第13章 同步发电机的运行原理.pptVIP

第13章 同步发电机的运行原理 13.1 电 枢 反 应 同步电机在空载时，气隙中仅存在着转子磁势。负载以后，除转子磁势外，定子三相电流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。 电枢反应：电枢磁动势对主极磁场的影响。 电枢反应除使气隙磁场发生畸变，从而直接关联到机电能量转换外，还有去磁或增磁作用，对同步电机的运行性能产生重要的影响。 电枢反应的性质取决与电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，这一相对位置与激磁电动势 根据不同的Ψ值，下面我们将分别进行分析。 13.1.1 和 同相位（ψ=0）时的电枢反应： 如图所示： 电枢磁动势 与转子磁势 相加后才是气隙中的合成磁动势。 在这里需要注意的是：我们习惯上称转子磁极轴线为直轴，用d来进行表示，而N，S极之间的中线为交轴，用q来进行表示。所以，由于交轴磁势的存在，使合成磁势的轴线的位置产生一定的位移，幅值发生一定的变化。 13.1.2 滞后 90电角度（ψ=90?°）时的电枢反应 ： 见相量图： 显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电枢反应是去磁效果。 13.1.3 超前 90电角度（ψ=-90?°）时的电枢反应： 显然，此时的电枢反应是增磁的，所以电枢磁势称之为直轴增磁电枢磁势。 13.1.4 一般情况下（ψ=任意角度时）的电枢反应 ： 在这里要注意是电流滞后电动势还是超前电动势。 1）电流滞后电动势 ：90°＞ψ＞0 此时，可以利用迭加原理，将 分解成两个分量，即 与 同相分量；滞后于 90电角度分量 （图13-4），它们有如下关系： 产生直轴电枢磁势，对主磁极起去磁作用。 与 同相位，起交磁作用。也可以理解为电枢磁势 按ψ角分解成作用在直轴磁路的磁势 及作用在交轴磁路的磁势 2）电流超前电动势：即0°ψ-90° 从图上可以看出： 此时直轴分量电流产生的直轴磁势对主极磁势起增磁作用。交轴分量电流产生的交轴磁势对主极磁势起交磁作用。 综合以下分析可以看出：当同步发电机供给滞后电流时，电枢磁势除了一部分产生交轴电枢反应外，还有一部分产生直轴去磁电枢反应；当电电机供给超前电流时，电枢磁势除了一部分产生交轴电枢反应外，还有一部分产生直轴增磁电枢反应。这个结论十分重要，它对发电机性能的影响将在后面几章提到。 13.2 同步电抗的概念 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。 13.2.1 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。 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 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。 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，所对应的电抗便函越小。所以 或 的大小是随着磁路饱和程度的改变而改变的。 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。 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。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， 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 注意：在直轴