电机学课堂进义第三部分同步电机16h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 同步电机的转子不与机械负载或原动机联接，那么同步电机与外界没有机械功率的交换。同步电机 消耗的有功功率主要是绕组铜耗、铁心损耗和转子机械损耗，对于大容量同步电机来说，这些损耗 在数值上很小，可以忽略不计。因此，电枢电流与端电压相位差达到功率因数等于零的状态，同步 电机电功率主要是无功功率，这种运行状态称为调相机运行状态。当同步电机的励磁电势大于电枢 电压时，转子处在过励状态，电枢反应起纯直轴去磁作用，并向外输出滞后（感性）的无功功率： 而当励磁电势小于电枢电压时，转子处在欠励状态，电枢反应起纯直轴助磁作用，并向外输出超前 (容性)的无功功率。 电力系统中，需要大量感性无功功率，即电感性负载或感应电动机等，使得电网功率因数降低，为 了解决这一问题，采用过励状态的调相机可以改善电网的功率因数。 电力系统稳定的前提是电压稳定、频率稳定、总谐波畸变含量小（电力质量）。电压稳定需要通过 调节同步发电机的励磁来实现。如电网电压偏低，说明系统无功不足，同步发电机必须采用强励， 增加励磁电流，发出更多无功功率提高电网电压。频率稳定需要通过调节同步发电机的有功功率， 即原动机的输入功率来实现。如果电网频率降低，说明系统有功不足，同步发电机必须发出更多有 功功率，因此必须增加原动机的输入功率，增加转子转速提高频率。由此可见 系统有功功率不平 衡将导致频率不稳定，而无功功率不平衡将导致电压不稳定。 (4)电枢反应的性质 电枢反应是指电枢电流产生的电枢磁场对主磁极磁场的影响。根据图16或图18可以发现： 对于发电机来说，励磁电势与电枢电流之间的相位角的范围是90°<<90°， ·当心=90时，纯交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，产生电磁转矩： ·当0°<ψ<90时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应去磁作用： ·当-90°<型<0时，交轴电枢反应，交磁作用，使得生磁场扭曲，直轴电枢反应助磁作用。 对于电动机来说，励磁电势与电枢电流之间的相位角的范围是90°<ψ<270°， ·当=180时，纯交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，产生电磁转矩： ·当90°<<180时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应去磁作用： ·当180°<型<270时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应助磁作用。 对于调相机来说，励磁电势与电枢电流之间的相位角的范围是=±90°， ·当=90时，纯直轴电枢反应，起去磁作用，不产生电磁转矩： ·当=90°时，纯直轴电枢反应 起助磁作用，不产生电磁转矩。 (5)有关角度 同步电机电枢相电压写相电流之间的相位差称为功率因数角，励磁相电势与电枢相电压之间的相位 差0称为功率角，气隙磁场产生的相电势与相电流之间的相位差④称为内功率因数角，励磁相电势与 合成相电势之间的相位差日，称为内功率角。 (6)电枢反应磁势的折算 根据双发应理论电枢电流分解为直轴与交轴分量，相应的磁势也分解为直轴与交轴分量。折算是将 电枢磁势的直轴（交轴）分量等效成相应的励磁磁势幅值，等效条件是产生的基波磁场幅值相同。 假设电枢和转子表面光滑，励磁磁势、直轴与交轴电枢反应磁势独立产生的磁场如图20所示。 对于励磁电流I产生的每极磁势幅值F等于每极串联安匝数NH产生的励磁磁密幅值B,其中基波磁 密幅值Bn,励磁磁密波形系数k=BnBo B=- uo F 7电机学课堂讲义 第三部分 同步电机 16h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 7 同步电机的转子不与机械负载或原动机联接，那么同步电机与外界没有机械功率的交换。同步电机 消耗的有功功率主要是绕组铜耗、铁心损耗和转子机械损耗，对于大容量同步电机来说，这些损耗 在数值上很小，可以忽略不计。因此，电枢电流与端电压相位差达到功率因数等于零的状态，同步 电机电功率主要是无功功率，这种运行状态称为调相机运行状态。当同步电机的励磁电势大于电枢 电压时，转子处在过励状态，电枢反应起纯直轴去磁作用，并向外输出滞后（感性）的无功功率； 而当励磁电势小于电枢电压时，转子处在欠励状态，电枢反应起纯直轴助磁作用，并向外输出超前 （容性）的无功功率。 电力系统中，需要大量感性无功功率，即电感性负载或感应电动机等，使得电网功率因数降低，为 了解决这一问题，采用过励状态的调相机可以改善电网的功率因数。 电力系统稳定的前提是电压稳定、频率稳定、总谐波畸变含量小（电力质量）。电压稳定需要通过 调节同步发电机的励磁来实现。如电网电压偏低，说明系统无功不足，同步发电机必须采用强励， 增加励磁电流，发出更多无功功率提高电网电压。频率稳定需要通过调节同步发电机的有功功率， 即原动机的输入功率来实现。如果电网频率降低，说明系统有功不足，同步发电机必须发出更多有 功功率，因此必须增加原动机的输入功率，增加转子转速提高频率。由此可见，系统有功功率不平 衡将导致频率不稳定，而无功功率不平衡将导致电压不稳定。 （4）电枢反应的性质 电枢反应是指电枢电流产生的电枢磁场对主磁极磁场的影响。根据图16或图18可以发现： 对于发电机来说，励磁电势与电枢电流之间的相位角的范围是-900 <ψ<900 ， • 当ψ=900 时，纯交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，产生电磁转矩； • 当00 <ψ<900 时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应去磁作用； • 当-900 <ψ<00 时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应助磁作用。 对于电动机来说，励磁电势与电枢电流之间的相位角的范围是900 <ψ<2700 ， • 当ψ=1800 时，纯交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，产生电磁转矩； • 当900 <ψ<1800 时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应去磁作用； • 当1800 <ψ<2700 时，交轴电枢反应，交磁作用，使得主磁场扭曲，直轴电枢反应助磁作用。 对于调相机来说，励磁电势与电枢电流之间的相位角的范围是ψ=±900 ， • 当ψ=900 时，纯直轴电枢反应，起去磁作用，不产生电磁转矩； • 当ψ=-900 时，纯直轴电枢反应，起助磁作用，不产生电磁转矩。 （5）有关角度 同步电机电枢相电压与相电流之间的相位差ϕ称为功率因数角，励磁相电势与电枢相电压之间的相位 差θ称为功率角，气隙磁场产生的相电势与相电流之间的相位差ϕi称为内功率因数角，励磁相电势与 合成相电势之间的相位差θi称为内功率角。 （6）电枢反应磁势的折算 根据双反应理论电枢电流分解为直轴与交轴分量，相应的磁势也分解为直轴与交轴分量。折算是将 电枢磁势的直轴（交轴）分量等效成相应的励磁磁势幅值，等效条件是产生的基波磁场幅值相同。 假设电枢和转子表面光滑，励磁磁势、直轴与交轴电枢反应磁势独立产生的磁场如图20所示。 对于励磁电流If产生的每极磁势幅值Ff等于每极串联安匝数NfIf，产生的励磁磁密幅值Bf，其中基波磁 密幅值Bf1，励磁磁密波形系数kf=Bf1/Bf。 ! Bf = µ0 k"" d Ff