同步电机课件

1、此得名。转速度严格同步，并由定子磁场的旋转子的旋转速度必须与同步电机的运行特点是提条件，因此，实现机电能量转换的前定是所有旋转电机稳定隙合成磁场恒转子磁场相对静止及气确定的极性。由于定、磁，因而具有磁极并通入直流电流励根本区别是转子侧装有异步电机的一种，普通同步电机与同步电机是交流电机的。，极数越多，转速越低，对应于高转速，转子最电网的标准工作频率为成反比，我国规定交流，同步速与极对数或感应交流的频率为，则在定子绕组中，极对数为为设同步电机的转子转速1min/3000506060PrnHzPfnPnfPn同步电机的用途因数，改善电性能。功率无功补偿，以提高电网相机，专门用于电网的于电网空载运行

2、，称调调相机，将同步电机接来改变功率因数；可以通过调节励磁电流用作电动机，其特点是同步发电机发出；上的电力几乎全部都由主要用作发电机，世界. 3. 2. 1凸极两种型式。隐极和根据磁极形状又可分为在旋转磁极式结构中，旋转磁极式结构。，一般同步电机都采用结构只用于小容量电机，旋转电枢式旋转磁极两种结构形式同步电机有旋转电枢和构成发电机组。旋转场合，常与水轮机速或低速阻力大，比较适合于中隙不均匀，旋转时空气电机的气成发电机组；凸极同步速旋转，多于汽轮机构用于高，转子机械强度高，适隐极同步电机气隙均匀两极结构。成具有最高同步转速的所以汽轮发电机大多作成发电机组，速旋转，多与汽轮机构隐极同步电机适合于

3、高一、隐极同步电机。，且容量越大比值越高之比发电机转子长度与直径必然细长，现代汽轮大，汽轮发电机的外形由于转速高，离心力图片中部汽轮发电机。片，汽轮发电机组的实物照为一台图5 . 65 . 2/2003 . 6DLMW。、转子、端盖和轴承等主要结构部件有：定子。、转子、端盖和轴承等主要结构部件有：定子定在机座上。紧成整体后固螺杆和非导磁端压板压风槽。整个铁心用拉紧的径向通，在两段之间留有宽约每段长度为迭压而成，的无取向冷轧纲片分段定子铁心采用含硅量高。及若干紧固件连接而成由铁心、绕组、机座以定子mmmm106030*:. 1的分布趋于均匀。换位方式，使电流密度定，并采用特殊的循环置不固，每股铜

4、线在槽内的位左右的扁铜线并联而成截面为，每根导体由多股大，但为减小涡流损耗绕组导体的截面都比较，为限制电流密度，也就有特殊要求；此外对绝缘材料和绝缘结构达数万伏；相应地都设计得很高，甚至可减小电流，绕组的电压量很大，因此为组形式，由于发电机容一般采用双层短矩迭绕215mm的受力要求。工、运输和运行过程中强度，以满足加求它具有足够的刚度和需的通风路径，因此要，并构成所构，用于支撑定子铁心定子机座为钢板焊接结*。，但最大线速度已高达多为心力限制，转子直径最等构成。由于受离、护环、中心环和滑环主要由铁心、励磁绕组转子Smm/2365 . 1. 2靠性。要求高可铝合金，绕组的绝缘亦，如硬质用高强度金属

5、材料制成楔必须采旋转离心力的需要，槽承受高速扁铜线绕制而成，考虑由特制采用同心式线圈结构，槽。内均匀铣制开口式平行）极距宽度（对称两侧各大齿”，另外范围内不开槽，称为“极距宽度称中心，表面，以主极轴线为对锻为一个整体，在铁心制而成，并与转轴般采用铬镍钼合金钢锻机械强度，转子铁心一备高导磁性能和高的受体，因此要求它兼主体，也是巨大离心力既是转子磁极的最关键的部件之一，它转子铁心是汽轮发电机3/13/23/1。止励磁绕组的轴向移动中心环用于支持护环阻非导磁合金钢制成。用高强度心力作用而甩出，故采个端部，使之不会因离组的两两只，用于保护励磁绕护环为一金属圆筒，共连接。励磁绕组与励磁电源的滑环装在转轴

6、上，实现端盖和轴承. 3则采用立式结构。型水轮发电机电机采用卧式结构；大相机和内燃机拖动的发电动机、调立式两类：大多数同步凸极同步电机有卧式和二、凸极同步电机绕组等部分组成。励磁线圈、磁轭和阻尼凸极机的转子由磁极、的是转子结构，极机基本相同，所不同凸极机的定子结构与隐足旋转受力要求。间的连接应牢固，以满片迭压，磁极与磁轭之铸钢，也可用冲圈套装结构，磁轭可用磁绕组多数为同心式线靴为外圆弧，励电机磁极相近，只是极实心形式，外形与直流电机则采用的钢板迭压而成，高速磁极一般采用mmmm31而成。中的铜条经两端环短接干插在极靴槽的笼形结构相似，由若阻尼绕组与异步电动机为励磁系统。置称供给励磁电流的整个装

7、电流，建立主磁场，将流须在励磁绕组中通入直同步发电机运行时，必流变为直流电流。通过整流装置将交流电磁电流采用直流发电机供给励为两类：的重要组成部分，可分励磁系统是同步发电机. 2. 1种：冷却方式主要有以下几日趋严重，同步电机的热与冷却问题高，大型同步电机的发随着单机容量的不断提下的汽轮发电机。以于容量向混合通风系统，适用主要采用扇式轴向和径空气冷却MW50. 1问题。的是防漏和防爆热量，应用中注意解决将氢气压缩进导体带走成空心的，直接内冷，即定转子导线作应用，并从外冷发展为电机中被广泛于空气冷却，在汽轮发氢气冷却的效果明显优氢气冷却. 2机效率提高。电机绕组损耗消除，电同时，组的发热、温升问

