電機(jī)學(xué)-同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系(已修改)
2025-05-28 02:50 本頁面
【正文】 同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系 167。 101 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 ?一、基本概念 空載運(yùn)行： 同步發(fā)電機(jī)被原動機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速 ， 轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流而電樞繞組開路 ， 這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載運(yùn)行或無載運(yùn)行 。 主磁通漏磁通勵磁磁動勢： 同步 發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電樞電流為零，電機(jī)氣隙中只有轉(zhuǎn)子勵磁電流 if 產(chǎn)生的磁動勢 Ff 和磁場，稱為勵磁磁動勢和勵磁磁場。 圖 101 同步發(fā)電機(jī)的空載磁路 167。 101 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 ?一、基本概念 主磁通漏磁通主磁通（勵磁磁通）： 既鏈過轉(zhuǎn)子，又通過氣隙并與電樞繞組交鏈的磁通 Φ0，稱為主磁通，它就是空載時(shí)的氣隙磁通，或稱勵磁磁通。 主極漏磁通： 只交鏈勵磁繞組的磁通 Φfσ稱為主極漏磁通，它不參與電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程。如圖 10－ 1所示 。 圖 101 同步發(fā)電機(jī)的空載磁路 167。 101 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行 ?二、同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行分析 空載特性： 改變勵磁電流 if ，就可得到不同的 Φ0和勵磁電動勢 E0 ，曲線 E0＝ f(if )表示在同步轉(zhuǎn)速下，空載電動勢E0與勵磁電流 if 之間的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的空載特性。由于 E0∝ if ， if ∝ Ff ，所以，空載曲線實(shí)質(zhì)上就反映了電機(jī)的磁化曲線 。 氣隙線Ga b c00E?NUfF?fF?fi 0fi0fFfi0 0 00 1 00 。 1 2 0 。 2 4 04 . 4 4A B CwE E E E E EE fN k? ? ? ? ? ? ? ????二、同步發(fā)電機(jī)空載特性分析 當(dāng)主磁通 Φ0較小時(shí) ， 整個(gè)磁路處于不飽和狀態(tài) ， 絕大部分磁動勢消耗于氣隙 ， 所以空載特性的下部是一條直線 ， 與空載曲線下部相切的線 OG稱為氣隙線 ,隨著 Φ0的增大 ， 鐵心逐漸飽和 ， 空載曲線逐漸變彎 。 空載特性是同步發(fā)電機(jī)的基本特性之一 。 圖 102 同步發(fā)電機(jī)的空載特性 （磁化曲線） 電機(jī)的飽和因數(shù) 同步電機(jī)的 kμ 值一般在 ～ 右。 氣隙線Ga b c00E?NUfF?fF?fi 0fi0fFfi??ffiibacak 0??空載特性不僅適用于空載情況，負(fù)載情況也是適用的 。 167。 102 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) ?一、基本概念 電樞磁動勢 ：帶上負(fù)載以后 ， 由于電樞繞組有電流通過 ， 就出現(xiàn)第二個(gè)磁動勢－電樞磁動勢 。 如果繞組對稱 ， 三相負(fù)載亦對稱 ， 電樞磁動勢的基波就將為一同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢 勵磁磁動勢的基波和電樞磁動勢基波二者之和 ， 就構(gòu)成了負(fù)載時(shí)的合成磁動勢 ， 從而決定了氣隙合成磁場 。 電樞反應(yīng)： 負(fù)載時(shí)電樞磁動勢的基波對主極磁通基波的影響 ， 就稱為電樞反應(yīng) ， 因此 ， 電樞磁動勢又稱為電樞反應(yīng)磁動勢 。 167。 102 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) ?一、基本概念 旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本條件： 同步電機(jī)的電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向一致，因此它們在空間保持相對靜止。正由于這種相對靜止，才使它們之間的相互關(guān)系保持不變，從而建立穩(wěn)定的氣隙磁場和產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)距，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。實(shí)際上， 定轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止是一切電磁感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)正常運(yùn)行的基本條件 。 167。 102 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) ?