同步发电机电枢反应资料
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13-2 同步电机的电枢反应
Iq
I
Id
I d I sin
I q I cos
I Id Iq
二、凸极发电机的电动势相量图
Ead jI d X ad Eaq jI q X aq
I Id Iq
r E E0 Ead Eaq U I (R jX S ) E0 jI d X ad jI q X aq
I d X q I q X q IX q
U IR j ( I d I q ) X q U IR jIX q
Eq
jI d X q
jIq xq
IXq
而：
E0 U IR jI d X d jI q X q
E0 Eq jI d ( X d X q )
假设 Eq E0 ，用 Eq 代替 E0 ，得到其等效电 路。
Eq 和 E0 同相位，但 Eq＜ E0 ，
R
I
U
jX q
Eq
E0 Eq U IR jIX q
等效电路
本章作业
S13-3 X13-14 X13-15
X13-16
思考：同步电抗
IR
x c的物理意义是什么？
U
同步电抗XC代表由电枢电流引起的总电抗， 包括电枢漏电抗XS和电枢反应电抗Xa
I
隐极式发电机的相量图（分析外特性用）
E0 U IR jIX C U IZ C
E0
jI X C jI X C
90
纯电阻负载
同步发电机电枢反应
8
当ψ角为不同值的电枢反应
位置 Ψ=00 Ψ=900 Ψ=Ψ=-900
00<Ψ<900 -900<Ψ<00
Fa
F f Fa
夹角
Fa 记作
电枢反 应性质 交轴
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对电机的影响
波形 畸变 削弱 增强
Ψ=
q轴 d轴 d轴 d 、q 轴 d 、q 轴
Ψ+900
Fδ
n(f) 下降
不变 不变 下降 下降
U 不变 下降 上升 下降 上升
.
q轴 A轴 轴 轴
E0 A
.
Fa Fδ
Y C
I
.
A
Ψ+90 Ψ+90
0
d轴 轴
Ff
.
A
N
E 0C
. I
C
. I
S
X
B
E0B
Z B
交轴电枢反应
5
内功率因数角Ψ=900 内功率因数角
时轴
.
q轴 A轴
E0A
.
Y
C
IC
ψ
. .
d轴
Ff
IA
.
A
N
Z B
S
Fa
X
E 0C
.
IB
E 0B
直轴去磁电枢反应
6
内功率因数角 内功率因数角Ψ=-900
大小
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定 电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
3
三个角
准备工作
当ψ角为不同值的电枢反应
位置 Ψ=00 Ψ=900 Ψ=Ψ=-900
00<Ψ<900 -900<Ψ<00
Fa
F f Fa
夹角
Fa 记作
电枢反 应性质 交轴
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对电机的影响
波形 畸变 削弱 增强
Ψ=
q轴 d轴 d轴 d 、q 轴 d 、q 轴
Ψ+900
Fδ
n(f) 下降
不变 不变 下降 下降
U 不变 下降 上升 下降 上升
.
q轴 A轴 轴 轴
E0 A
.
Fa Fδ
Y C
I
.
A
Ψ+90 Ψ+90
0
d轴 轴
Ff
.
A
N
E 0C
. I
C
. I
S
X
B
E0B
Z B
交轴电枢反应
5
内功率因数角Ψ=900 内功率因数角
时轴
.
q轴 A轴
E0A
.
Y
C
IC
ψ
. .
d轴
Ff
IA
.
A
N
Z B
S
Fa
X
E 0C
.
