同步发电机磁场

1、1同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_2要点：要点：1 1、时空相、时空相- -矢量图矢量图2 2、负载运行时两个旋转磁动势、负载运行时两个旋转磁动势 a.a.由直流电流产生的励磁磁动势由直流电流产生的励磁磁动势 b.b.三相对称交流电流产生的电枢磁动势三相对称交流电流产生的电枢磁动势3 3、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式，、隐极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路等值电路4 4、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式，、凸极式同步发电机的电动势相量图，方程式， 等值电路等值电路同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案，

2、太原工业学院自动化系温志明，wasxty_3l 空载运行空载运行 空载磁场空载磁场l 对称负载运行对称负载运行 电枢反应（电枢反应（重点重点）同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_4空载运行空载运行：定子绕组：定子绕组开路，定子电流为零，开路，定子电流为零，转子绕组通入直流励转子绕组通入直流励磁电流，发电机被拖磁电流，发电机被拖动以同步速度旋转的动以同步速度旋转的情况。情况。同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_5 当励磁绕组中通入直流电流后，产当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转的磁

3、动势，称为励磁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。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、凸极电机的励磁磁动势同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_6同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_7 励磁绕组放置在磁极两边槽里，磁极中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间不放绕组以使磁极磁

4、动动势波形接近正弦，每极磁势最大幅值为弦，每极磁势最大幅值为 ，通过实，通过实际总槽数际总槽数Z Z2 2与沿转子表面开的等距槽的总与沿转子表面开的等距槽的总槽数槽数Z Z2 2的比值查表得的比值查表得 。2 2、隐极电机的励磁磁动势、隐极电机的励磁磁动势fffiNF21fk同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_8同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_90励磁绕组旋转0E定子绕组交变切割电枢绕组011044. 4NkfNE空空载载电电动动势势：2401200000000EEEEEECBA240s

5、in2120sin2sin2000000tEetEetEeCBA 601pnf ，同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_10漏磁通漏磁通 同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_11l感应电势的波形和大小与气隙磁密的分感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关。布形状及幅值大小紧密相关。l在设计和制造电机时，应采取适当的措在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能施，以获得尽可能接近正弦分布接近正弦分布的气隙的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。磁密，从而得到较高品质的感

6、应电势。 同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_12电压波形畸变电压波形畸变l定义：定义：实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。l措施：措施：使气隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布使气隙磁密波形接近正弦波，定子采用分布和短距绕组，三相和短距绕组，三相Y Y形接法消除三次及其倍数次谐形接法消除三次及其倍数次谐波。波。 1222122322mnmnmmkmmvUUUUUUk同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_13l定子绕组接三相对称负载，定子电定子绕组接三

7、相对称负载，定子电流不为零，有电枢磁动势产生；流不为零，有电枢磁动势产生；l转子绕组通入直流励磁电流，有励转子绕组通入直流励磁电流，有励磁磁动势产生；磁磁动势产生；l发电机被拖动以同步速度旋转。发电机被拖动以同步速度旋转。同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_14同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_15定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。aF一、一、 磁动势分析磁动势分析1 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势、定子三相对

8、称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势1 111 35dpaN I kF.p（1 1） 大小：大小： (A) (A) 1160fnp（2 2） 转速：转速： (r/min) (r/min) （3 3） 转向：沿通电相序转向：沿通电相序A A、B B、C C的方向，它与转子转向相同的方向，它与转子转向相同1y（4 4）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距）极对数：和转子极对数相同，决定于绕组的节距 同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_161fF2 2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势 1f12

9、fffFk N i（1 1） 大小：大小： (A) （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（3 3） 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同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_17同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_18l定义：电枢基波磁动势对主极基定义：电枢基波磁动势对主极基波磁场的波磁场的影响影响。l性质：取决于电枢基波磁动势与性质：取决于电枢基波磁动势与励磁磁动势在空间的相对位置，励

