1、第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.3 同步电机的电枢反应引言：引言：1.1.问题的提出问题的提出 RLCRLC负载实验，看发电机电压变化。负载实验，看发电机电压变化。 2.2.负载时电机内的电磁物理情况负载时电机内的电磁物理情况 负载负载Ff1励磁绕组通直流电流产生，转速为励磁绕组通直流电流产生，转速为n1，由原，由原动机带动，位置取决于转子的位置，磁场的大小动机带动，位置取决于转子的位置，磁场的大小恒定不变。恒定不变。Fa 由定子三相电流产生，基波电枢磁动势转速由定子三相电流产生，基波电枢磁动势转速为为n1，转向与转子转向一致，极数与转子极数相，转向与转子转向一致，极数与转子极数相同，幅
2、值大小不变，位置：哪相电流达最大值，同，幅值大小不变，位置：哪相电流达最大值，电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。F Fa a与与F Ff1f1两磁动势在空间均以两磁动势在空间均以n n1 1速度同向旋转，故相对静止。速度同向旋转，故相对静止。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 3.3.什么叫电枢反应什么叫电枢反应 电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化磁通的大小及位置均发生变化, , 这种影响称为电枢反应这种影响称为电枢反应. .电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波电枢反应的
3、性质，取决于电枢磁动势基波 和励磁磁动势基波和励磁磁动势基波 之间的相对位置，即与空载电动势之间的相对位置，即与空载电动势 和电枢电流和电枢电流 之间的夹角之间的夹角 有关有关. .0E I fFaFafFIUEBFF)()(I1f第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 4.4.几个基本名词概念几个基本名词概念 （1 1） 内功率因数角；内功率因数角； （外）功率因数角；（外）功率因数角；IUIE0 （2 2）d d轴（纵轴、直轴）轴（纵轴、直轴）转子磁极中心线；转子磁极中心线； q q轴（横轴、交轴）轴（横轴、交轴）转子磁极极间中心线。转子磁极极间中心线。励磁磁动势和电枢磁动势的区别励磁磁动势
4、和电枢磁动势的区别基波基波波形波形大小大小位置位置转速转速转向转向励磁磁动励磁磁动势势正弦正弦波波恒定，由励恒定，由励磁电流决定磁电流决定由转子位置由转子位置决定决定由原动机的转速由原动机的转速决定决定由原动机由原动机决定决定电枢反应电枢反应磁动势磁动势正弦正弦波波恒定，由电恒定，由电枢电流决定枢电流决定由电流瞬时由电流瞬时值决定值决定由磁极对数和电由磁极对数和电流频率决定流频率决定由电流相由电流相序决定序决定第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.3.1 时的电枢反应00 正方向规定（发电机惯例）正方向规定（发电机惯例） （1）电动势、电流，末进首出；）电动势、电流，末进首出； （2）磁动势：
5、正向电流建立正向磁动势。）磁动势：正向电流建立正向磁动势。空载电动势空载电动势 和电枢电流和电枢电流 同相位同相位. .0EI选取U相电动势达最大值瞬时分析：第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fFaFF090电枢反应性质：电枢反应性质：电枢磁动势位于交轴，故称交轴电枢反应。0190角为之间夹与afFFaqaFF 为为记记特点：特点：1 1）交磁作用，）交磁作用，使磁场轴线改变使磁场轴线改变位置；位置；2 2）电磁转矩为）电磁转矩为制动转矩；制动转矩；3 3）相量）相量 同相，表明发
6、电同相，表明发电机向电网输送红机向电网输送红有功，同步发电有功，同步发电机处于发电运行机处于发电运行状态。状态。0EI与第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fF.3.2 时的电枢反应090 空载电动势空载电动势 超超前电枢电流前电枢电流 0EI090aF0190角为之间夹与afFFadaFF 为为记记第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电枢反应性质：电枢反应性质： 电枢磁动势位于直轴上，且与Ff1反向，故称直轴去磁电枢反应。特点：特点： 1 1）对转子磁场起去磁作用，使发电机端电压降
7、低。若保）对转子磁场起去磁作用，使发电机端电压降低。若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应增大励磁电流，此时电机为过励磁运行状态。磁电流，此时电机为过励磁运行状态。 2 2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。 3 3）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。）发电机发出有功功率为零，仅发出感性无功功率。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fF6.3.36.3.3 时的电枢反应时的电枢反应090 空载电动势空载电动势
