华北电力大学：《电机学》第十六章 同步电机的电磁关系

第十六章同步电机的电磁关系 要点 1、时空相-矢量图 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 b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势 3、隐极式同步发电机的电动势相量图,方程式, 等值电路 4、凸极式同步发电机的电动势相量图,方程式, 等值电路

要点： 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 b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势 3、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路 4、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路

第一节同步发电机空载运行 空载运行:当原动机带动发电机在同步转速 下运行,励磁绕组通过适当的励磁电流,电 枢绕组不带任何负载时的运行情况

空载运行：当原动机带动发电机在同步转速 下运行，励磁绕组通过适当的励磁电流，电 枢绕组不带任何负载时的运行情况

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 f+A Ke Aoo∞)⑧x 0 ⊙ soB

A X B Y C z   0  +A 一、基波励磁磁动势  f +A 0 1 2 F f  N fif F f 1  k fF f 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

基波励磁磁动势(续) 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 为所=N,通过实际总槽数Z2与沿转子表面开的等距槽 的总槽数Z2的比值查表得k 2、隐极电机的励磁磁动势 +A 3 3404′3z 2

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Z2与沿转子表面开的等距槽 的总槽数Z2的比值查表得 。 1 2 Ff Nf f  i f k 一、基波励磁磁动势(续） 2、隐极电机的励磁磁动势 1 2 3 4 4' 1' 2' 3' A B C X Y Z +A +A  2  0  3 2  +A    0 2   3 2 3 4 4′ 3′ 2′1′ 1 2  F f  F f 1 

、基波励磁磁动势空间矢量 +A +A oo∞(∞ B 空间参考轴选择定子A组绕组轴线+A处,该处为O0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副 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o逆时针方向转动

 +A  2 0 2 32 Ff1  A X NS n +A   0 +Af 1 FB   +Af 1 FB   

基波气隙磁密空间矢量 1、隐极机: 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,再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、凸极机: 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

1、隐极机： 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，再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、凸极机： 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、定子相绕组的感应电动势、时间相量 气隙磁密B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E表示。 +A A O a=0 0 E 1、Fn及B0均与+A轴重合,A相绕组的有效边处于极间磁 密为零处,A相绕组感应电势瞬时值为零,即E。在+j时间 轴的投影为零

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 E0表示。 B0 1、 及 均与+A轴重合，A相绕组的有效边处于极间磁 密为零处，A相绕组感应电势瞬时值为零，即 在+j时间 轴的投影为零 。 F f 1  E0 B0   A X N S n +A   0 +j  E 0    0  +A Ff1 x+A Ff1 x B 0 

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。 +A S⑧ a=0 B 结论:F及B在空间参考轴+A上初相位0与A相时 间相量在时间参考轴+的初相位W之间存在一定 关系,即:V=an90,此关系适合任意时刻

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。 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： = -90 0，此关系适合任意时刻。  0 F f 1  B0 0 E0   0  0 A X n   0 A X  0 N ＋AS B 0  F f 1  +A  +j  E 0 

五、时空相一矢量图 将空间矢量图参考轴+A与时间相量参考轴+重合在 起,构成时间空间相量图,即时一空相矢量图 十A,+j A Bo 0 注意:时间相量与空间矢量的物理意义截然不同,放在 起无实际意义,只是为了方便找出向量的相对位置

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 注意：时间相量与空间矢量的物理意义截然不同，放在一 起无实际意义，只是为了方便找出向量的相对位置 ＋A,+j F f 1 B 0   E 0    0 F f 1  B 0  E 0   ＋A,+j

六、空载特性:(磁化曲线) 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U0=E0=f(i)的函数关系为空载 特性,它是一条非线性关系的饱和曲线。 注意:空载曲线横坐标是实际的励磁电流,或每极 实际磁动势波幅,而不是基波磁动势

注意：空载曲线横坐标是实际的励磁电流，或每极 实际磁动势波幅，而不是基波磁动势。 0 0 ( ) U E f   f i 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。 E0 Un O Ifn If