IB
E 0B
直轴去磁电枢反应
6
内功率因数角 内功率因数角Ψ=-900
大小
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定 电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
3
三个角
准备工作
电枢反应
S
B C
X
=0°，定子电流产生的电枢磁场对转子载流导体产生 的电磁力对发电机转子起制动作用，使发电机转速下降。
A
2.电感性负载
E 0
M
Z n
N
Y
-
2
0
N A相
2
t
B
S
C
X
I
B相 b
C相
E 0A
-
2
0
a c
2
t
E 0C
E 0B
Hale Waihona Puke AF1Z 结论： n
Fa
N
Y
S
B C
X 电感性负载时，三相绕组合成基波磁动势相量 位于转子的直轴，因此称为直轴去磁电枢反应。 电枢磁场对转子载流导体产生的电磁力不形成 电磁转矩，但会使气隙磁场减弱，导致发电机 端电压降低。
在转子上装有由直流励磁的磁极，用原动机把 转子带到同步转速 → 转子绕组加励磁电流 (直流) → 产生旋转磁场 → 定子绕组切割磁 力线产生三相对称感应电势 → 发电机出线端 三相对称电压。
3、电枢反应
当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流 会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。
二、不同性质负载情况下的电枢反应性质
C
4.阻感性负载
E 0A E 0A E 0A
=
E 0C
E 0B
阻感性负载
+
E 0C
电感性负载
E 0B
E 0C
电阻性负载
E 0B
结论： 阻感性负载时， 0°< <90° ，电枢磁场对 转子载流导体产生的电磁力既对发电机转子起 制动作用，使发电机转速下降，又使气隙磁场 减弱，导致发电机端电压降低。
同步电机电枢反应
电枢绕组每相都用一种等效整距集中
绕组来表达，磁极画成凸极式(更形象
A
直观，一样合用于隐极式)。励磁磁势
和电枢磁势只考虑基波，并选用A相
电势达最大值时刻绘制相量图。
_
fm A 0
Z n1 N
Y
B
S
d轴 直轴 纵轴 磁极旋转磁势方向
C
X
•
E0
q轴 A轴
q轴 交轴 横轴 两极之间旳中线
第一节 对称负载时旳电枢反应
A Z
n1 N
BTem
S
• •_
Y
E0, I, F a
Fa q轴 A轴
•
•
E 0 和 I 同相位， 发电机输出纯有功功率
C
X
第一节 对称负载时旳电枢反应
二,
•
I
滞后于
•
E0
90o
( ) 时旳电枢反应
2
(感性负载)
_ __
同步电机将向电网输送感性无功功率，
Ff , B f , fm
2
d轴
电枢旋转磁势Fa 旳轴线作用在d轴上,方向与 Ff
第四篇 同步电机
同步电机旳特点是转子转速与定子产生旋转磁场旳转速相等
n n1
同步电机旳一种主要用途是作发电机，另外，也作电 动机或调相机运营。
一般,同步电机旳转子磁场 是一种恒定磁场, 定子磁场是一种旋转磁场
第十四章 同步电机旳基本构造和工作原理基本构造型式
一、磁极旋转式
（1） 隐极式 这种型式构造牢固，用于少极高速旳同步电机中，
发电机：输出旳是电功率
PN 3U N IN cosN
电动机：输出旳是机械功率
PN 3U N INN cosN
12第12章-同步发电机的基本理论资料
一、空载特性
定义： n n1
Ia 0
U0 E0 f (I f ) 即定子空载电压与励磁电流之间的关系。
实验测取方法：
调节 I f U 0 ~ 1.25UN 得到磁滞回线 调节 I f U 1.25UN ~ 0
取磁滞回线的平均值作为空载特性曲线。
用途： 表征磁路饱和情况，磁路设计的合理性； 与短路特性配合可以确定同步电抗参数。
E0 U cos Ia X s sin
(U cos )2 (U sin Ia X s )2
（不计 Ra ，感性负载） 讲解 [例 12.3.1]
第12章 同步发电机的基本理论
12.4 凸极同步发电机的电动势方程式和相量图
一、双反应理论
直轴气隙小，磁阻小； 凸极电机气隙不均匀：
交轴气隙大，磁阻大。
是恒定磁场，随转子一起旋转，称为机械旋转磁场。
穿过气隙交链定子绕组(切割定子绕组)在定子绕组中感应电动势，起能量转换作用。
f 空载漏磁场： 是恒定磁场，只交链励磁绕组，不会在定子绕组中感应电动势，不参与能量转换。 它也不会在励磁绕组中感应电动势。
第12章 同步发电机的基本理论
二、空载特性
If
Ff N f I f
Fa Ia 重合，由 角决定位置。
用时-空相量图分析电枢反应 的性质十分直观简便。
第12章 同步发电机的基本理论
交磁
直轴去磁
直轴增磁
交磁 直轴去磁
交磁 直轴增磁
第12章 同步发电机的基本理论
12.3 隐极同步发电机的电动势方程式和相量图
一、电动势方程式
不考虑磁饱和 应用叠加原理 1. 电磁关系
电枢反应性质（交磁、去磁、增磁）:
取决于 Ia 与 E 0 相角差 （内功率因数角 ）
6.3 同步电机的电枢反应与机电能量转换
900
Fa
N
S
电枢反应性质：
Ff
U1
既有交轴,还有直轴去
磁电枢反应
V轴
