【正文】 xq＋ ( － ) sin2? 3U221xdPM = PM39。 從功角特性公式可見，同步功率隨功率角而變化，且有一極限值 Pmax，我們把最大功率與額定功率之比稱為過載能力，用 km表示，若隱極式同步電機在額定運行時的功率角為 ?N，則 ?N越小，則過載能力 km愈大，從相量圖可見，在一定的負載情況下，如要減少 ?N就必須減小同步電抗 xs。 Date 54weipeiyu 制作 同步發(fā)電機的特性1. 隱極式同步發(fā)電機的功角特性 PM = P2 = 3UIcos? = 3 E0Icos?因在同步發(fā)電機中 raxs，故可忽略 ra，這樣根據(jù)簡化電路的相量圖求得 PM，由相量圖中可以看出： UI?jxs IE0??CO ABPM = 3 sin? UE0xs得所以O(shè)PM? 90o Pmax電磁功率和功率角之間是一個正弦關(guān)系，如圖所示。同步電機的電磁功率除了可用電勢、電樞電流以及它們之間的夾角來表示外，還可以用便于計算、調(diào)節(jié)和更能顯示電機內(nèi)部物理過程的一些物理量來表示，即勵磁電勢 E0、端電壓 U和功率角 ?等。 在容性負載時，隨著負載的增加，必須減少勵磁電流，以維持端電壓恒定。 Date 52weipeiyu 制作 2. 調(diào)節(jié)特性保持 n = n U = UN、cos? = cos?N時， If 與 I 的關(guān)系 ,即 If = f ( I )?，F(xiàn)代同步發(fā)電機都裝有快速自動電壓調(diào)節(jié)器，它能根據(jù)端電壓的變化自動改變勵磁電流的大小，使發(fā)電機端電壓基本不變，所以對 ?U% 的要求大為放寬。電壓變化率是表征同步發(fā)電機運行性能的重要數(shù)據(jù)之一。? 調(diào)節(jié) If，使 I= IN、 cos? = cos?N 、 U = UN 時， If = IfN。 從等效電路可看出，由于 U=0， ra=0，則相量圖如圖 (b)所示。這時電樞電流只有直軸分量，它所產(chǎn)生的電樞磁勢基本上是一個起純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢，即 Fa=Fad，而Faq=0。 試驗時發(fā)電機轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流 If使電樞的短路電流從零開始一直到 ，記取對應(yīng)的短路電流 Ik 和勵磁電流 If ，得短路特性曲線如下圖所示。 它不僅可用來說明同步發(fā)電機的性能，更重要的是可借以測定電機參數(shù)。一方面表征了電機磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)特性配合在一起，可以確定電機的基本參數(shù)額定勵磁電流和電壓調(diào)整率等。 實驗測定時，電樞繞組開路，用原動機把發(fā)電機拖到同步轉(zhuǎn)速，然后逐漸增加勵磁電流并記錄不同勵磁電流下對應(yīng)的電樞端電壓，直到 U0=，再逐步減少 If ，記錄對應(yīng)的 U0和 If 值，由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，將得到上升和下降兩條不同的曲線見下圖。 空載特性曲線實際上就是電機的磁化曲線，它可用計算法得到，也可用實驗法測出。 重要！Date 44weipeiyu 制作 同步發(fā)電機的特性一、空載特性和短路特性 1. 空載特性指在發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速（ n=n1），電樞電路開路（ I=0）的情況下。 負載的功率因數(shù) cos?對它們之間的關(guān)系也有影響，為便于分析，設(shè) cos?不變； 在端電壓、電樞電流和勵磁電流三者中令其一為常數(shù)，而求其他二者之間的關(guān)系，就稱為同步發(fā)電機的基本特性。 