8、题。彻底解决了巨型电机绕从而状态时电阻完全消失，超导电机的绕组在超导超导发电机. 4堵塞问题。多，但面临泄露和积垢定子绕组内冷的应用为并以，主要方式为内冷式，水冷却效果又优于氢气水冷却. 3率：电机额定运行时的效额定效率因数电机额定运行时的功率额定功率因数线电流，单位为电机额定运行时定子的额定电流或线电压，单位为电机额定运行时定子的额定电压NNNNAIKVVU. 4cos. 3. 2. 1。或、功率，单位为端额定无功；对于调相机，为出线或单位为定视在功率，对于发电机是出线端额额定容量MVarKVarVarKVAVAIUSSNNNN3. 5NNNNNNNIUSPPcos3cos. 6有功功率：对

9、于发电机为额定输出额定功率NNNNNNNNIUSPcos3cos的额定机械功率对于电动机是轴上输出）。（励磁电压），额定（），额定励磁电流（转速），额定（定频率此外，铭牌上还有：额VUAIrnHzffNfNNNmin/载运行。时的运行工况，称为空磁电流而定子绕组开路通入励步转速，转子励磁绕组同步发电机被拖动到同一、什么是空载运行？场。单独建立，称为励磁磁及相应的励磁磁动势电流子励磁，电机内的磁场仅由转空载时，定子电流为零关系二、空载运行时的电磁ffFI程。电机的机电能量转换过将参与表示，磁通用），其基波分量的每极正弦分布（由设计保证波形沿气隙圆周近似作速的旋转磁场，其磁密被原动机带动到同步转通

10、。显然，这是一个定子的磁通，称为主磁图中既交链转子又交链00磁场产生的漏磁通。表示是由励磁表示，下标用漏磁通，机电能量转换，统称为不参与不与定子交链的磁通均组交链，励磁磁场中仅与转子绕通）和波成份（称为谐波漏磁以外的所有谐基波主磁通ff0。称为发电机的空载电势动势，其有效值为：的对称三相基波电子绕组，感应出频率为切割定旋转，则基波主磁通设转子以同步速三、空载特性001010144. 460EfNKEPnfnN（亦称磁化曲线）线，由此可得空载特性曲和），可得到不同的动势（既改变磁改变励磁电流00EFIff）（）或（ffFfEIfE00）（）或（ffFfIf00NNUEoadhabacKUoaK数

11、，则电机磁路的饱和系代表额定电压隙线，取延长线为气特性起始段为直线，其是一条饱和曲线。空载空载特性特性，所以一般电机的由于电机磁路具有饱和四、饱和系数0）倍。即（时的所需的磁动势是未饱和压路饱和后，建立额定电之间，表明磁约在的取值范围普通同步电机，为气隙线上的对应电压FKFKUKEfN0025. 11 . 1空矢量图五、空载时的时）中，（表示，如图、旋转，可用空间相量且与转子一起以同步速直轴正方向上，位，其波幅均处在转子空间分布波，两者同相都为的基波和由它产生的气隙磁密的基波励磁磁势bBFfBFFfffff16. 62111111旋转。步电角速度三者重合，并一起以同、确地看出直轴与上转子凸极，

12、以便更明）中，图中并形象地画（如图1111216. 6fBFbff空矢量图。时的时电机空载画在一起便构成同步发角度，把上述两类矢量电在时间上滞后表示，应的电势可用时间相量在该相绕组所感，由表示，交变频率为时间相量量是一时间量，可用与定子绕组交链的磁通磁密波00.0.0.0.10.190EEBf重合。、与电角度，故超前，在时轴上的投影最大）轴（相轴）重合（即与时大值，感应电势瞬时值为正最磁密最大，此时绕组中，）线圈边处于磁极中心时（一定重合，这是因为此矢量与简称相轴）上时，矢量在各自的相绕组轴线（轴）都取的时间参考轴（简称时由此可见，当定子各相110.00.0.0.0.10.900fffBFEE

13、EtB很快找到空间相量。量，也可以反之，如果知道时间相以很快找到时间相量，间相量可打下基础，如果知道空后面画同步电机相量图方便，为一个图上是为了找向量的意义截然不同，放在量和空间相量电角度，当然，时间相、空间相量是滞后于时间相量空间矢量图可以看到，从时间0110.90ffBFE表示，即电压分量的百分比；用方根值与该波形基波各次谐波电压平方的平不包括基波在内的所有变率是指该电压波形率。电压波形正弦性畸所谓的电压正弦性畸变困难的，因此提出了得严格的正弦波是非常弦波形，事实上，要获发出的电动势具有正稳定，而且要求发电机不仅要求供电系统可靠了越来越高的要求，人们对电能的质量提出随着现代社会的发展。变率

14、六、电压波形正弦性畸MK%100. 3 . 244. 4122UUKnNKfUnnMnNnnn）（算公式为各次谐波电压有效值计%100%500012UUTHFnnn）（电话谐波系数。，）的同步发电机，要求上（容量以为加权系数，对于中等，（包括所有谐波成分）值为实际电压波形的有效为基波电压有效值，式中响。上波形的质量对通讯的影用电话谐波系数来衡量%5 . 1%550001THFKKWPUUMNn影响称为电枢反应。电枢磁势对主极磁场的一、什么是电枢反应？平衡也就要破坏了。要变化，原有出现电流，这种情况就负载运行，即定子绕组，一旦电机带衡就会维持不变。然而励磁电流，否则这种平变，并保持恒定，除非改应

15、电动势定子（电枢）绕组中感，在主磁通，该磁场单独产生基波速旋转的转子励磁磁场只有以同步定子绕组开路，电机中同步电机空载运行时，00E了。势也就不再是负载前的感应电动于空载时的励磁磁场，但气隙磁场已完全不同转子励磁电流未改变，共同建立，此时，尽管与将由电机内的气隙磁场在空间相对静止，于是与示，则表波用圆形旋转磁动势，其基一个与转子同步旋转的系统产生三相对称电流，该电流三相对称绕组中会出现作用下，定子（电枢），则在设电机接三相对称负载0110EFFFFFEfafaa共同建立与负载时电机中的磁场由1faFF有关。之间的相位差与电枢电流动势一相对位置仅与励磁电表明，这的空间相对位置，分析与励磁磁动势动

