chapter16 同步电机的基本电磁关系

匝电链枢定绕子组绕中组所的产磁生通的为全（部电势a为 ），两者在
.
.
.
.
EaE (jIaXajIaX)
.
.
jIa(XaX)jIa Xs
式气隙中均Xs匀，X为a常X数 。称为隐极同步电机的同步电抗，
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电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
电机学
电枢反应电抗的物理意义
同步发电机的磁场
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。
同步发电机的磁场
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
aq
ad
与
aq分别切割定子绕组而在其中感应出电势 Ead 及 E aq。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以
E ad 正比于 ad
， E aq
正比于

，因此，
aq
.
.
Ead j Id Xad
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。
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电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
电机学
电枢反应电抗的物理意义
同步发电机的磁场
已知：
.
.
Ea j Ia Xa
其中的 X a 称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况 下,如果 X a 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 X a的大小可以 说明电枢反应的强弱。

生的切向力及电磁转矩和电磁功率就越大。
表征气隙合成磁场的等效磁极
ns
S
N
δ
ns
N0
Te
S0
主极
发电机旋转时，原动机必须输入驱动转矩来克服制动电磁转
矩，从而将机械能转变成电能，所以交轴电枢反应与电磁转 矩的产生和机电能量转换直接相关。
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(2)、电枢电流 I 滞后激磁电动势 E 0 90 (0 = 90) 时
同步电机
同步电机和感应电机同属于交流电机，与感应电机
的区别是同步电机的转子转速 n 与电网频率 f 之间
具有固定不变的关系 子转速 n≠ns。
n
ns
60 f p
，而感应电机的转
本章主要讲述同步发电机的工作原理、电磁关系，
导出基本方程、等效电路和相量图；
同时分析同步发电机的运行特性，以及与电网的并 联运行和功率调节问题。
相量重合；
(2)、忽略磁滞和涡流损耗时，旋转磁场的磁密矢量
与产生它的磁动势矢量重合；
(3)、该相绕组交链的磁通相量与产生它的磁密矢量
重合。
a
s
Ba
FIa
同步发电机的时空矢量图
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2、对称负载时的电枢反应
s
E 0 Fa
0 I
Ff1
B0
0
N
一般情况下同步发电机的时空矢量图
电枢反应的性质（增磁、去磁或交磁）取决于电枢磁动势 基波 Fa与励磁磁动势基波 Ff1 的空间相对位置。
f
pns 60
。
同步电机转速与电网频率有着严格不变的关系，
即电网频率一定时，同步电机转速不变。
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2、空载特性
在同步转速下，激磁电动势E0与励磁电流 If 之间的 关系曲线E0= f ( If )，称为同步电机的空载特性。

2、由运行特性求取电机参数的方法 漏抗（普梯电抗）、d轴同步电抗、短路比
§10-5 同步发电机的运行特性及参数测定
一、 空载特性
E0
n n1，I 0，U f (i f )
E0
气隙线 空载特性
饱和系数：
U N
K
if 0 if
E0 UN
0
i f i f 0
if
二、 短路特性
Ik IN
一般 x 0.1 ~ 0.2 ，当
I
k
1
时，E
0.1
0.2
所以磁路不饱和。
E0
i f E0 Ik
故短路特性为一条直线。 此时，其相量图如右。
E jIk x
F Ff 1 Fa
Fa Ff 1
F 90
Fa Ik
三、零功率因数特性
n n1，cos 0(滞后)，I 常数时，U f (if )
分析： ra 0
E U I ra j I x U j I x
F Ff 1 Fa
E U I x
E jIx
U
Ff 1 F Fa
Ff F Ka Fa
i f i f i fa
Fa
F
Ff 1
Fa
I
i fa ：电枢反应磁势的等效励磁电流。
E0
jId (xd xq )
EQ
jId xd jjIIxqqxq
M
UIra
IqΒιβλιοθήκη d轴 q轴tg1 Ixq U sin Ira U cos
E0 U cos Ira cos Id xd
I Id
§10-5 同步发电机的运行特性及 参数测定
主要内容：
1、运行特性 空载特性、短路特性、零功率因数特性

㈡ 转速特性与启动步骤 当在定子绕组中通入三相交流电以后， 当在定子绕组中通入三相交流电以后，在气隙中则产生旋转磁 转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。 场。转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。 定、转子磁场之间存在较大的相对运动，转子上的平均转矩为零， 转子磁场之间存在较大的相对运动，转子上的平均转矩为零， 所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时， 所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时，我 们经常采用的是异步起动方法。 们经常采用的是异步起动方法。 异步启动法： 异步启动法：在磁极表面上装设有类似异步电机笼型导条的短路绕 称为起动绕组。在起动时， 组，称为起动绕组。在起动时，气隙旋转磁场将在转子上的起动绕 组中感应电流，电流和磁场相互作用产生电磁矩转， 组中感应电流，电流和磁场相互作用产生电磁矩转，使同步电机转 动起来（如同感应电机）。待速度上升到接近同步转速时， ）。待速度上升到接近同步转速时 动起来（如同感应电机）。待速度上升到接近同步转速时，再给转 子绕组通入直流电流，产生转子磁场， 子绕组通入直流电流，产生转子磁场，此时它和定子磁场间得到转 速已非常接近，依靠这两个磁场间相互吸引力， 速已非常接近，依靠这两个磁场间相互吸引力，使转子与定子磁场 同步旋转。所以同步电动机的起动过程可以分为两个阶段： 同步旋转。所以同步电动机的起动过程可以分为两个阶段： 首先按异步电机方式起动，使转子转速接近同步转速。 （1）首先按异步电机方式起动，使转子转速接近同步转速。 转子绕组通入直流电流，产生转子磁场，使转子牵入同步。 （2）转子绕组通入直流电流，产生转子磁场，使转子牵入同步。
大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应. 大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.