U2
W2 V1
W轴
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
一般情况下的电枢反应
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
此种情况下
I& I&d I&q
Id I sin Iq I cos
---直轴分量 ---交轴分量
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
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：
1）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 应减少励磁电流，此时电机为欠励磁运行状态。
2）电枢反应结果，不会使气隙磁场畸变。
一般情况下的电枢反应（总结）
00 900 900
Fa F f Fa
位置 夹角
q轴
Fa
记作
F aq
d轴
F ad
d轴 900 F ad
00 900 d、q
轴
900 00 d、q
轴
F ad F aq F ad F aq
时的00电枢反应
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
此时电枢反应性质： 电枢磁动势位于交轴，故称交轴电枢反应。
特点：
1）交磁作用，使磁场轴线改变位置；
2）电磁转矩为制动转矩；
•
•
3）相量 I与E同0相，表明发电机向电网输送有功，同步
发电机处于发电运行状态。
第6章 同步电机及同步电动机的电力拖动
永磁同步电动机的电枢磁场和电枢反应磁场
永磁同步电动机的电枢磁场和电枢反应磁场引言部分的内容：1. 引言1.1 永磁同步电动机概述永磁同步电动机是一种采用永磁体作为励磁源的电动机，其具有高效率、高功率密度和良好的调速性能等优点，在工业领域中得到广泛的应用。
相比传统的交流感应电动机，永磁同步电动机在稳态和动态响应特性上更加优越，被视为未来发展趋势的一种关键技术。
1.2 电枢磁场和电枢反应磁场简介永磁同步电动机由定子和转子构成，其中定子产生了正弦形式的旋转磁场，而转子则受到这个旋转磁场的影响而相对运动。
在永磁同步电动机中，存在着两个重要的磁场：一是由定子绕组通过通入三相交流电产生的电枢磁场；二是由于转子导体中电流变化所引起的电枢反应磁场。
这两个磁场对于永磁同步电动机的性能具有重要影响。
1.3 研究目的和意义本文旨在详细研究永磁同步电动机的电枢磁场特性和电枢反应磁场以及它们对电动机性能的影响。
首先，我们将介绍电枢磁场形成原理，并分析其对电动机性能参数的影响。
然后，我们将重点讨论电枢反应磁场的产生机理，并探讨其对系统稳定性的影响。
最后，通过实验验证和案例分析，在理论与实际数据上进行对比分析，并总结出针对优化电枢磁场和控制电枢反应磁场的技术方案和改进建议。
本文的研究目的在于加深对永磁同步电动机工作原理和关键技术的理解，提高永磁同步电动机设计、控制和应用水平。
通过深入分析和系统实验验证，可以为永磁同步电动机行业提供有益参考，促进该领域发展并为未来相关技术的创新奠定基础。
2. 永磁同步电动机的电枢磁场特性：2.1 电枢磁场形成原理：永磁同步电动机是一种以永磁体作为励磁源的电动机。
在永磁同步电动机中，电器部分通过直流激励产生一个稳定的永久磁场，在运行过程中与旋转的主磁场进行交互作用，从而产生转子上的感应电动势。
当三相绕组通过交流电源供电时，会在定子上形成一个旋转的主磁场。
这个主磁场由三相绕组中的三个正弦形式的感应电动势相位差120度来驱动。
同时，由于定子和转子之间存在空气隙，当定子上产生主磁场时，也会激发出额外的感应电流和反应力。
14同步发电机课件之同步电机的正常运行
势，所以开路特性曲线与电机的磁化曲线在形 状上完全相同。开路特性主要有两个用处：
❖ （1）开路特性可以反映出电机设计是否合理。 如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于 开路特性开始弯曲的部分，例如图中的A点， 这样才比较经济合理。
❖ （2）同步电抗是同步电机中一个极为重要的 参数，同步电机的许多性能由它所决定。开路 特性配合短路特性可以求出同步电抗。
电枢磁通很强。因此X a 的大小可以说 明电枢反应的强弱。
当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要
产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会. 交
链电枢绕组，所以对应产生电动势 E
.
.
E j I a X
❖ 所以在三相对称电流通过电枢绕组后， 所产生的匝链定子绕组的磁通为（ a
），两者在电枢绕组中所产生的全部电势 为
❖ 可以把漏抗压降分解成两个分量，即：
.
.
.
.
E j I a X j(I d I q )X
.
jId X j I q X
.
.
.
.
E 0 U j I d ( X ad X ) j I q ( X aq X )
.
.
.
U j I d X d j I q X q
❖ 这就是凸极发电机的电动势平衡方程式，
a的
夹角 .
用ψ.