同步發(fā)電機的運行性能可以通過它的基本特性以及由這些特性所求得的一些主要參數(shù)來加以說明。電樞每相勵磁電勢為7400V，試求 Id、 Iq、 xd、 xq。求 ?、 ?、 E0 。 設(shè)： U = U 0o 同步發(fā)電機的負載運行UI ? raIjxqIEQjxdIdE0jxqIq?NOQMG?IdIq做圖時要注意： EQ、 E0的長度，兩者不在一起。因為 ?是未知的。 Date 35weipeiyu 制作 2. 相量圖 根據(jù)電路方程、負載的大小和性質(zhì)、電機的參數(shù)和 ?做相量圖如下圖所示。 分別稱為凸極同步電機的交軸和直軸同步電抗。Date 31weipeiyu 制作 (c) 電容性(a) 電感性(b) 電阻性UI? ra Ijxs IE0??UI ra Ijxs IE0? ?UI? ra Ijxs IE0??UI?jxs IE0??UIjxs IE0? ? 忽略 ra 時：UI?jxs IE0??同步發(fā)電機的負載運行Date 32weipeiyu 制作 同步發(fā)電機的負載運行根據(jù)相量圖也可以計算出 E0的值 二、 凸極式同步發(fā)電機的電勢方程式和相量圖 UI? ra Ijxs IE0??1. 電勢平衡方程式 電磁關(guān)系：Uf → If→ Ff→ Φ0→ E0 I → Fad → Faq → Φad → Φaq → Id → Iq→ Ead → Eaq Φ? → E? Date 33weipeiyu 制作 同步發(fā)電機的負載運行E0 Ead Eaq E? 不計飽和時等效電路如圖，由圖可得Eaq ∝ Φaq ∝ Faq ∝ Iq； Ead ∝ Φad ∝ Fad ∝ Id；E? ∝ Φ? ∝ Fa ∝ I 因此有如下關(guān)系： Ead =－ jxad Id E? =－ j x? IEaq =－ j xaq Iq 式中 xad和 xaq分別稱為直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗。需要強調(diào)指出：只有當電樞繞組流過對稱三相電流，即氣隙磁場為圓形旋轉(zhuǎn)磁場時，同步電抗才有意義，而當電樞繞組中流過不對稱三相電流時，便不能無條件地用同步電抗。并設(shè)： U = U 0o 。前述，電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子均以同步轉(zhuǎn)速同方向旋轉(zhuǎn)，定子磁場并不切割轉(zhuǎn)子繞組，所以同步電抗也就是定子方面的總電抗；雖然轉(zhuǎn)子繞組在電路方面不起副繞組的作用，但轉(zhuǎn)子鐵心為旋轉(zhuǎn)磁場所經(jīng)磁路的一個組成部分，所以在磁路方面卻起重要作用；如轉(zhuǎn)子抽去，則定子電流所過遇到的電抗將不再是同步電抗而是接近于漏抗。 Date 29weipeiyu 制作 同步發(fā)電機的負載運行E0 = U+raI＋ j x?I＋ j xaI E0 = U+raI＋ j xsI※ xs — 同步電抗。電樞反應(yīng)電抗物理意義為：電樞反應(yīng)磁場在定子每相繞組中所感應(yīng)的電樞反應(yīng)電勢可把它看作相電流所產(chǎn)生的一個電抗壓降。 Ea =－ j xa I E? =－ j x ? I ※ xa — 電樞反應(yīng)電抗。 電磁關(guān)系如下：在隱極式同步發(fā)電機中，由于氣隙是均勻的，故電樞反應(yīng)不必分為交、直軸兩部分 。 為維護一定端電壓，所需的轉(zhuǎn)子直流勵磁電流就應(yīng)增加或減少。 當 ?=90186。 n發(fā)電機要輸出有功功率，原動機就必須克服由于有功分量引起的交軸電樞反應(yīng)磁場對轉(zhuǎn)子的阻力矩； Date 25weipeiyu 制作 同步電機的電樞反應(yīng) AXBY ZCNS?=90186。 圖為 ?=0時電樞磁場即交軸電樞磁場對轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的情況； Date 24weipeiyu 制作 同步電機的電樞反應(yīng) AXBYZCNS?