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 第六讲同步电机负载运行原理 重点：电磁关系，时空矢量图，等效电路 难点：电枢反应电势 问题：同步电机带负载运行的电磁过程如何描述？同步电抗如何定义？如何描述同步电机的等效电 路？同步发电机有哪些运行特性？ 5、独立负载运行 (1)同步发电机 同步电机在原动机拖动下，以同步速旋转，转子加励磁电压，电枢接阻抗负载的运行方式 同步电机电磁耦合模型 同步电机直轴与交轴气隙可能不同，因此直轴与交轴电枢反应不同，需要将直轴和交轴分开考虑电 路和磁路的耦合作用。由于磁场感应的电势总是滞后磁场90°，且同步发电机的直轴正方向超前交轴 正方向90°，因此直轴磁场产生的感应电势正好位于交轴正方向，而交轴磁场产生的感应电势在直轴 反方向，即出现负号。根据电枢磁场等价的方式，将定子三相绕组用等效的两相d与q正交绕组取 代，空间产生的电枢磁势不变。 三相对称绕组流过对称电流产生的合成磁势基波幅值等于每相磁势最大值的m/2倍 m 4 Wks1 2π2p 2 m.ph (1)静止两相正交绕组（等效匝数等于每相等效匝数的m/2倍，交流电流有效值不变） F =F cos(ot-0)=F cosotcos0+F cos(cott/2)cos(0-/2) (2)同步旋转两相正交绕组（等效匝数等于每相等效匝数的血/2倍，直流电流等于每相电流幅值） F=F cos(at-0)=F cos(ot F cos(ot-0,)cosu -F sin(ot-0 )sinu 个A相轴线 4个d相轴线 R wN U. NΦ q相轴线 ⊕ 8X -wN④ U B B相轴线 C相轴线 电枢电流时兖矢量I滞后于q轴中角，那么电枢磁势时空矢量F与电流I重合，电枢磁势可以看成是两 个正交磁势F和F的合成，或者等价地电枢电流时空矢量Ia可以分解为两个正交矢量I和I的合成。 直轴主磁路包含转子直轴磁阻Rrd、直轴气隙磁阻Rsd、定子铁芯磁阻Rs,直轴转子励磁磁势F、直轴 电枢反应磁势Fad=NiIa相互作用，同时考虑转子励磁漏磁阻Rt.和电枢漏磁路磁阻Rs。 交轴主磁路包含转子交轴磁阻Ra、交轴气隙磁阻Ra、定子铁芯磁阻Rs,交轴转子没有励磁磁势， 只有交轴电枢反应磁势F=NI的作用，同时不考虑转子交轴漏磁阻，但考虑电枢漏磁路磁阻。 交轴电压方程等效电路：交轴电流I,在电枢电阻R。上的压降、直轴电枢漏磁通Φs如在交轴感应电枢漏 电势wN1Φsod、直轴气隙磁通Φa在电枢绕组感应交轴电势ωN1Φd(包括交轴电枢反应电势owN1Φa和交 轴励磁电势wNΦr两者的合成)。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 1 第六讲 同步电机负载运行原理 重点：电磁关系，时空矢量图，等效电路 难点：电枢反应电势 问题：同步电机带负载运行的电磁过程如何描述？同步电抗如何定义？如何描述同步电机的等效电 路？同步发电机有哪些运行特性？ 5、独立负载运行 （1）同步发电机 同步电机在原动机拖动下，以同步速旋转，转子加励磁电压，电枢接阻抗负载的运行方式。 同步电机电磁耦合模型 同步电机直轴与交轴气隙可能不同，因此直轴与交轴电枢反应不同，需要将直轴和交轴分开考虑电 路和磁路的耦合作用。由于磁场感应的电势总是滞后磁场90 0 ，且同步发电机的直轴正方向超前交轴 正方向90 0 ，因此直轴磁场产生的感应电势正好位于交轴正方向，而交轴磁场产生的感应电势在直轴 反方向，即出现负号。根据电枢磁场等价的方式，将定子三相绕组用等效的两相d与q正交绕组取 代，空间产生的电枢磁势不变。 三相对称绕组流过对称电流产生的合成磁势基波幅值等于每相磁势最大值的m/2倍 m m ph w m F m I p m W k F , 1 1 2 2 4 2 = = ! （1）静止两相正交绕组（等效匝数等于每相等效匝数的m/2倍，交流电流有效值不变） F = F cos(#t $" ) = F cos#t cos" + F cos(#t $ ! / 2)cos(" $ ! / 2) a m m m （2）同步旋转两相正交绕组（等效匝数等于每相等效匝数的m/2倍，直流电流等于每相电流幅值） a m m r a m r a m r a F = F cos(#t $" ) = F cos(#t $" +! ) = F cos(#t $" )cos! $ F sin(#t $" )sin! 电枢电流时空矢量Ia滞后于q轴ψ角，那么电枢磁势时空矢量Fa与电流Ia重合，电枢磁势可以看成是两 个正交磁势Fad和Faq的合成，或者等价地电枢电流时空矢量Ia可以分解为两个正交矢量Id和Iq的合成。 直轴主磁路包含转子直轴磁阻Rmrd、直轴气隙磁阻Rmδd、定子铁芯磁阻Rms，直轴转子励磁磁势Ff、直轴 电枢反应磁势Fad=N1Id相互作用，同时考虑转子励磁漏磁阻Rmfσ和电枢漏磁路磁阻Rmsσ。 交轴主磁路包含转子交轴磁阻Rmrq、交轴气隙磁阻Rmδq、定子铁芯磁阻Rms，交轴转子没有励磁磁势， 只有交轴电枢反应磁势Faq=N1Iq的作用，同时不考虑转子交轴漏磁阻，但考虑电枢漏磁路磁阻。 交轴电压方程等效电路：交轴电流Iq在电枢电阻Ra上的压降、直轴电枢漏磁通Φsσd在交轴感应电枢漏 电势ωN1Φsσd、直轴气隙磁通Φδd在电枢绕组感应交轴电势ωN1Φδd（包括交轴电枢反应电势ωN1Φad和交 轴励磁电势ωN1Φaf两者的合成）。 A相轴线 S N Z B A Y C X B相轴线 C相轴线 Id Iq d相轴线 S N Ud Uq q相轴线 Uq I Ra q ωN1Φsσd ωN1Φδd Ud I Ra d -ωN1Φsσq -ωN1Φδq Φδd Rmδd Ff Fad Rmfσ Rmsσ Φfσ Φsσd Rms Rmrd Φδq Rmδq Rmrq Rmsσ Faq Φsσq Rms