16、势基波于电枢磁、去磁、交磁）将取决电枢反应的性质（助磁二、电枢反应的性质.0.1IEFFfa同相位）时的电枢反应与（.0.00. 1IE。相轴线轴）超前于（极轴线时刻绘图，这时转子磁相励磁电势达到最大值取波，并且选势和电枢磁势只考虑基极画成凸极式，励磁磁来表示，磁一个等效整距集中线圈图中电枢绕组每一相用，的原理图，为简单起见所示是一台同步发电机如图09017. 6AdA同相位）时的电枢反应与（.0.00IE注意：应性质为交磁和助磁；，电枢反时，气隙磁势第一，21200faFFF重合。与上，第四，将时轴取在相轴一相；是哪相画图，没有必要指明都是一样的可取其中一关系每一相各物理量之间的第三，由于三

17、相对称，持相对静止；同步旋转，在空间保三者都以、第二，.11IFFFFafa步速旋转。，它们和转子一起以同轴上画出电枢磁势子，而在转轴上画出励磁磁势基波可在转子概念，在两极电机中，间矢量的轴（交轴）上，根据空电角度的轴（直轴）波幅在滞后产生的电枢磁势的基波因此求得三相电流联合转到该相轴线的位置，就时，三相旋转磁势，哪一相电流达最大值绕组电流产生旋转磁势一章分析可知，相电枢所示），根据电枢磁势（电流的实际方向如图；电流的瞬时值分别为手定则可判断出）三相据励磁磁场转向，用右示。在图示瞬间，（根和电流的时间矢量如图相电势同相位，所以，所以三与，因、设对称三相电流为，、三相电势三相绕组中感应对称的旋转

18、的励磁磁场在定子afamCBmACBACBAFqFdqdFaIiiIiEIIIIEEE100.0.0.0.9021。电枢磁势称为交轴电枢磁势电枢反应，而把这时的这种电枢反应称为交轴把轴）相重合，因此我们（电角，而和转子的交轴轴）相差（轴线的轴线总是和转子磁极同相时，电枢磁势与由此可见，aqaaFFqdFEI00.90磁和助磁作用。表明交轴电枢磁势起交转向后移了一个锐角，空载时的直轴处逆，且使合成磁场轴线从旋转。则以同步电角速度、空间矢量空间静止不动，而三根，在（相轴）互差，图中三相绕组的轴线可得出气隙磁势矢量，用矢量法相加相差和）中，空间矢量显然，在上图（122111001212090fafa

19、fafFFFFfFFFFFFa一相的量。没有必要指明是属于哪一样的，因此，各物理量之间的关系是三相对称，每一相内部物理量，由于量都是属于某一相中的注意：上述所有时间矢，起交磁和助磁作用。势枢磁电枢磁势称为为交轴电电枢反应，而把这时的电枢反应称为交轴轴）重合，因此把这种交轴（电角，和转子的轴）相差与转子磁极的轴线（的轴线总是同相位）时，电枢磁势与（aqaFqdFIE0.0.0900）时的电枢反应滞后00.090(90. 2EI总是重合的。与轴上，注意：若将时轴取在相aFI.。因此气隙磁场被削弱了，势而得到气隙中的合成磁的方向相反，两者相减势的方向总是和励磁磁时电枢磁势滞后由图可见，FFFEIfa

20、100.90。势磁我们把它称为直轴电枢轴）上，位于直轴（势磁磁的，由于这时的电枢电枢反应的性质是纯去adaFdF）时的电枢反应超前00.090(90. 3EI气隙磁场加强了。，因此磁势加而得到气隙中的合成方向相同，它们直接相的的方向总是和励磁磁势时，电枢磁势超前FFFEIfa100.90。直轴电枢磁势为质是纯助磁的，同样也所以这时电枢反应的性adF时的电枢反应00900. 4分量。分解为交轴和直轴两个反应角，我们将此时的电枢）（滞后同相，与角，滞后一个锐角，由图可见，滞后于励磁电势，即电枢电流在一般情况下，afaaFFFIFEIEI01.0.0.0090900cossinaaqaadaqada

21、FFFFFFFcossin.IIIIIIIqdqd去磁作用。电枢反应对气隙磁场起产生的磁作用，对气隙磁通起交磁和助直轴分量。的叫作，因此分量，它们产生滞后而的交轴分量，叫做，因此将）产生、即的该分量，同相位，它们（指三相与电势其中dqdaddqaqqCqBqAqIIIIFEIIIFIIIEI.00.0.90进行考虑。电机分开需要将隐极电机和凸极与电机磁路有关；因此响，这隙磁场及感应电势的影下面讨论电枢反应对气影响。可整体考虑电枢反应的分解），和没有必要分解（按上述通都是相同的，因此，隙磁场和每极磁的任何位置所产生的气动势作用在圆周气隙上，同一电枢磁特点是气隙均匀，因此隐极同步发电机的结构.IF

22、a多。通常第一类问题用的较。及端电压角，求负载电流抗及负载阻抗的大小和阻势已知电机的实际励磁磁）（应多大；际磁势幅值，求电机励磁绕组的实、的已知电机带额定负载时在电机设计或运行中，）（解决一般存在两类问题需要.2cos1UIFFIUff载运行分开考虑。饱和和饱和情况下的负为分析问题方便，将不可得如下关系：和漏磁电势生于每一相的漏磁通电枢漏磁场产磁通和电势，再考虑到时产生于定子每一相的单独作用和迭加原理分别求出不考虑饱和时，可利用一、不考虑饱和EFFaf 1（电枢反应电势）（电枢反应磁通）（电枢磁势基波）系统（定子三相电流）aaaEFI.（定子漏磁感应电势）（定子漏磁通）.E（励磁电势）（励磁磁