10、磁磁动势在空间的相对位置，有有交磁交磁、助磁助磁、去磁去磁之分。之分。l分析：取决于同步发电机的分析：取决于同步发电机的内功内功率因数角率因数角0。0EI0同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_19BaB结论：结论：l电枢磁动势只有交轴分电枢磁动势只有交轴分量，电枢反应对主极磁量，电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为交磁交磁作用；作用；l交轴电枢反应使气隙合交轴电枢反应使气隙合成磁场轴线位置从空载成磁场轴线位置从空载时的直轴处逆转后移一时的直轴处逆转后移一个角度，而幅值个角度，而幅值增加增加；1.转子主磁场转子主磁场B0超前气隙超前气隙合成磁场

11、合成磁场B，电磁转矩对，电磁转矩对主磁极起制动作用。主磁极起制动作用。同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_20结论：结论：l电枢磁动势包括电枢磁动势包括交轴分交轴分量量和和直轴分量直轴分量。l交轴电枢反应对主极磁交轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为交磁交磁作用；作用；1.直轴电枢反应对主极磁直轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为去磁去磁作用。作用。0000cossincossinIIIIFFFFIIIqdaaqaadqdaqada，FFF同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_21结论：结

12、论：l电枢磁动势包括电枢磁动势包括交轴分交轴分量量和和直轴分量直轴分量。l交轴电枢反应对主极磁交轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为交磁交磁作用；作用；1.直轴电枢反应对主极磁直轴电枢反应对主极磁场的影响为场的影响为助磁助磁作用。作用。0000cossincossinIIIIFFFFIIIqdaaqaadqdaqada，FFF同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_22同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_230EfF0aFI1fF00E1fF00E100aFaFadFaqFadFaqFII00

13、00交磁交磁去磁去磁助磁助磁同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_24l 隐极同步发电机情况隐极同步发电机情况l 凸极同步发电机情况凸极同步发电机情况同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_25l同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，它同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，它的大小对同步电机的性能有很大影响，因此在未的大小对同步电机的性能有很大影响，因此在未具体研究同步电机性能以前，先对同步电抗的概具体研究同步电机性能以前，先对同步电抗的概念作一介绍。念作一介绍。 隐极同步电机：隐极同步电机：

14、l隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的气隙隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的气隙是均匀分布的。下面我们就来分析他的电抗。是均匀分布的。下面我们就来分析他的电抗。同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_26l已知：已知：l其中的其中的 称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况下下, ,如果如果 越大，电枢反应电势也越大，表示着电越大，电枢反应电势也越大，表示着电枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此 的大小可以的大小可以说明电枢反应的强弱。说明电枢反应的强弱。l当然，电枢电流除了产生主

15、磁通外，还要产生一定当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对的漏磁通，由于漏磁通也会交链电枢绕组，所以对应产生电动势应产生电动势aaaXIjE.aX XIjEa.aXaX同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_27l所以在三相对称电流通过电枢绕组后，所产生的所以在三相对称电流通过电枢绕组后，所产生的匝链定子绕组的磁通为（匝链定子绕组的磁通为（ ），两者在），两者在电枢绕组中所产生的全部电势为电枢绕组中所产生的全部电势为l式中式中 称为隐极同步电机的同步电抗。称为隐极同步电机的同步电抗。 asaaaa

16、aaaXIjXXIjXIjXIjEE.)()( XXXas同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_28l这样同步发电机在负载下，电枢反应磁通这样同步发电机在负载下，电枢反应磁通及漏磁通所产生的作用，可以通过同步电及漏磁通所产生的作用，可以通过同步电抗压降的形式来表示了。抗压降的形式来表示了。l同步电机在正常状态下工作，磁路略呈饱同步电机在正常状态下工作，磁路略呈饱和。磁路的饱和程度越高，它的磁阻便越和。磁路的饱和程度越高，它的磁阻便越大，所对应的电抗便会越小。所以磁阻或大，所对应的电抗便会越小。所以磁阻或电抗的大小是随着磁路饱和程度的改变而电抗的

