转子有励磁电流（If），定子绕组开路（有E0，无I1）称为空载运行。13-1同步发电机空载运行空载负载定子电流I1电枢反应气隙合成磁场零不为零无有转子磁极磁场定子旋转磁场转子磁极磁场2、主磁通和漏磁通主磁通：每极主磁通，能同时交链定转子绕组，且以同步转速旋转，能在定子绕组感应出三相交流电动势。参与定转子间的机电能量转换过程。漏磁通：不通过气隙，仅与励磁绕组交链，并不参与定转子之间的能量转换。13-1同步发电机空载运行13-1同步发电机空载运行+-隐极式+-凸极式一、基波励磁磁动势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，称为励磁磁动势。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弦，每极磁势最大幅值为通过实际总槽数Q2与沿转子表面开的等距槽的总槽数Q’2的比值查表得。（参见教材P230表13－1)12fffFNifk2、隐极电机的励磁磁动势二、基波励磁磁动势空间矢量空间参考轴选择定子A组绕组轴线+A处，该处为=0基波励磁磁动势用空间向量表示,向量长度等于基波磁动势的幅值,向量位置为基波磁动势正波幅所在位置，向量以同步角速度ω逆时针方向转动。0三、基波气隙磁密空间矢量1、隐极式：气隙均匀，当铁心不饱和时，气隙磁密与磁动势成正比，基波磁动势产生正弦波磁密，在不考虑磁铁的磁滞涡流效应下，磁密波的相位和磁动势波的相位相同。2、凸极式：气隙不均匀，即使铁心不饱和，气隙中产生的磁密大小与磁动势大小不成正比，正弦的基波励磁磁动势产生的磁密波是非正弦分布的，磁密波还要分解基波和一系列谐波，基波磁密和基波磁动势仍然同相位。四、定子一相绕组的感应电动势、时间相量气隙磁密旋转切割定子三相绕组，定子绕组感应随时间正弦变化的电动势，用时间相量来表示。由于空间坐标选A相绕组轴线+A为参考轴，所以时间相量也分析A相，感应电动势效值用表示。0E0B0090四、定子一相绕组的感应电动势、时间相量2、A相绕组边处于磁极中心线，磁密最大，A相绕组感应电动势瞬时值为正最大。0090结论：及在空间参考轴+A上初相位与A相时间相量在时间参考轴+j的初相位之间存在一定关系，即：，此关系适合任意时刻。0B00E1fF000090五、时空相—矢量图将空间矢量图参考轴+A与时间相量参考轴+j重合在一起，构成时间空间相量图，即时-空相矢量图定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转速并通入励磁电流的运行状态称为同步发电机的空载运行，称的函数关系为空载特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。六、空载特性(磁化曲线)00()fUEfi气隙线磁化曲线fF0气隙线空载特性曲线fI0E)(0fIfE)(0fFf更换比例尺实际的励磁电流不是基波磁动势13-2对称负载时的电枢反应负载时同步电机中有两种电流—产生两种磁动势aF1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势111135dpaNIkF.p（1）幅值：(A)1160fnp（2）转速：(r/min)（3）转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同（4）极对数：和转子极对数p相同1fF2、转子绕组通入直流电产生每极基波励磁磁动势1f12fffFkNi（1）大小：(A)（2）转速：和转子转速一样为同步转速（3）转向：和转子转向一致（4）极对数：和转子磁极的极对数相同13-2对称负载时的电枢反应负载时同步电机中有两种电流：aI电枢电流fI转子励磁电流fFaFF合成气隙磁动势aFfF与同步旋转，相对静止。磁路不饱和时，可用叠加法：aEEE0afFFF一、什么是电枢反应比较：空载：fIfF00E一种励磁电流，对应转子磁极磁场。负载：fIfF00EaIaFaEF合成气隙磁动势E13-2对称负载时的电枢反应定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。励磁磁势和电枢磁势的区别由电流的f和p决定由电流瞬时值决定恒定，由电枢电流决定正弦波电枢反应磁势由原动机的转速决定由转子位置决定恒定，由励磁电流决定正弦波励磁磁势转速位置大小基波波形pfn60二、基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的作用设时，转子S极中心在空间坐标轴超前90°的位置，即的位置。0t0090——空间基波电枢磁动势向量——空间基波励磁磁动势向量——空载时定子一相电动势1fFaF0E电机带负载后，，由于所带负载性质不同，使和之间相位角Ψ不同，电枢反应的性质也不同。0IEI下面分四种情况来讨论