第6章同步发电机的运行原理一、空载运行时的主磁通同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机带动到同步转速，转子励磁绕组通过直流励磁电流，定子绕组开路（定子绕组电流为零）时的运行状况。（图示）从图可见，主极磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。一、空载运行时的主磁通空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁动势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电流大小决定。负载运行时，定子绕组中有电流流过，便会产生电枢基波旋转磁动势。负载运行时，同步电机内由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立的主磁场。二、带对称负载时的主磁通负载运行时，同步电机内的主磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。空载：气隙磁动势负载：气隙磁动势同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。三、电枢反应几个概念①内功率因数角ψ：空载电动势E0和电枢电流I之间的夹角，与电机本身参数和负载的大小、性质有关；②功率因数角：与负载性质有关；③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角；且有（电感性负载）④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）；⑤交轴（q轴）：转子相邻磁极轴线间的中心线为交轴（横轴）三、电枢反应时空矢量图：含有时间相量和空间向量的矢量图。作时空矢量图确定电枢反应的性质的规律：取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴方向；空载磁通Φ0与Ff同方向，空载电势E0滞后空载磁通Φ090°；定子电流I滞后空载电势E0的角度为内功率因数角Ψ；电枢磁势Fa与定子电流I同相位。1、ψ=0°时的电枢反应1、ψ=0°时的电枢反应1、ψ=0°时的电枢反应交轴电枢反应，即交磁作用。电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的转向相反，对发电机起制动作用。要想维持转速不变，就要相应地增加原动机的输入机械功率。交轴电枢反应实现了机电能量的转换，发电机有有功功率输出。三、电枢反应三、电枢反应三、电枢反应三、电枢反应4、0°<ψ<90°时的电枢反应5、-90°<ψ<0°时的电枢反应三、电枢反应三、电枢反应6.2同步发电机的电动势方程式和相量图一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机在时间相位上，滞后于90°电角度，若不计定子铁耗,与同相位，则将滞后于90°电角度,于是亦可写成负电抗压降的形式，即一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机一、隐极同步发电机1、电磁过程其结构特点是气隙沿电枢圆周不均匀。考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理。（双反应理论）二、凸极同步发电机二、凸极同步发电机现在只讨论磁路不饱和情况。同步发电机内的电磁关系如下：2、电动势方程式采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，定子任一相的电动势方程为：二、凸极同步发电机综上，有凸极同步发电机的电动势平衡方程式：由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计，则凸极同步发电机的电动势平衡方程式可写成：直轴和交轴同步电抗的意义由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成正比，所以如图所示。对于凸极电机，由于直轴下的气隙较交轴下小，>，所以Xad>Xaq，因此在凸极同步电机中，Xd>Xq,且Xq*≈0.6Xd*对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故Xd=Xq=XtXa（隐）>Xad（凸）>Xaq（凸）3、相量图以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载的相量图如下：二、凸极同步发电机例1：一台汽轮发电机PN=135MW，定子三相绕组Y接法，额定电压UN=13.8kV，cos=0.8（滞后），xt=2.35Ω，忽略电枢电阻，求额定运行时的E0N和ψN。发电机定子采用Y接法，其额定相电压同步发电机在对称负载下稳定运行时，维持转速(频率)和功率因数为常数的条件下，发电机的端电压U、负载电流I、励磁电流If是3个主要的运行参数，它们都可以在运行中被测量。它们之间互有联系，当保持其中一个量为常数，另外两个量之间的函数关系称为运行特性。1.定义：2.实验接线：3.步骤：If↑→U0=0～1.25UN↑，注意：只能单方向调磁；一、空载特性一、空载特性1.定义：2.实验接线：3.步骤：n=nN，调If，使Ik=0～1.25IN4.曲线：Ik=f(If)二、短路特性二、短路特性二、短路特性解:从气隙线上查出，If＝280A时，激磁电动势；在同一励磁电流下，由短路特性查出，短路电流I＝1718A；所以同步电抗为用标幺值计算时，三、外特性和电压变化率三、外特性和电压变化率三、外特性和电压变化率四、调节特性四、调节特性凸极同步电机电枢反应磁通及所经磁路及磁导