第二章同步电机的运行原理•引言•§2.1同步电机的基本原理•§2.2同步发电机的空载运行•§2.3电压波形正弦畸变和电话干扰•§2.4对称负载时的电枢反应•§2.5隐极同步发电机的电势方程式、同步电抗和矢量图•§2.6凸极同步发电机的双反应理论•§2.7凸极同步发电机的电势方程式、同步电抗和矢量图•小结2012年9月6日引言•本章研究三相同步电机在对称负载稳态运行时的一些电磁物理现象及其基本分析方法。•着重分析电枢磁势与磁极磁势的空间相对位臵及其在能量转换中的作用。•建立电枢反应概念，引入电枢反应电抗参数和同步电抗参数，导出了同步发电机不计饱和时的电压平衡式及其等效电路和相量图。•考虑到磁路的饱和现象，还分析了电枢磁势的等效折算方法。•本章所提供的一些基本理论与分析方法，也是研究同步电机其它运行方式的理论基础。2012年9月6日§2.1同步电机的基本原理•一、两种旋转磁场•二、同步电机的作用力•三、同步电机的运行方式•四、磁场间的空间相位和相应电势间的时间相位2012年9月6日一、两种旋转磁场•当对称三相电流流过对称三相绕组时，将在空气隙中产生旋转磁势。其基波分量有下列特性：它的振3NI幅为0.9kw1；它的旋转速度为同步转速，它的旋转2p方向是从带有超前电流的相转向带有滞后电流的相；当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。•同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行，只要其定子三相绕组中流通对称三相电流，都将在空气隙中产生上述旋转磁势，建立旋转磁场。因为这个磁场是由交流电流激励产生的，故称为交流激励的旋转磁场。同步电机的定子绕组又称为电枢绕组。因此，上述磁势又常称为电枢磁势，相应的磁场称为电枢磁场。2012年9月6日•在同步机的转子上装有直流激磁的磁极，它与转子无相对运动。当转子旋转时，在气隙中又形成另一种旋转磁场。它是由直流电流激磁，又因为它随转子一同旋转，常称为直流激磁的旋转磁场或机械旋转磁场。•感应电机也有定子磁场和转子磁场，相对于气隙空间均以同步转速旋转，且彼此间亦无相对运动。但是，感应电机的转子磁场是由感应而产生的，正由于这点不同，同步电机与感应电机有着不同特性，分析方法也不相同。2012年9月6日二、同步电机的作用力•既然在同步电机的气隙空间存在着两种不同方式产生的旋转磁场，只要这两个磁场在空间有位移，它们之间便会产生电磁力，犹如两块磁铁之间存在着相互作用力一样。2012年9月6日三、同步电机的运行方式•同步电机的电枢磁场与转子磁场之间虽然没有相对运动，但是，依据负载电流的性质不同，两个磁场间有着不同的相对位臵。这个相对位臵决定着同步电机的运行方式，就有功功率来讲，如顺着旋转方向，转子磁场超前于电枢磁场为发电机运行方式，这时转子由外施机械转矩拖动，对转子而言电枢磁场与转子磁场相互作用的力是一个电磁阻力。反之，电枢磁场超前于转子磁场为电动机运行方式，这时，电枢磁场作用到转子上的转矩是驱动转矩。这两个磁场的相对位臵是如何确定的。2012年9月6日四、磁场间的空间相位和相应电势间的时间相位•暂时只考虑基波磁场和基波电势。因为定子绕组是不动的，而定子磁场和转子磁场又都以同步转速旋转，但有着空间相位差。当切割定子绕组时，二者所感应的电势频率相同，但有着时间相位差，感应电势的这个时间相位差与相对应的磁场间的空间相位差相等。2012年9月6日§2.2同步发电机的空载运行•当同步发电机被原动机拖动到同步转速，转子绕组通入直流励磁电流而定于绕组开路时称为空载运行。•这时定子(电枢)电流为零，电机气隙中只有转子电流(励磁电流)If单独产生的磁势Ff和磁场，称为励磁磁势和励磁磁场。2012年9月6日•图示一台凸极同步发电机的空载磁路，图中既交链转子，又经过气隙交链定子的磁通，称为主磁通，即空载时的气隙磁通，或称励磁磁通。•显然这是一个被原动机带动到同步转速的旋转磁场，其磁通密度波沿气隙圆周作接近于正弦形的空间分布。•图中表示f只交链励磁绕组而不与定子绕组相链的主极漏磁通，它不参与电机定，转子之间的能量转换过程。2012年9月6日•同步电机的主磁路与直流电机的很相似。应选择合适的极弧宽度bp与极距τ的比值(一般取bp／τ＝0.65～0.75)，使漏磁通的相对值较小(一般为0.1～0.2)，且气隙磁场波形较好。当转子以同步转速旋转时，主磁通切割定•n1pnf子绕组感应出频率为60的三相基波电势，其有效值