8、滞后滞后电枢电流电枢电流 0EI090aF0190角为之间夹与afFFadaFF 为记第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电枢反应性质：电枢反应性质： 电枢磁动势位于直轴上，且与Ff1同向，故称直轴助磁（增磁）电枢反应。特点：特点： 1 1）对转子磁场起增磁作用，使发电机端电压上升。若保持）对转子磁场起增磁作用，使发电机端电压上升。若保持端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应减少励磁电端电压不变，气隙合成磁场近似保持不变，应相应减少励磁电流，此时电机为欠励磁运行状态。流，此时电机为欠励磁运行状态。 2 2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。）电枢反应结
9、果，不会使气隙磁场畸变。 3 3） 发电机发出有功功率为零，发电机发出有功功率为零，向电网输出容性无功功率。向电网输出容性无功功率。，超超前前1sin0cos9000EI第章 同步电机及同步电动机的电力拖动d轴轴q轴轴 U轴轴U1U1U2U2 W2W2V1V1W1V2NSW轴轴V轴fF6.3.4 一般情况下的电枢反应一、一、空载电动势空载电动势 超前超前电枢电流电枢电流 角角, , I009000EaF090 电枢反应性质：电枢反应性质：既有交轴,还有直轴去磁电枢反应0190角为之间夹与afFF第章 同步电机及同步电动机的电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动此种情况下此种情况下dqdq
10、IIIII sinII cos -直轴分量直轴分量-交轴分量交轴分量0090成与EId同相位与0EIqaadaqadaaqaFFFFF sinFF cos -直轴分量直轴分量电流产生的合成磁动势电流产生的合成磁动势-交轴分量交轴分量电流产生的合成磁动势电流产生的合成磁动势第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电枢反应性质：电枢反应性质： Fad作用于交轴，称为交轴电枢反应，起交磁作用； Faq作用于直轴，称为直轴电枢反应，起去磁作用。特点：特点：既交磁，又去磁。既交磁，又去磁。 1 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；）使气隙磁场轴线位置发生改变；2 2）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电压
11、降）使气隙磁场受到削弱，直轴去磁作用，导致端电压降低。低。二、二、空载电动势空载电动势 超前电枢电流超前电枢电流 角角, , 0EI00090特点：特点：既交磁又增磁，既交磁又增磁， 1 1）使气隙磁场轴线位置发生改变；）使气隙磁场轴线位置发生改变；2 2）导致端电压上升。）导致端电压上升。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）上升上升下降下降 上升上升下降下降下降下降下降下降不变不变不变不变下降下降R、C增强增强交轴直交轴直轴助磁轴助磁d、q轴R、L削弱削弱交轴直交轴直轴去磁轴去磁d、q轴C增强增强直轴直轴助磁助磁d轴L削弱削弱直轴直轴去磁去磁d轴R波形
12、波形畸变畸变交轴交轴q轴 负载负载性质性质对电机的影响电枢反应性质记作记作夹角夹角 位置位置aFafFFaFaqFadFaqadFF adFaqadFF F000900900090000090090)f(nU第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.3.5 电枢反应与机-电能量转换 电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机-电能电能量转换的枢纽。量转换的枢纽。.T，em电电磁磁转转矩矩转转轴轴上上产产生生制制动动性性质质的的在在励励磁磁电电流
13、流共共同同作作用用交交轴轴的的电电枢枢反反应应磁磁场场与与.II ,IE,qq的的有有功功分分量量可可以以认认为为是是产产生生的的同同相相的的势势与与空空载载电电动动交交轴轴电电枢枢反反应应磁磁动动势势是是时时当当000 输出的有功功率越大，有功分量电流就越输出的有功功率越大，有功分量电流就越大，交轴电枢反应越强，大，交轴电枢反应越强， 越大，这就越大，这就要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电机的转速不变。机的转速不变。emT第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.II,IE,）(dd的的无无功功分分量量是是可可以以认认为为的的产产生生的的成成与与直直轴轴电电
14、枢枢反反应应磁磁动动势势是是时时或或当当0000909090 说明发电机带感性说明发电机带感性( (或容性或容性) )无无功负载时功负载时, ,不需要原动机增加能量不需要原动机增加能量. . 但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降（或上升）。为维持电压恒定所需的励磁电流（或上升）。为维持电压恒定所需的励磁电流也需要相应增加（或减小）。也需要相应增加（或减小）。 直轴电枢反应磁场与励磁直轴电枢反应磁场与励磁电流共同作用电流共同作用, ,在励磁绕组上产在励磁绕组上产生电磁力生电磁力, ,但不能形成电磁转矩但不能形成电磁转矩. .第章 同步电机及同步电动机的电力拖动 一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流的变化影响发电机的电压。的变化影响发电机的电压。 综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机电能量转电能量转换的关键。换的关键。为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