17、大小是随着磁路饱和程度的改变而改变的。改变的。同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_29二、凸极同步电机：二、凸极同步电机： 凸极同步电机的特点就是气隙分布不均匀。这样我凸极同步电机的特点就是气隙分布不均匀。这样我们就不能用分析隐极式同样的方法来分析凸极同步们就不能用分析隐极式同样的方法来分析凸极同步电机的电抗。在凸极电机中，极面下气隙较小，两电机的电抗。在凸极电机中，极面下气隙较小，两极之间气隙较大。极之间气隙较大。 很显然，由于直轴处的气隙比交轴处小，故直轴磁很显然，由于直轴处的气隙比交轴处小，故直轴磁导比交轴磁导大。这样，同样大小的电枢磁

18、动势作导比交轴磁导大。这样，同样大小的电枢磁动势作用在直轴和交轴上时，所产生的电枢磁场将有明显用在直轴和交轴上时，所产生的电枢磁场将有明显的差别。的差别。而不同的磁阻将对应着不同的电抗。而不同的磁阻将对应着不同的电抗。同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_30所以，在这里，我们将磁动势所以，在这里，我们将磁动势 分解成沿直轴分解成沿直轴和交轴方向的两个分量。和交轴方向的两个分量。直轴电枢磁势固定地作用在直轴磁路上，对应于直轴电枢磁势固定地作用在直轴磁路上，对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通一个恒定不变的磁阻，产生磁通 。aF sinaadFF

19、cosaaqFFad同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_31l交轴电枢磁势固定地作用在交轴磁路，也对应于交轴电枢磁势固定地作用在交轴磁路，也对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通一个恒定不变的磁阻，产生磁通 。磁通。磁通 与与 分别切割定子绕组而在其中感应出电势分别切割定子绕组而在其中感应出电势 及及 。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以 正比于正比于 ， 正比于正比于 ，因此，因此，aqadaqadEaqEadEadaqEaqaqdaqaddadXIjEXIjE.同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案

20、， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_32l和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗各和和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗各和定子漏抗相加，便可以得到直轴同步电抗和交轴定子漏抗相加，便可以得到直轴同步电抗和交轴同步电抗，即同步电抗，即 XXXXXXaqqadd同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_33l注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所以以 较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁阻大，所以阻大，所以 较小。当直轴及交轴的同步电抗较小。当直轴及交轴的同步

21、电抗相等时，就是隐极电机。相等时，就是隐极电机。adXaqX同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_34sajXRIUE0asXXX 同同步步电电抗抗：l以上物理量都是一相的值；以上物理量都是一相的值；lXa：对称负载下单位电流感应的电枢反应电动势；：对称负载下单位电流感应的电枢反应电动势；aEaaFCBAIII、aaIXjElXa：综合反映了三相对称电流所产生的磁动势对一相的影响；：综合反映了三相对称电流所产生的磁动势对一相的影响；lXa：相当于感应电机中的激磁电抗：相当于感应电机中的激磁电抗Xm。电枢反应电抗电枢反应电抗同步发电机的磁场同步发

22、电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_35AR0 气气隙隙磁磁阻阻： AR01，气气隙隙磁磁导导： 0A：单单位位面面积积上上的的气气隙隙磁磁导导隐极隐极极极凸凸dq同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_36d 轴轴q 轴轴FadBadFaqBaqBad1Baq10=900=0同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_37前提：不考虑饱和前提：不考虑饱和基本电磁关系基本电磁关系电压方程式电压方程式相量图相量图等效电路等效电路同步电抗的物理意义同步电抗的物理意义同步发电机的

23、磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_38转子主极：转子主极：定子电枢：定子电枢：fIIfF00EaFaaEEEUEaaRIUEEE 0同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_39aaRIUEEE 0IFEaaaaaXIjE011044. 4NkfNjE XIjEsajXRIUE0asXXX 其其中中：同步电抗同步电抗电枢反应电抗电枢反应电抗不计饱和不计饱和电压方程电压方程saaXRXX 同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_40sajXRIUE0asXXX

24、其其中中：0UIaRIsXIj0E 00关系：关系：内功率因数角：内功率因数角：功率角：功率角：功率因数角：功率因数角：三个角度：三个角度：同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_41sajXRIUE0asXXX 其其中中：0UIaRIsXIj0E0EUaRXaXEaEEIsX jXRIUEEEEaa0同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_420UIaRIsXIj0E方法一：方法一：利用电压方程式；利用电压方程式；方法二：方法二：利用几何关系。利用几何关系。caobd,sin,cos UobUac

