同步发电机的磁场

电机学

ElectricalMachinery自动化系温志明20121本节内容要点：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2电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载运行空载磁场对称负载运行电枢反应（重点）本节内容3电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机空载运行空载运行：定子绕组开路，定子电流为零，转子绕组通入直流励磁电流，发电机被拖动以同步速度旋转的情况。4电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com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5电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com基波励磁磁动势6电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com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。2、隐极电机的励磁磁动势基波励磁磁动势7电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com基波励磁磁动势8电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机空载电动势切割电枢绕组9电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机空载电动势漏磁通10电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机空载电动势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。在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。11电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机空载电动势电压波形畸变定义：实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度。措施：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Y形接法消除三次及其倍数次谐波。

12电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com对称负载运行定子绕组接三相对称负载，定子电流不为零，有电枢磁动势产生；转子绕组通入直流励磁电流，有励磁磁动势产生；发电机被拖动以同步速度旋转。13电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载与对称负载运行时

物理情况对比运行状态电流磁动势磁通电动势合成电动势空载运行IfFfΦ0E0E0对称负载运行IfFfΦ0E0EIaFaΦaEa14电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。

一、磁动势分析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（1）大小：(A)（2）转速：(r/min)（3）转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同（4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节距空载与对称负载运行时

物理情况对比15电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势（1）大小：

(A)（2）转速：和转子转速一样为同步速（3）转向：和转子转向一致（4）极对数：和转子磁极的极对数相同空载与对称负载运行时

物理情况对比16电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com励磁磁动势Ff与

电枢磁动势Fa的特点磁动势基波波形大小位置转速共同点Ff正弦波恒定，由励磁电流决定由转子位置决定由原动机转速决定转速相等，转向相同，在空间相对静止。Fa正弦波恒定，由电枢电流决定由电流瞬时值决定由频率f和极对数p共同决定17电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应定义：电枢基波磁动势对主极基波磁场的影响。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，有交磁、助磁、去磁之分。分析：取决于同步发电机的内功率因数角ψ0。18电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.comψ0＝0时的电枢反应BaB结论：电枢磁动势只有交轴分量，电枢反应对主极磁场的影响为交磁作用；交轴电枢反应使气隙合成磁场轴线位置从空载时的直轴处逆转后移一个角度，而幅值增加；转子主磁场B0超前气隙合成磁场B，电磁转矩对主磁极起制动作用。19电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com0°<ψ0<90°时的电枢反应结论：电枢磁动势包括交轴分量和直轴分量。交轴电枢反应对主极磁场的影响为交磁作用；直轴电枢反应对主极磁场的影响为去磁作用。20电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com-90°<ψ0<0°时的电枢反应结论：电枢磁动势包括交轴分量和直轴分量。交轴电枢反应对主极磁场的影响为交磁作用；直轴电枢反应对主极磁场的影响为助磁作用。21电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com当ψ0角为不同值的电枢反应

位置电枢反应性质对电机的影响负载性质n(f)UΨ=00q轴交轴波形畸变下降不变RΨ=900d轴直、去削弱不变下降LΨ=-900d轴直、助增强不变上升C00<Ψ<900d、q轴交、直去削弱下降下降R、L-900<Ψ<00d、q轴交、直助增强下降上升R、C22电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步电机的时空矢量图交磁去磁助磁23电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机情况凸极同步发电机情况本节内容24电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义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。隐极同步电机：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。25电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义已知：其中的称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况下,如果越大，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。因此的大小可以说明电枢反应的强弱。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，所以对应产生电动势26电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义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（），两者在电枢绕组中所产生的全部电势为式中称为隐极同步电机的同步电抗。27电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义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，可以通过同步电抗压降的形式来表示了。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改变的。28电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义二、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的差别。而不同的磁阻将对应着不同的电抗。

29电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义所以，在这里，我们将磁动势分解成沿直轴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，对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通。30电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义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。磁通与分别切割定子绕组而在其中感应出电势及。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以正比于，正比于，因此，31电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义和隐极电机一样，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同步电抗，即32电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义注意：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所以较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁阻大，所以较小。当直轴及交轴的同步电抗相等时，就是隐极电机。33电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电枢反应电抗的物理意义以上物理量都是一相的值；Xa：对称负载下单位电流感应的电枢反应电动势；Xa：综合反映了三相对称电流所产生的磁动势对一相的影响；Xa：相当于感应电机中的激磁电抗Xm。电枢反应电抗34电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com气隙对磁导的影响隐极极凸35电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机的电枢磁场d轴q轴FadBadFaqBaqBad1Baq1ψ0=90°ψ0=0°36电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机情况前提：不考虑饱和基本电磁关系电压方程式相量图等效电路同步电抗的物理意义37电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机

的基本电磁关系转子主极：定子电枢：38电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机

的电压方程式同步电抗电枢反应电抗不计饱和电压方程39电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机的相量图40电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机的等效电路～41电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机

相量图的求解方法方法一：利用电压方程式；方法二：利用几何关系。caobd已知：U,I,φ,Ra,Xs求：E0,δ42电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机情况前提：不考虑饱和双反应理论基本电磁关系电压方程式相量图等效电路直轴与交轴同步电抗的意义43电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com双反应理论电枢磁动势Fa的位置取决于ψ0。当Fa既不在直轴、也不在交轴，而位于任意位置时，可把Fa分解为直轴分量Fad和交轴分量Faq，分别求解直轴电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极同步电机的电枢反应。44电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机

的基本电磁关系转子主极：定子电枢：45电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机

的电压方程式直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗46电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机

的电压方程式47电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机的相量图现在的问题：如何确定ψ0？48电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机的相量图为了确定ψ0，画出相量图，定义一个虚拟电动势：与E0同相49电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机

相量图的标量求解方法50电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机的等效电路～51电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com直轴与交轴同步电抗的意义Φad(Λad)Φaq

(Λaq)Φσ(Λσ)Φσ(Λσ)52电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步电机参数的比较电机漏抗电枢反应电抗直轴同步电抗交轴同步电抗基本关系大小关系隐极机XσXaXsXsXs=Xd=Xq

=Xσ+XaXs>>Xσ>Ra凸极机XσXadXaqXdXqXd=Xσ+XadXq=Xσ+XaqXd>Xq>Xσ>Ra53电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com例题有一台的汽轮发电机，，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势及内功率因数角。有一台的汽轮发电机，，电枢电阻略去不计。每相励磁电动势为7520V，试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：

(1)每相是7.52纯电阻

(2)每相是7.52Ω纯电感；