23、通）（励磁磁势基波）（转子励磁电流）0.01EFIffaaRIUEEEEKVL.0. 1程式说，可得电动势平衡方定律，对电枢某一相来根据电势平衡方程式正方向规定如下图所示同步发电机各物理量的相的电势方程即可。称的，所以仅需列出一由于电枢三相绕组是对降，为电枢一相绕组的电压压，为电枢一相绕组的端电式中：aRIU.动势的能力。在定子相绕组中感应电所产生的电枢反应磁场对称三相电流势，在物理意义上表示所感应的电枢反应电动在数值上等于单位电流称为电枢反应电抗，它上式中，）（形式，即可以写成负电抗压降的），因此滞后，故滞后同相，与重合，与同相，与相角（因在相位上滞后，可见，再从，不考虑饱和时，由于aaaa

24、aaaaaaaaaaaaaaXXI jEEIEEIFIFIEIEIFFE24. 6909090.0.0.0.）（通理有恒成立，故线性的，即此外，因为漏磁路总是25. 6.XI jEIE）（）式可写成综合上述，以上（26. 623. 6.0.taaaXI jRIUXI jXI jRIUE步电抗。称为隐极同步电机的同上式中：tatXXXX电路如图示）对应的相量图和等效与式（ 26. 6）（ 26. 6.0.taXIjRIUE广泛应用。故在工程上被简单，物理意义明确，由于这个等效电路极为反应磁场的总作用。表示定子漏磁场和电枢表示电枢电阻，表示励磁磁场的作用，串联电路，其中电抗和同步电势步发电机就相当

25、于励磁从电路观点看，隐极同tatatXREjXRZE00的。也是比较符合实际情况或在气隙线上找出以用求出的成正比，所或的大小则和励磁磁势况，相角是比较符合实际情的，这时求出的），可以求出（图简单的电势相量图，如最以及电机的参数，利用、如当给定的是端点的量，）（ffffIFEIFEEEaIU0.0.0.0.22. 6cos1是工程上允许的。要出现误差，但这往往因此，不可避免电磁关系是非线性的，由于实际同步发电机的）。页图（压变化率。（可参看来求电机的电我们不能用电势相量图生很大的误差，所以，端电压，那就要产作为负载除去后的无载但是，不能把15. 62970PE电流等。路，方可算出端电压、代入等值

26、电，再用这个的和气隙线找出线性化后空载特性曲线也不行，除非我们根据压、电流和势和负载阻抗去求端电如果给定实际的无载电）（00cos2EE端点的情况。求，然后代入等值电路去后的用气隙线先找出线性化，我们应该利和励磁磁势如果给出励磁电流）（03EFiff表示，其关系如下和合成电势的气隙合成磁通特性）才能找出负载时电机的磁化曲线（空载的合成磁势，然后利用先求出作用在主磁路上能再适用，而必须首非线性，迭加原理就不运行，这时由于磁路的化曲线膝部）区域电机都在接近饱和（磁在大多数情况下，同步二、考虑饱和EEF（气隙合成磁势）affFIFI系统（定子三相电流（励磁电流）1XIjE.）（为基波（简称气隙磁势）

27、此时气隙中的合成磁势28. 61afFFFF）（）（为：枢某一相的电势方程式根据电路定律，可得电aaRIUEEEXIjRIUE.30. 6还要作如下处理：），（或励磁电流程式求得励磁磁势要想通过该电势平衡方ffIF性曲线。才能查空载特幅值得到相应的阶梯形磁势除以性，必须把形，要想利用空载特在空间的分布是正弦波负载时，合成磁势，同步发电机波幅值），这个阶梯磁势的基（是阶梯波的幅值所示），波（如图在气隙中的分布是阶梯磁势，在隐极电机中，励磁）的横坐标是励磁磁势（特性曲线均为基波磁势，但空载、）中式（FKFFFKFINFFFFfEFFFffffffffffaf10123. 628. 6页）（推倒过程

28、略，参看经推导：动势的波形系数。为隐极同步电机励磁磁称为折算系数，常令3062sin8112PKKKKKKfafafa大齿张角）（半周期内齿槽区张角103. 193. 0aK对于汽轮发电机正弦波幅值阶梯波（幅值）阶梯波正弦波阶梯波幅值正弦波（值幅）正弦波阶梯波因此：afKK磁动势。等效气隙磁动势和电枢梯形波的分别为折算到励磁磁势和式中，）两侧，可得乘以式（用aaaaafaFKFFKFFFFK28. 6时间相量。），用作图法求得（，根据电压方程得到、及电机参数、由于已知隙电势先用相量图求出一相气.cos) 1 (EjXRIUEXRIUEaa。量电角度，据此可画出相将超前图上，空矢量，在时势正弦波

29、幅值知的，由此可得合成磁是可系数发电机，励磁磁势波形，对于一台具体的同步值波幅所需要的合成磁势梯形产生应用空载特性可以得到磁势利用空载特性求出合成）（FEFFKFKFEFff0.902空矢量图时。此可画出相量重合，据与时间相量，在相量图上的位置应磁势相绕组产生的电枢反应已知，可以求得定子三由于求出电枢反应磁势aNaaFIKPINFIF.1.35. 1) 3(1114faffffFFFFFKF边形法则可求得，在相量图中用平行四根据式求出基波励磁磁势）（15faffFKFF梯波幅值求出实际的励磁磁势阶）（电角度。落后空矢量图上，在时找到在空载特性曲线上，由电势求出同步发电机的空载）（010.00.