25、saIXbdIRoaodoccd22220sincossaIXUIRUE asIRUIXU cossinarctan00已知：已知：U, I, , Ra, Xs求：求：E0, 同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_43前提：不考虑饱和前提：不考虑饱和双反应理论双反应理论基本电磁关系基本电磁关系电压方程式电压方程式相量图相量图等效电路等效电路直轴与交轴同步电抗的意义直轴与交轴同步电抗的意义同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_44电枢磁动势电枢磁动势Fa的位置取决于的位置取决于0。当当Fa既不在直

26、轴、也不在交轴，而位既不在直轴、也不在交轴，而位于任意位置时，可把于任意位置时，可把Fa分解为直轴分分解为直轴分量量Fad和交轴分量和交轴分量Faq，分别求解直轴电，分别求解直轴电枢反应和交轴电枢反应，两者叠加，枢反应和交轴电枢反应，两者叠加，在不计饱和时就可得到一般情况下凸在不计饱和时就可得到一般情况下凸极同步电机的电枢反应。极同步电机的电枢反应。00cossinaaqaadFFFF同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_45ad转子主极：转子主极：定子电枢：定子电枢：fIIfF00EaFadEEUEaaqadRIUEEEE0adFaqFaqa

27、qEE同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_46aaqadRIUEEEE 000cossin IIFEIIFEqaqaqaqdadadad不计饱和时：不计饱和时：addadXIjE直轴电枢反应电抗直轴电枢反应电抗aqqaqXIjE交轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_47aaqadRIUEEEE 0qqddaXIjXIjRIUE0交交轴轴同同步步电电抗抗直直轴轴同同步步电电抗抗其其中中：aqqaddXXXXXX 同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工

28、业学院自动化系温志明，wasxty_48I00cossin IIIIXXXXXXqdaqqadd其中：其中：qqddaXIjXIjRIUE00UaRIqqXIjddXIjdIqI0E现在的问题：现在的问题：如何确定如何确定0？同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_4900cossin IIIIXXXXXXqdaqqadd，其其中中：qaqdqaqddqqddaqddQXIjRIUXIIjRIUXXIjXIjXIjRIUXXIjEE0为了确定为了确定0，画出相量图，定义一个，画出相量图，定义一个虚拟电动势虚拟电动势：qqddaXIjXIjRIUE

29、0I0UaRIqXIjqddXXIj与与E0同相同相QE0EdIqI同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_50I0UaRIdIqIqXIjqddXXIjQE0EqddqaXXIIXUIRUE220sincos 0aqIRUIXU cossinarctan00sin IId同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_51qaQXIjRIUEQEUaRqXII0UaRIdIqIqXIjQE同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_52qqddNXNX2121，

30、ad (ad)aq (aq) () ()addaqqqdaqadaqadXXXX同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_53同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_54l有一台有一台 的汽轮发电机，的汽轮发电机， ，电枢电阻略去不计。，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势试求额定负载下励磁电动势 及内功率因数角。及内功率因数角。l有一台有一台 的汽轮发电机，的汽轮发电机， ，电枢电阻略去不计。，电枢电阻略去不计。每相励磁电动势为每相励磁电动势为7520V7520V，试求分下列几种情况接上三，试

31、求分下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质： (1) (1) 每相是每相是7.527.52纯电阻纯电阻 (2) (2) 每相是每相是7.527.52纯电感；纯电感； (3) (3) 每相是每相是(7.52-j7.52) (7.52-j7.52) 电阻电容性负载。电阻电容性负载。 )(8 . 0cos,5 .10,25000滞滞后后连连接接， YKVUkwPNN13. 2SX0E)(8 . 0cos,5 .10,25000滞滞后后连连接接， YKVUkwPNN13. 2SX同步发电机的磁场同步发电机的磁场电机学教案， 太原工业学院自动化系温志明，wasxty_55845. 2)13. 216 . 0(8 . 0)sin()cos(222*2*0sXIUUE kVkVEE25.1735 .10845. 235 .10*004425. 187.36cos87.36sin1554. 01cossinta