退 出一、电枢反应
af
f
f
a
FFF
FI
FI
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,
第六章 同步电动机的稳态分析退 出励磁磁势和电枢磁势的区别基波波形大小 位置 转速励磁磁势正弦波恒定，由励磁电流决定由转子位置决定由原动机的转速决定电枢反应磁势正弦波恒定，由电枢电流决定由电流瞬时值决定由电流的 f
和 P决定退 出准备工作
三个角
四个轴
:.:)(;,:;,:
0
0
三者关系的时间相位角与是功角功率角与负载有关的时间相位角与是外功率因数角与电机参数及负载有关的时间相位角与是内功率因数角
UE
IU
IE
直轴（纵轴,d 轴）：主磁极轴线位置。
交轴（横轴,q 轴）：与直轴成 90
0
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退 出
内功率因数角 Ψ=00
BI
.
AI
.
CI
.
AE0
.
时轴
CE0
.
B0
.E
Ψ+90
0
Fδ
Fa
d轴
q轴 A轴
A X
Z B
CY
Ff
N S
交轴电枢反应退 出内功率因数角 Ψ=900
时轴
AE0
.
CE0
.
BE0
.
AI
.
CI
.
BI
.
ψ
d轴
q轴 A轴
A X
Z B
CY
Ff N S
直轴去磁电枢反应
Fa
退 出
内功率因数角 Ψ=-900
时轴
AE0
.
CE0
.
BE0
.
CI
.
BI
.
AI
,ψ
d轴
q轴 A轴
A X
Z B
CY
Ff N S
直轴助磁电枢反应
Fa
退 出
内功率因数角 00<Ψ<900
时轴
AE0
.
CE0
.
BE0
.
ψ AI.
CI
.
BI
.
d轴
q轴 A轴
A X
Z B
CY
Ff
N S
既有交轴又有直轴去磁电枢反应
Ψ +900 Fa
退 出
电枢磁势和电枢电流分量
c o sc o s
s i ns i n
IIFF
IIFF
IIIFFF
qaaq
daad
qdaqada
交轴分量直轴分量退 出退 出当忽略电机本身参数,ψ≈φ=00,有功电流产生电磁力,并形成电磁转矩 Tem
n1 Tem
aq II
退 出
ψ≈φ=900,无功电流产生电磁力,不形成电磁转矩
rd II
n1
n
Φad
If
A
Z B
X
C
Y
N
S
退 出
1、凸极发电机的电磁过程
fI fF
0
0
E
I qI
dI
adF
aqF
ad
aq
adE
aqE
E
E
arI
二、同步发电机方程式、向量图退 出
2、凸极发电机的电势方程式
addad xIjE
aqqaq xIjE
xIjE
qqdda xIjxIjIrUE
0
其中,
xxx
xxx
xxx
qd
aqq
add
并且有称为交轴同步电抗称为直轴同步电抗退 出
3、凸极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数 ra,
xd,xq 。
已知内功率因数角 ψ
按照电势方程式的关系作出相量图未知内功率因数角 ψ
1）利用方程式求出 ψ：
2）利用公式求出 ψ：
qaQ xIjIrUE
c os
s i n
a r c t a n
UIr
UIx
a
q
退 出
4、隐极发电机的电磁过程
fI fF
0
0
E
I aF aE
E
E
a
aRI
aa xIjE
xIjE
退 出
5、隐极发电机的电势方程式
ta xIjIrUE
0
其中
xxx
xxx
at
at
并且有称为同步电抗同步电抗的物理意义,表征地对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势
txIjUE
0
简化方程式退 出
6、隐极发电机的等效电路,
ra xt
0
E
I
U
只要去掉 ra 即可得到简化等效电路退 出
7、隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数 cosφ及参数
ra,xt
φ
U
I
arI
txIj
ψ
0
E
δ
当功率因数
cos φ滞后时的相量图退 出三、同步发电机的特性
1、空载特性,
)(0 001 fIfEUInn
2、短路特性,
)(01 fk IfIUnn
3、外特性,
)(c o s1 IfUCCInn f
4、调整特性,
)(c o s1 IfICCUnn f
退 出
1、并联运行的优点
1、提高供电的可靠性
2、提高供电的经济性
3、提高电能 的质量（主要是 U和 f）
无穷大电网,1） S→∞
2） ZS →0
3） US = C
4） fS= C
四、并联运行的优点退 出
2、并联运行的条件和方法
条件：
1.电压大小相位相同
2.频率相同
3.电压波形相同
4.相序相同
方法
1.准同期法
2.自同期法退 出条件不满足时对电机的影响电机和电网之间有环流，定子绕组端部受力变形。
产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡。
电机和电网之间有高次谐波环流，增加损耗，温度升高，效率降低。
电网和电机之间存在巨大的电位差而产生无法消除的环流，危害电机安全运行。
退 出输入功率 P1
机械损耗 pmec
附加损耗 pad
铁损 pFe
电磁功率 Pem
定子铜损
pcu1
输出功率 P2
emcuem
adFem e cem
PPPP
PPPPPPP
12
011 )(
五、有功功率退 出
1、有功功率功角特性定义,
并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率恒定、参数（ xd,xq,xt）为常数、空载电势 E0不变（即 If 不变）时，
Pem=f (δ)为有功功率功角特性 。
退 出凸极电机的有功功率功角特性,
2s i n11
2
s i nc o s
2
0
2?