30、906ffFEEFE压变化率：电以来计算同步发电机的的大小，这样我们就可电势应出电机空载运行时的感的大小，而且还可以求磁势的励磁我们不仅可以找到实际通过磁势电势相量图，0EFf%100%0NNUUEU是额定电压。电势；励磁电流下得到的空载压时的励磁电流，在此额定负载和额定电是空载电势，是对应于式中：NUE0情况。交轴时气隙磁场的分布轴和波磁动势分别作用于直）表示相同幅值的正弦）和（通都会不一样，图生的气隙磁场和每极磁不同的气隙位置时所产磁动势作用在是不均匀的，同一电枢凸极同步发电机的气隙双反应理论一、凸极同步发电机的cb19. 6枢反应不难确定。的分布还是对称的，电波形不同，但气隙磁场，场幅值

31、不等，即）位置时，所得气隙磁和交轴（）在直轴（正弦波磁动势正好作用上图表示，幅值相同的1100090aqadBB理论：布隆代尔提出了双反应，大小，为解决这一问题此难以确定电枢反应的无法用解析式求解，因角的位置而异，的大小和定，实际情况完全因分布的对称性也不能确值和波形不确定，就连意位置上，此时非但幅在交轴上，而是一个任也不是作用既不是作用在直轴上，即但在一般情况下，aaFF00900加起来。最后再将它们的效果迭直轴电枢反应，分量，先分别求出交、分解成直轴分量和交轴时，可将其交、直轴间的任意位置即当电枢磁动势作用于电机的基本方法之一。成为分析各类意，因此，双反应理论凸极电机，结果令人满用此法来分

32、析证明，不计饱和时，采应用了这种理论，实践面实际已经实质上是迭加原理，前双反应理论的理论基础和交轴两个分量进行。只是应将其分解成直轴磁绕组一边，要把电枢磁势折算到励在凸极同步电机中也需磁化曲线）使用电机的空载特性（与隐极电机类似，为了势的折算二、直轴和交轴电枢磁应的等效励磁磁动势。直轴正弦磁动势所对场时，单位安匝的交、建立同样大小的基波磁理意义是：磁势的折算系数。其物分别称为交、直轴电枢、。和势为磁折算到励磁绕组的等效和交轴电枢磁势将直轴电枢磁势aqadaqaqaqadadadaqadaqadKKFKFFKFFFFF具体可参考有关书籍。结合傅立叶级数求出，数值方法（有限元法）图解法或现代计算机

33、切相关，需要通过磁场磁路结构及磁场分布密机的，其具体数值与凸极电、系数折算的关键是求取折算aqadKK基本电磁关系为：不饱和运行时原理，凸极同步发电机根据双反应理论和迭加不考虑饱和时的矢量图抗和矢量图势平衡方程式、同步电三、不考虑饱和时的电. 1）（电势方程式由此可得电枢某一相的36. 6.0.aaqadRIUEEEEE）所示（对应的相量图如图a25. 6qaqaqaqaqdadadadadIFFEIFFE饱和时应有与隐极电机类似，不计步电抗直轴同步电抗与交轴同. 2aqqaqaddadXIjEXIjE.则：果。机双反应理论的必然结相同，是凸极电与隐极电机的反应电抗，其物理意义抗和交轴电枢分别

34、为直轴电枢反应电和式中：aaqadXXX）（）（）（）（）改写为综上，最后可将式（40. 636. 6.0.qqddaaqqaddaqdaqqaddaaqqaddaaqadaXI jXI jRIUXXI jXXI jRIUXIIjXI jXI jRIUXI jXI jXI jRIUEEERIUE交轴同步电抗直轴同步电抗其中：qaqqdaddXXXXXXXX）（。，故有步电抗。由于反应理论导出了两个同机气隙不均匀，由双相同。只是由于凸极电意义与隐极电机的抗，同步电抗和交轴同步电被称为凸极电机的直轴和式中：mqdaqadtqdNLXXXXXXXX2）所示（如图）对应的相量图与式（b25. 640.

35、 6）（ 40. 6.0.qqddaXI jXI jRIUE角还是可能的。作图方法确定已知条件下，通过几何、载确定，即事先给定。不过，在负的一个辅助量，并不能角只是分析中一般情况下，角是已知的，然而，在假设，和分解成相量图时，为将需要说明的是，在作此cos.IUIIIqdcossincos26. 6. 31UIRUIXtgIXXIRQaqqqq即：，由于参看图相量图画法0.4321EOTTXIjXIjRIIIIOQXIjRIUEIUddqqqdqaQ即为，连接至端点和点依次作从）（；和分解为将）（角；角即为的夹与，则画出相量）（；和）由已知条件画出（为故作相量图的实际步骤后求得。的延长线于直并

36、交垂作点，过点和确定和点作也可从故，有的延长线于交垂直于此外，由于作TOQXTXXQXIjXIjREIXXISTRXXRQOTXTdqddd.0.sinsin是不行的。率来求发电机的电压变化可见用以上电势相量图无载电势，不能作为同步发电机的是可以的，但的大小作为衡量得到的有很大缺点，由相量图样，隐极机的电势相量图一相量图与不考虑饱和时时的凸极发电机的电势以上作出的不考虑饱和注意：000EEE题）页例（见例题1 . 6310P关系如下：直轴的感应电势，整个特性曲线分别求出交、，然后利用空载轴和直轴上的合成磁势双反应理论分别求出交来决定，采用磁场应由总的合成磁势考虑饱和后，气隙合成四、考虑饱和fI

37、转子励磁电流.I定子三相电流dI.qI.adFaqFfFdFd.dE.Eaq.aqE.E平衡方程式为：，则电枢任一相的电势和特性曲线得查空载和等效励磁磁动势，用绕组的等效励磁绕组的折算到励磁、均为基波磁动势和、其中，aqdaqdaqaddaqaddEEFFFFFFFF）（ 45. 6.aaqdRIUEEEEEEaqqadXI jXI jRIUE.45. 6）可写为（仍可设想为线性，则式由于交轴气隙大，磁路）（空矢量图如图对应的时a27. 6。在空载特性曲线上求得的大小，由后，即能得到）计算得出可知：（由图轴合成磁势特性曲线上得到相应直在空载）所示，由（空矢量图如图对应的时027. 627. 6

