同步发电机的旋转磁场概念与等值电势

 

1、两种旋转磁场的概念

转子上装有直流激磁磁极，它与转子无相对运动，转子转动时，形成旋转磁场，称机械旋转磁场。

定子流过三相对称电流，将在气隙中产生旋转磁势，速度为同步转速，转向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时，旋转磁场的振幅恰好转到该相轴线处，该旋转磁场称电枢磁场。

顺着旋转方向，转子磁场超前于电枢磁场的为发电机运行，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。两个旋转磁场空间有相位差。

2、同步发电机的电枢反应及等值电势电路

（1）隐极同步发电机电枢反应及等值电势电路

定子与转子两种旋转磁场对转子绕组没有相对运动，因而不会在转子上产生感应电势。 这两个磁场只在定子绕组产生感应电势，在不考虑磁路饱和的情况下，转子磁场感应空载电势E₀，电枢磁场感应的电势为电枢反应电势E_a,则有E₀+E_a=U_f+I(r_a+jx_s)式中，U_f为机端电压；x_s为定子绕组漏抗；r_a为定子电阻。

（2）凸极机空载磁势

对凸极转子而言，空载时转子磁势波为方波，取其基波分析。假如当气隙均匀时，它产生的磁通密度分布也按正弦分布，当磁场旋转时，定子绕组中所匝链的磁通也就随时间按正弦规律变化，从而绕组感应电势也随时间按正弦规律变化，可以分别用空间矢量和时间相量表示，又因为二者有相同的角速度，所以可以画在同一坐标平面上，如果把相绕组轴线作为空间矢量参考轴，则会给分析同步电机的电磁关系带来方便。

 

假如绕组正处于极面中心，感应E₀为max值，交链磁通中φ₀为零，所以E₀应与时间轴t同相，φ₀越前E₀为90º。时间相量有E₀，空间失量有磁势F_f1、磁密B_f1、磁通φ₀，它们始终与转子的轴线方向一致，称直轴或d轴，两极之间的中线称为交轴或q轴。时间相量与空间失量之间的相角是无物理意义的。

（3）有负载时电枢反应磁势图

  空载时U = E₀

  有负载时，便产生电枢磁势，对空间磁场的影响称电枢反应。电枢磁势与转子磁势的相对位置取决于负载电流的性质，假定I、E₀同相位，β=0；假定E₀越前I，β>0；假定E₀滞后I，β<0；称Arg=β为内功率因数角。

β= 0     I、E₀同相   cosβ=1   sinβ=0   不发出无功功率，只发有功功率

 

β= 90º               cosβ=0   sinβ=1   不发出有功功率，只发无功功率

 

β= 180º  I、E₀仅相   cosβ=-1  sinβ=0   从电网吸收有功，电动机运行

 

β=-90º               cosβ=0   sinβ=-1  向电网送容性无功

 

  由于β角可以是任意角，可以把电枢磁势分解为直轴和交轴两个分量分析。同步发电机最常见的运行工况为0<β，电枢仅应磁场落后于转子磁场，即F_f超前F_a

 

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