dqd
em xx
Um
x
UE
mmUIPP
隐极电机的有功功率功角特性
s i nc os 0
t
em x
UEmmUIP
s i nc o s
*
*
0
*
***
t
em
x
UEIUP
退 出功率极限值 (隐极 )
t
em x
UEmP 0
m a x?
0
δ
900
Pem P
emmax
1800
发电机有功功率功角特性曲线
δ
Pem
18000 900
Pemmax
退 出两种电机功角特性的区别
0180)3
90)2
s i n)1:
0
m a x
0
em
emem
em
P
PP
P
隐极
0)4
0180)3
90)2
s i n)1:
0
m a x
0
附加不成正比与凸极
em
em
emem
em
P
P
PP
P
退 出功角 δ的双重物理意义
1、是电动势 和电压 间的时间相角差
2、是励磁磁势 和合成磁势间的空间相角差
0
E?U
fF?F
EEEUE a00
a00
FF f?
退 出
0
E
xIjxIjEE aa
U
I
F
fF
0
a
δ
δ
功角 δ 意义的图示 A：
退 出
N
S
Fδ
δN
S
Ff
T1
n
Tem
n1
功角 δ 意义的图示 B
功角 δ 是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角退 出判据,0?
d
dP em
隐极发电机的判据,比整步功率 (kW/rad)
0co s0
t
em
s y n x
UEm
d
dPP
静态稳定的概念,
指电网或原动机方面出现某些微小扰动时，同步发电机能在这种干扰消失后，
继续保持原来的平衡运行状态退 出过载能力隐极发电机的过载能力
N
em
P
P m a x
N
N
t
t
N
em
x
UE
m
x
UE
m
P
P
s i n
1
s i n
0
0
m a x
退 出六、无功功率定义：
并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（ xd,xq,xt）为常数、空载电势 E0不变（即 If 不变）时，
Q=f(δ) 为无功功率功角特性 。
退 出凸极发电机无功功率的功角特性
2s i n
11
2
11
2
c o s
s i n
22
0
dqdqd
xx
U
m
xx
U
m
x
UE
m
mUIQ
隐极发电机无功功率的功角特性
tt x
Um
x
UE
mmUIQ
2
0 c oss i n
退 出隐极发电机无功功率功角特性的几个特殊点
tx
UEU
mQ
)(
0 00
0ar cc o s
0
Q
E
U
tx
U
mQ
2
090
退 出励磁电流改变时的有功功率和无功功率功角特性
QPem
1P
1emP
1Q
a?
a
b
b?
2Q
b
2emP
增大励磁电流退 出
U
I
t x I j
0E
01E
1I
φ1
txjI
1
02E
2I
txjI
2
φ2
同步发电机不同运行方式时的相量图
03
E
3
I
txIj 3
φ3
退 出
V形曲线,并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流 I 和励磁电流 If 的关系曲线 I = f（ If）
0?emP
'emP
"emP
"'emP
磁励常正
I
fI
0
1c os
超前欠励滞后过励
'""'
ememem PPP
区域不稳定
090
退 出
V形曲线的几个特点
1,每条曲线的最低点,cosφ=1,连线向右倾斜
2,不稳定区域边缘,δ=900,连线向右倾斜
3,每条曲线上的电流变化量 ΔI 为无功分量
4,励磁电流增大时，电枢电流变化规律为先增大后减小
af
f
f
a
FFF
FI
FI
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,
第六章 同步电动机的稳态分析退 出励磁磁势和电枢磁势的区别基波波形大小 位置 转速励磁磁势正弦波恒定，由励磁电流决定由转子位置决定由原动机的转速决定电枢反应磁势正弦波恒定，由电枢电流决定由电流瞬时值决定由电流的 f
和 P决定退 出准备工作
三个角
四个轴
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三者关系的时间相位角与是功角功率角与负载有关的时间相位角与是外功率因数角与电机参数及负载有关的时间相位角与是内功率因数角
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直轴（纵轴,d 轴）：主磁极轴线位置。
交轴（横轴,q 轴）：与直轴成 90
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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退 出
内功率因数角 Ψ=00
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.