表示；E
0与
的U 夹角用δ表示；U 与 I a 的夹角用
表示。在以上三个角度间存在有下列关
系：
❖ 根据图的相量关系，将电压按 角分解
成 U cos及 U sin 后，可以得到的计
算公式：
tg 1 I a X s U sin U cos
E0 (U cos)2 (U sin I aX s )2
❖ （1）开路特性可以反映出电机设计是否合理。 如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于 开路特性开始弯曲的部分，例如图中的A点， 这样才比较经济合理。
❖ （2）同步电抗是同步电机中一个极为重要的 参数，同步电机的许多性能由它所决定。开路 特性配合短路特性可以求出同步电抗。
电枢磁通很强。因此X a 的大小可以说 明电枢反应的强弱。
当然，电枢电流除了产生主磁通外，还要
产生一定的漏磁通，由于漏磁通也会. 交
链电枢绕组，所以对应产生电动势 E
.
.
E j I a X
❖ 所以在三相对称电流通过电枢绕组后， 所产生的匝链定子绕组的磁通为（ a
），两者在电枢绕组中所产生的全部电势 为
❖ 可以把漏抗压降分解成两个分量，即：
.
.
.
.
E j I a X j(I d I q )X
.
jId X j I q X
.
.
.
.
E 0 U j I d ( X ad X ) j I q ( X aq X )
.
.
.
U j I d X d j I q X q
❖ 这就是凸极发电机的电动势平衡方程式，
a的
夹角 .
用ψ.
表示；E
0与
的U 夹角用δ表示；U 与 I a 的夹角用
表示。在以上三个角度间存在有下列关
系：
❖ 根据图的相量关系，将电压按 角分解
成 U cos及 U sin 后，可以得到的计
算公式：
tg 1 I a X s U sin U cos
E0 (U cos)2 (U sin I aX s )2
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d、q 轴
d、q 轴
Ψ+900
交、直去 削弱
F aq F ad
Ψ+900
交、直助 增强
F aq F ad
下降 下降
下降 上升
R、L R、C
9
• 电枢磁势和电枢电流分量
Fa F ad F aq 直轴分量
I IdIq
Fad Fa sin 交轴分量
Faq Fa cos
基波 大小
波形
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定
电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
3
准备工作
• 三个角
内功率因数角 : 是 E0 与I 的时间相位角, 与电机参数及负载有关;
13
同步发电机电枢反应
Armature reaction of synchronous generator
1
电枢反应的概念
I Fa
I f
Ff
F F f Fa
• 电枢反应: 电枢磁通势的基波
在气隙中使气隙磁通的大小及位
置均发生变化, 这种影响称为电
枢反应.
2
励磁磁势和电枢磁势的区别
外功率因数角 : 是U 与I 的时间相位角,与负载有关;
功率角(功角) : 是 E0 与U 的时间相位角.三者关系:
• 四个轴
直轴（纵轴、d 轴）：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴）：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。
时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值
I d I sin I q I cos
10
11
当忽略电机本身参数, ψ≈φ=00,
Iq Ia
,
有功电流产生电磁力, 并形成电磁转矩Tem
n1
Tem
12
当忽略电机本身参数, ψ≈φ=900,
Id
Ir
,
无功电流产生电磁力, 不形成电磁转矩
Y
n1
C N
n
If
A
X
S
Z
B Φad
4
• 内功率因数角Ψ=00
时轴
.
E0A
Fδ
.
IA
.
E 0C
. IC
d轴 Ff
A
.
.
I B E0B
交轴电枢反应
q轴 A轴
Fa
Y
C
Ψ +90
5
内功率因数角Ψ=900
时轴
.
E0A
.
IC
ψ
.
E0C . IB
d轴 Ff
.
IA
.
E0B
q轴 A轴
YC
AN
Fa SX
ZB
直轴去磁电枢反应
6
• 内功率因数角Ψ=-900
时轴
.
E0A
q轴 A轴
Y
C
.
IA ψ
.
I B d轴 Ff
Fa
A
N
.
.
.
E0B
E 0C
IC
Z
直轴助磁电枢反应
SX
B
7
• 内功率因数角00<Ψ<900 q轴 A轴
时轴
.
E0A
Y
C
.
IC
.
ψ IA
d轴 Ff
Ψ +900
Fa
AN
SX
.
.
.
E0B
E0C I B
Z
B
既有交轴又有直轴去磁电枢反应 8
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900
位F置a F夹f 角F a 记F作a
q轴 Ψ+900
F aq
d轴 Ψ+900
F ad
d轴
Ψ+900
F ad
电枢反 应性质
交轴
对电机的影响
F n(f) U
波形 下降 不变
畸变
Ψ=
负载性质
R
直、去 削弱 不变 下降
L
直、助 增强 不变 上升
C
00<Ψ<900 -900<Ψ<00