=0186。如將每一相的電樞電流 I都分解 Id和 Iq兩個分量，即同步電機的電樞反應(yīng)Date 23weipeiyu 制作 同步電機的電樞反應(yīng)五、電樞反應(yīng)的重要性電樞反應(yīng)是同步電機負載運行時重要的物理現(xiàn)象，它不僅是引起負載時端電壓變化時的主要原因，而且也是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐；考慮電樞反應(yīng)作用，負載時電樞繞組中的感應(yīng)電勢將由氣隙合成磁場建立，氣隙電勢減去漏阻抗壓降，便得到端電壓。此時的電樞反應(yīng)也可以 這樣說明：其中 Iq與勵磁電動勢 E0同相位，它們（指三相的該分量， 即 IqA、 IqB、 IqC） 產(chǎn)生交軸電樞磁動勢 FaqIq叫做 I的交軸分量，而 Id滯后勵磁 電動勢 E090186。這時的電樞反應(yīng)既非交磁性質(zhì)也非純?nèi)ゴ判再|(zhì)，而是兼有兩種性質(zhì)。AXBYZCNSnFfFaFaqAXBYZCNSn?此時電樞磁動勢 Fa滯后勵磁磁動勢 Ff(90186。若保證電壓不變，即氣隙的合成磁場不變，必須減少直流勵磁，這種電機叫做欠激狀態(tài)的同步電機。同步電機的電樞反應(yīng)四 、 一般情況下 （ 0?90186。 時直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹 助 磁的。AXBYZCNSnFfFa F?AXBYZCNSn電樞磁動勢的幅值 也 恰好位于勵磁磁動勢的軸線上，但方向相 同 。若保證電壓不變，即氣隙的合成磁場不變，必須加大直流勵磁，這種電機叫做過激狀態(tài)的同步電機。）時的電樞反應(yīng)當 ?=90186。此時的電樞磁動勢稱為直軸電樞磁動勢，用 Fad表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為直 軸 電樞反應(yīng)，同步電機的電樞反應(yīng)三 、 當 E0滯后 I90186。 時直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹去磁的。 時，在圖示瞬間，此時 A相 勵磁 電動勢為最大值，但定子 A相電流為零。（ ?=90186。 (時軸與相軸取在一起 )根據(jù)這些基本關(guān)系，便可畫出時空相量圖如下圖所示。 (1)磁通相量 (時間相量 )應(yīng)與產(chǎn)生它的磁密相量 (空間相量 )重合； 相量圖的畫法：(2)忽略鐵心中的損耗影響時，磁通相量應(yīng)與產(chǎn)生它的電流相量同相位；(3)當磁通與感應(yīng)電勢正方向符合右手螺旋法則時，電勢滯后于產(chǎn)生它的磁通 90186。 Date 15weipeiyu 制作 同步電機的電樞反應(yīng)相軸：繞組的軸線。當各相時軸和相軸都取在繞組的軸線上時，時 — 空相量圖存在下列關(guān)系。 見課本 257頁圖 133(c)時 — 空相量圖已知氣隙合成磁勢，并產(chǎn)生氣隙合成磁密和磁通，該磁通在電樞繞組中產(chǎn)生合成電勢。但因磁路的飽和現(xiàn)象，交軸 電樞反應(yīng)使幅值增加的很小。 qdDate 13weipeiyu 制作 這種電樞磁動勢稱為交軸電樞磁動勢，用 Faq表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。Date 12weipeiyu 制作 同步電機的電樞反應(yīng)AXBYZCNSnFfFaF?三相電流聯(lián)合產(chǎn)生的電樞磁勢的基波振幅便落在A相繞組軸線上； d 軸超前于 A相相軸 90186。一、 E0和 I 同相（ ?=0）時的電樞反應(yīng)因為 ?=0186。為什么？Date 11weipeiyu 制作 同步電機的電樞反應(yīng)AXBYZCN