二、時(shí)空相矢圖－分析電樞反應(yīng)時(shí)采用時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為 “ 時(shí)空相矢圖 ” ： 凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量 。 基波勵磁磁動勢 及其磁密 為一空間矢量。該矢量位于轉(zhuǎn)子的極軸線上，方向?yàn)?N極指向，以同步速旋轉(zhuǎn)，如圖 10－ 3所示。 1fF 0B圖1 0 3 勵磁磁動勢空間矢量N SA?1fF0BAZBXCY1n： 凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量 。 電樞磁動勢 也為空間矢量，它的位置可以這樣來確定，即當(dāng)某相電流達(dá)到最大時(shí)，電樞磁動勢 剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，它的指向與繞組中的電流方向符合右手螺旋定則，而且轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的一致，并以同步速旋轉(zhuǎn)， aFaFaF圖1 0 4 電樞磁動勢空間矢量?t?AI?BI?CI?A?AZBXCY1naF1n如圖 10－ 4所示。圖中 A相電流最大，所以 剛好轉(zhuǎn)到 A相軸線上。 (電流的規(guī)定正方向仍由末端流向首端 )。 ： 凡是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的量 同步電機(jī)的空載電動勢 (勵磁電動勢） 是時(shí)間向量 ，該相量的相位由轉(zhuǎn)子的位置決定，如轉(zhuǎn)子處于圖 (a)位置，當(dāng)電動勢正方向與電流正方向一致時(shí)， A相感電動勢為正的最大，所以 位于時(shí)間軸線上。如圖 (b)所示。電動勢相量的角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度都是 ω 。 電樞電流 也是時(shí)間相量 ，它的相位決定于電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)。電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)決定了電樞電流和空載電動勢之間的相位差角 ψ ， ψ 稱為內(nèi)功率因數(shù)角。 0E??1fFA?N圖10 5 空載電 動勢相位的確定?t?0E?I??0E?I?： 由于空間矢量和時(shí)聞相量旋轉(zhuǎn)的角速度都是 ω ， 把空間軸線 +A與時(shí)間軸線 +t重合在一起 ， 空間矢量和時(shí)間相量就畫在同一張圖里 ， 稱為時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖 ， 簡稱為 “ 時(shí)空相矢圖 ” 。 圖10 6 時(shí)空相矢圖?t?0E??AI?BI?CI?)( I?1fFA?N??t?0E?I?aF0BA?AZBXCY1naF??167。 102 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) ?二、時(shí)空相矢圖－分析電樞反應(yīng)時(shí)采用時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為 “ 時(shí)空相矢圖 ” ： 結(jié)論： 在時(shí)空相矢圖上 總是落后于 以 90度 ， 總是與 重合。 與 之間相位差 隨著負(fù)載的性質(zhì)不同而改變。而 與 之間相對位置又完全取決于 ψ角 (它們之間的空間相位差為 角 )，所以電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由 ψ角決定的，也就是說 單機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由負(fù)載的性質(zhì)決定的。 0E? 1fF aF0E? aF 1fF???90I?I?1．試說明同步電機(jī)中的 、 、 、 、 、等物理量哪些是空間矢量？哪些是時(shí)間相量？試述兩種矢（相）量之間的統(tǒng)一性。如果不把相軸和時(shí)軸重合，那么時(shí)、空相（矢）量之間的關(guān)系怎樣？ 1fF aF 0B aB 0E I 167。 102 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) ?三、不同 ψ 角時(shí)的電樞反應(yīng) 1. 與 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)－交軸電樞反應(yīng) 0E?I?A Z B X CYN Sd軸 q軸? ?af?f1ff1n圖1 0 7 時(shí)的電樞反應(yīng)?0??1fFA?Nt?0E?I?aF? ??Faf FFF ?? 1?167。 102 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng) ?三、不同 ψ 角時(shí)的電樞反應(yīng) 1. 與 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)－交軸電樞反應(yīng) 交軸電樞反應(yīng)的作用： 0E?I?1） 對主磁極而言，交軸電樞反應(yīng)磁動勢在前極端 (順轉(zhuǎn)向看、極靴的前都 ) 起去磁作用，在后極端（順轉(zhuǎn)向看 ,極靴的后部 )起加磁作用。定子合成磁動勢 較 扭斜了 角，幅值也有所增加，從而使氣隙磁場的大小也有所增加。 2）同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和能量轉(zhuǎn)換與交軸電樞反應(yīng)密切相關(guān)。只有具有交軸電樞反應(yīng)，定子合成磁動勢和主磁
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