38、EFFFFFFaFEaffadadfddd相量图）相量图又称为布朗戴尔角都是比较准确的（该及、轴磁路饱和，求得的该相量图由于考虑了fFEd0小结：的数值。的夹角与地说，它取决于部的参数，明确于负载的性质和电机内电枢反应的性质是取决有重要地位，物理情况时，电枢反应在分析同步电机内部的的关系。流和励磁电流之个电势、端电压、相电重分析了对称负载下各电磁过程，着电机对称负载运行时的本节研究了三相同步发.0.IE直轴电枢反应。在直轴方向产生去磁的，方向产生交轴电枢反应在交轴，其中，和是具有两个分量轴也不在直轴方向，而在交，这时的电枢磁势既不更大的一个锐角，因此是比图可见电机矢量（滞后功率因数），由的锐角

39、况，功率因数为一个正），一般的负载运行情）或增强（隙磁场削弱（向，使气时，电枢磁势在直轴方转向位移一个角度；当发电机向，使气隙磁场轴线逆时，电枢磁势在交轴方当adaqadaqFFFF00009090900*。流，使端电压保持不变据需要自动调节励磁电机负载变化时，它能根调励磁装置，使得在电步发电机必须装有自动电压显著下降，因此同端未作调节时，发电机的，故当明显低于反应，其结果使枢产生，并相应地出现电负载，即有相电流出线端接至一般的感性时，如将电势所不同，当发电机空载同步发电机中，情况有通基本不变；在，外加电压不变，主磁在变压器和异步电机中fNNIUEUIUE00*考虑电枢磁势的作用。图时，首先要

40、研究如何特别广泛。在绘制矢量别重要的意义，应用过程时，矢量图具有特分析同步发电机的电磁电势矢量图。势磁通和电势，并作出磁空载特性来确定相应的隙合成磁势，然后利用先将磁势迭加，求出气在考虑饱和时，则必须由此作出电势矢量图；通及感应电势，并为各个磁势分别产生磁在不考虑饱和时，可认*到转子励磁磁势。必须先把电枢磁势折算或感应的电势时，枢反应磁势建立的磁通使用空载特性来确定电之间相互演化。和空间矢量、便于在时间矢量这个空间矢量重合，而和电枢磁势这个时间矢量即枢电流时轴与相轴重合，而电轴线（即相轴上），使组）取在各相自己的相绕矢量的参考轴（即时轴时，必须把各相的时间空矢量图时电机的重要方法，绘制空矢量图

41、也是分析同步时BFIFIa.*磁场的效果。产生的电枢总表征直轴和交轴电流所两个同步电抗，以分别和出应理论对凸极电机推导场和感应电势，由双反分别研究它们产生的磁两个分量，和分解为采用双反应理论把于一般的运行情况，都计算的磁场，所以，对性的便于作理论分析和磁势才能产生具有对称，由于只有直轴和交轴建立的磁通大小不一样在交轴或直轴上时，所样大小的电枢磁势作用的气隙是不均匀的，同电机的情况则不同，它果。凸极同步应和漏磁通所产生的效同步电抗来表征电枢反的参数所以可用一个单一，由于气隙是均匀的，对于隐极同步电机来说qdaqadaXXFFF*。价电机性能的基本依据电机主要参数，评的运行特性曲线是确定同步发电机

42、对称负载下定如下也采用标幺值，基值选同步电机在分析中习惯；单位为电流基值：；单位为电压基值：；单位为容量基值：AIIVUUVAImUSNbNbNNb”代表空载。一相的量，“”代表是”代表额定，“”代表基值，“以上，下标“；单位为）（励磁电流：；单位为转速基值：0/60/200NbAUEIISradnNffbNb）。（常数时，常数，即调整特性：）（）；（常数时，常数，即外特性：）（）；（常数时，常数，即负载特性：）（）；（时，即短路特性：）（）；（）（或时，空载特性：即）（IfIUIfUIIfUIIfIUIfEUIffffKfcos5cos4cos3020100）关系曲线。（，一、空载特性、短路

43、比特性、直轴不饱和电抗（一）空载特性、短路fNIfUInn00曲线。得到工程中实用的校正体右移，正值，再将实测曲线整为校取交点与原点的距离相交，势，将曲线延长与横轴时有剩磁电动曲线。图中的下降开始至般采用磁化曲线不会重合，一下降的由于磁滞现象，上升和性时，用实验方法测定空载特00003 . 1fffNiIIUU）曲线。（的关系曲线。即与励磁电流时，短路电流态短路稳，定子三相绕组出线端短路特性是指转子转速二、短路特性fKfKNIfIIIUnn0正比变化成励磁电流和短路电流fKiI成正比变化。励磁电流与线，即短路电流记录下来，它是一条直与励磁电流，把对应的短路电流然后减小，也改变，使，改变路电流产

44、生短，这时电枢绕组中必然通入励磁电流步速，在励磁绕组中接，再把电机拖动到同机的三相出线端短作短路实验时，先把电fKfKfNKKfKfIIIIIIIIiIi2 . 1实验方法. 1成磁动势为：都相同，这时，气隙合相电动势方程和相量图它们的极电机还是凸极电机，这样一来，不管是隐，不存在交轴磁动势，势，即纯去磁作用的直轴磁动一个，电枢磁动势基本上是即路电流可视为纯感性，因此，短枢电阻远小于同步电抗阻同步电抗，而由于电发电机的电枢电，限制短路电流的只有由于短路时、相电动势和相量图稳定短路时的电磁过程0900. 20aqadaFFFUadfFFF气隙合成磁动势为：adfFFFXI jXI jRIUEEE

45、KKaKad.0.轴上。气隙电动势为在量都可见，各磁动势空间相d”表示是由气隙线得）决定（各电动势加“也都由气隙线、产生的电动势、上磁动势由以点，即磁路不饱和时，）中的（态，相当于图不饱和状也很小，电机磁路处于、数值很小，因而的只与漏抗压降平衡，它势即稳定短路时气隙电动adadfEEEFFFCaFE0.29. 6XI jXI jRIUEEEKKaKad.0.0.adEEE不饱和值，即电枢反应电抗为不饱和电机磁路不饱和，直轴adKadXI jE.）（不饱和不饱和49. 6.0.dKKadKadXI jXI jXI jEEE）（短路特性fKIfI. 3。故短路特性为一条直线式可看出）（由式可看出）

46、（由可得：决定。再以上推导关系动势成比例，由气隙线磁磁相电动势与产生它的励由于电机磁路不饱和，直线呢？短路特性为什么是一条KfadfKadadKIFFFFIEFIEF49. 647. 6。磁磁动势电枢反应等效的直轴励电流时的是当直轴电流等于额定，电流时的漏抗压降是额定，时，对应的励磁电流为当短路电流三角形。称为同步发电机的特性）中的三角形（图特性三角形adNfNfNKFABXIACIIIIABCa29. 6. 4三角形。的特性则应指明是对应于，如于短路电流特性三角形的边长比例IIIINKK的不饱和值路特性确定三、利用空载特性和短dX不饱和由上述分析得：dKXIjE.0.）（用标幺值表示就是）（

47、，得和取曲线上分别求在气隙线上和短路特性，对应于任一励磁电流参照图（不饱和）不饱和不饱和53. 652. 636. 6*00*00KNNKbddKdKfIEUIIEZXXIEXIEI四、短路比得：一直线，由图表示。由于短路特性为用之比，与额定电流短路电流下，三相稳态短路时的流的励磁电在空载额定电压所对应短路比是指同步发电机36. 600CNKfKIII）（）（）（不饱和）（不饱和）（不饱和）54. 6*10000000ddbdNNNfKfffNKfKNfNKCXKXZKXIUKEUKIIIIIIIUUIIIK数。为电机主磁路的饱和系，上额定电压的励磁电流为产生气隙线励磁电流，为产生额定短路电流

48、的励磁电流，为产生空载额定电压的）中，式（KIIIffkf0054. 6需的励磁电流之比。电压和额定短路电流所改为：产生空载额定）可将短路比的定义修由式（ 54. 6有较大的短路比。轮发电机要求定问题较严重，所以水因为水电站距离长，稳，对水轮发电机对汽轮发电机价增高。一般和转子用铜量增大，造能变好，但励磁电动势性，使短路比增大，电机隙可减小机造价较便宜。增大气度较差，但电联运行时发电机的稳定电机的电压变化大，并载变化时发响很大，短路比小，负短路比的数值对电机影8 . 18 . 00 . 14 . 0CCdKKX抗和直轴饱和电抗梯电功率因数负载特性，保（二）同步发电机的另能很有意义。）磁势，对分

49、析电机的性枢反应和特定负载电流时的电漏抗确定同步发电机的定子因为它可用来特性最有实用价值。（其中以另功率因数负载），（线励磁电流之间的关系曲数的条件下，端电压与常常数，是在同步发电机的负载特性性一、另功率因数负载特XIfUInnfNcos）曲线。（，常数，另功率因数负载特性：量图过程、电动势方程及相另功率因数负载的电磁fNIfUInn0cos,. 1可简化为势平衡方程式都一样，电机的电势方程式、磁和凸极同步发此对于隐极同步发电机没有交轴电枢反应，因，看出，动势，从相量图中可以是纯去磁作用的直轴磁的电枢磁动势也，故另功率因数负载时的夹角与可以忽略不计。即相比很小，所以且电枢电阻与回路电抗，滞后于

50、电压言，负载相电流对于另功率因数负载而090900.0.0.aqaFIERUI）或（）（afadadFFFXIjUEEEIXUEEEIXUE.0.0曲线。）中的（得图端电压下的励磁电流成正比变化，记录不同将随电抗压），这时端电持为常值（例如的大小，使负载电流保和负载电抗时调节发电机励磁电流变纯电感负载，然后同相对称可同步发电机，电枢接三直接负载法：对于小型）（KFbUIXIXUIIfN31. 61求取另功率因数负载特性的. 2)(fIfU 。，即得曲线上的额定点，这时，出无功电流为调节励磁电流使电枢输作空载运行点，将发电机并入电网测点；得，由测，点，作短路实验，测测取空载特性，步骤如下：很高，

51、常用实验作图法接负载法代价当电机容量较大时，直实验作图法FUUIFKIOKIIIUKNNfKfKNK0cos*0*)2(EAFF点的特性三角形作*。因数特性于交另功率应的去磁影响，延长克服漏抗压降和电枢反），以（）必须大于（不变，要保持端电压，接另功率因数负载时磁电流产生额定电压所需的励表示空载时，表示额定相电压）中，（在图FBCBCIBFIUIBCUOBbffNfN0031. 6。，得垂线作，由线交空载特性于上方作平行在时，计算第一种方案：在已知方案点的特性三角形有两种作EAFXIEABFEEBFXIXFNN。，得特性三角形垂线点作点，过性于平行线交空载特点作空载特性气隙线的，过上截点，在未

52、知时，利用第二种方案：当EAFEABFEEOOKFOBFKX形大小不变。流保持不变，故此三角功率因数特性时电三角形，由于在测定另特性之间存在一个特性特性与另功率因数角形。由此可知，空载义，也是电机的特性三具有相同的物理意）中的三角形（与图三角形ABCaEAF29. 6）曲线。（的，点的轨迹为载特性滑动，则得点沿空的将特性三角形fNIfUIIFEEAF0cos效励磁磁动势漏电抗和电枢反应的等子每相率因数特性曲线确定定二、由空载特性和另功形的方法如下：，作三角和理想另功率因数特性性三角形，如给定空载特不变的特性因数特性之间存在一个由于空载特性与另功率21。点，则于点作垂线交点，过载特性于隙线）交空

53、特性起始段的直线（气点作平行于空载，再经点向左取水平线段，过点，在另功率因数特性上取ABCCBACAOBBOAOOAAUKAANNNICBXXICB其中：为每相漏电抗。或：XIBCXXIBCNNfaIAC 。匝，则流，若励磁绕组为磁电轴电枢磁动势的等效励）时，直值（如图中是当直轴电流为给定fafadfNdfaINFNIII。，称为保梯电抗计算的电抗将大于漏抗，这时性三角形为示，则如上述所得的特中虚线所实验测得时，如图若另功率因数特性是由三、保梯电抗 PPXCBCBCBAX35. 6NPICBX更饱和。分磁路主极漏磁增大，转子部现，使于直轴去磁磁动势的出时由原因：另功率因数负载作为漏抗。计算中，

54、可用，在同步电机）（于凸极电机，有；对）（漏电抗。对于隐极电机于梯三角形，保梯电抗大应于额定点处称之为保），而对中的三角形之为短路三角形（图称变的，对应于短路点，特性三角形不是恒定不，饱和对转子漏磁的影响综上所述，考虑主磁路PPPXXXXXABC3 . 11 . 110. 105. 135. 6）上的压降远小于变化不大，（因为电流和功率因数时下运行，且在不同负载步电机主要在额定负载）绘制相量图。由于同（式方程后，再根据电动势平衡电动势在空载特性上得出气隙磁势态，要求先由气隙行时，磁路处于饱和状当电机在额定电压下运的饱和值功率因数特性确定四、利用空载特性和另NaadUjXREjXRIUEEFX.

55、ATKAXIUEdNN（饱和）00EKTTKAOBBLEA为励磁电动势，则的延长线于交相应的线性化空载特性并将之延长作为据连作为考虑饱和程度的依对应的性上额定点近似地取另功率因数特因此为简化分析，可以（饱和）dNXIAT KAATKAIIATZXXNNbdd（饱和）（饱和）*特性性、电压调整率和调整三）同步发电机的外特(）。（的关系曲线端电压与负载电流之间常数条件下，常数，外特性是发电机在一、外特性IfUInnfNcos是上升的。，所以外特性漏抗压降使端电压上升及容性电流的于电枢反应起助磁作用时，由且是下降的，在容性负载影响，外特性磁作用和定子漏抗压降）时，由于电枢反应去负载（负载或纯电阻数时

56、的外特性，在感性率因表示同步发电机不同功图01cos32. 6的电压调整率所示，则得同步发电机，如图电动势而卸去负载，读取空载，若保持定励磁电流额）运行时的励磁电流为，负载（电机在额定的电压调整率，定义发从外特性可求出发电机33. 6coscos0EIInnIUUIIfNfNfNNNN%1000NNUUEU。般要求压变化率应尽量小。一，它的电电流的变化而剧烈波动不随负载使同步发电机的端电压一。为了运行性能的重要数据之发电机电压调整率是表征同步%50U二、电压调整率的范围内。也就较大，通常在于电枢反应较大，之间，汽轮发电机则由一般在发电机的以内。近代凸极式同步限制在最好上升，以致击穿绝缘，被断开

57、时，端电压急剧端的开关障同步发电机电枢出线去负载，特别是短路故被突然卸了。为防止同步发电机压变化率可以不加限制等于对电保持基本不变。但这不磁电流使发电机端电压动改变励根据端电压的变化，自自动电压调节器，它能备有快速，现代同步发电机都装了保证电网电压的质量变化。为必然要引起端电压明显产生的同步电抗电压降流变化数值相对较大，负载电实际上由于同步电抗的%48%30%30%18%50%UUU）。（电流的关系曲线发电机励磁电流与电枢常数时，常数，特性是当电机的励磁电流。调整，必须调节发时，为保持端电压不变当发电机负载电流变化二、调整特性IfIUnnfNcos降。性会下载电流的助磁作用，特，因负的；而对于

58、电容性负载是上升负载增加而增加，特性电流随电阻性负载，转子励磁性和与外特性相反，对于感：起，具体作图步骤如下和空载特性曲线画在一，把相量图代替漏抗抗梯图表示，即用保梯电保，在实际作图时，可用量图可求出电压变化率电势相和时，采用磁势隐极同步发电机磁路饱隐极同步发电机时）磁势的求法（磁路饱和三、电压调整率和励磁XXUP. 1）（求）（相量；，画出空载特性纵坐标的位置相量画在将额定电压PaNNNjXRIUEIU.2) 1 (；为，其倾斜角画）（；使作为半径作圆弧，取）（fafICBIOCECCE43%100%100%0NNNNUUEUUDEU可得电压调整率ODIfN065EDEDEODDOBOBII

59、OBfNfN，则上得在空载特性曲线点，由标于为半径作圆弧交横坐以）（；，即即为连）（上允许。时，所导致的误差工程但，结果肯定会有误差，电枢反应进行分别处理轴。由于没有对直轴和交和，即可用作图法求得替代，用代替，这时同样用也用于凸极同步发电机且不仅用于隐极电机，而也叫保梯相量图，一般图）（凸极同步发电机8 . 0cos40. 61. 20faaaadPIEFKFKXX已作分析）。前面量图。量图，也叫布朗戴尔向考虑饱和时的凸极机向画出变化率的另一种方法是凸极同步发电机求电压）（(2状态，作图步骤如下：已知，对应于额定运行、数电机相量图，设电机参根据饱和时凸极同步发aqadaKKXR）（先作出：jX

60、RIUEaNN.) 1 (角。确定了从而点，连接，得已知，可令如果）（OMMIXAMXaqaq2）；后即可得出，计算，（）（；查空载特性曲线得由）（；为，则垂线交点作过）（fadadadadaadaddfdddFFFKFFFOZFFFOYFEEOBBOMAcos543.：和空载励磁电流分别为，故可得电压变化率在空载特性曲线上求得由）（ONEOZ06）（）（57. 656. 6%100%ffNNNNOZIUUONU具体测法自己看书。的不饱和值，和利用转差法，可测得qdXX的基础。研究同步电机运行性能，是深入同步发电机的基本理论其参数，这些内容都是量图及机内部的电磁过程，相前面已研究了同步发电变。