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.
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.
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.
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Fa
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q轴 A轴
A X
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交轴电枢反应退 出内功率因数角 Ψ=900
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.
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.
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.
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.
BI
.
ψ
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q轴 A轴
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直轴去磁电枢反应
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退 出
内功率因数角 Ψ=-900
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直轴助磁电枢反应
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既有交轴又有直轴去磁电枢反应
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退 出
电枢磁势和电枢电流分量
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交轴分量直轴分量退 出退 出当忽略电机本身参数,ψ≈φ=00,有功电流产生电磁力,并形成电磁转矩 Tem
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ψ≈φ=900,无功电流产生电磁力,不形成电磁转矩
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1、凸极发电机的电磁过程
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二、同步发电机方程式、向量图退 出
2、凸极发电机的电势方程式
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并且有称为交轴同步电抗称为直轴同步电抗退 出
3、凸极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数 ra,
xd,xq 。
已知内功率因数角 ψ
按照电势方程式的关系作出相量图未知内功率因数角 ψ
1）利用方程式求出 ψ：
2）利用公式求出 ψ：
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退 出
4、隐极发电机的电磁过程
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退 出
5、隐极发电机的电势方程式
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并且有称为同步电抗同步电抗的物理意义,表征地对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势
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0
简化方程式退 出
6、隐极发电机的等效电路,
ra xt
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只要去掉 ra 即可得到简化等效电路退 出
7、隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数 cosφ及参数
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当功率因数
cos φ滞后时的相量图退 出三、同步发电机的特性
1、空载特性,
)(0 001 fIfEUInn
2、短路特性,
)(01 fk IfIUnn
3、外特性,
)(c o s1 IfUCCInn f
4、调整特性,
)(c o s1 IfICCUnn f
退 出
1、并联运行的优点
1、提高供电的可靠性
2、提高供电的经济性
3、提高电能 的质量（主要是 U和 f）
无穷大电网,1） S→∞
2） ZS →0
3） US = C
4） fS= C
四、并联运行的优点退 出
2、并联运行的条件和方法
条件：
1.电压大小相位相同
2.频率相同
3.电压波形相同
4.相序相同
方法
1.准同期法
2.自同期法退 出条件不满足时对电机的影响电机和电网之间有环流，定子绕组端部受力变形。
产生拍振电流和电压，引起电机内功率振荡。
电机和电网之间有高次谐波环流，增加损耗，温度升高，效率降低。
电网和电机之间存在巨大的电位差而产生无法消除的环流，危害电机安全运行。
退 出输入功率 P1
机械损耗 pmec
附加损耗 pad
铁损 pFe
电磁功率 Pem
定子铜损
pcu1
输出功率 P2
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12
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五、有功功率退 出
1、有功功率功角特性定义,
并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率恒定、参数（ xd,xq,xt）为常数、空载电势 E0不变（即 If 不变）时，
Pem=f (δ)为有功功率功角特性 。
退 出凸极电机的有功功率功角特性,
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隐极电机的有功功率功角特性
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退 出功率极限值 (隐极 )
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发电机有功功率功角特性曲线
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退 出两种电机功角特性的区别
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s i n)1:
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附加不成正比与凸极
em
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P
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退 出功角 δ的双重物理意义
1、是电动势 和电压 间的时间相角差
2、是励磁磁势 和合成磁势间的空间相角差
0
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功角 δ 意义的图示 A：
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功角 δ 意义的图示 B
功角 δ 是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角退 出判据,0?
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隐极发电机的判据,比整步功率 (kW/rad)
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静态稳定的概念,
指电网或原动机方面出现某些微小扰动时，同步发电机能在这种干扰消失后，
继续保持原来的平衡运行状态退 出过载能力隐极发电机的过载能力
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退 出六、无功功率定义：
并联于无穷大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参数（ xd,xq,xt）为常数、空载电势 E0不变（即 If 不变）时，
Q=f(δ) 为无功功率功角特性 。
退 出凸极发电机无功功率的功角特性
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11
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隐极发电机无功功率的功角特性
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退 出隐极发电机无功功率功角特性的几个特殊点
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退 出励磁电流改变时的有功功率和无功功率功角特性
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增大励磁电流退 出
U
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2
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同步发电机不同运行方式时的相量图
03
E
3
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φ3
退 出
V形曲线,并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变时，表示电枢电流 I 和励磁电流 If 的关系曲线 I = f（ If）
0?emP
'emP
"emP
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磁励常正
I
fI
0
1c os
超前欠励滞后过励
'""'
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区域不稳定
090
退 出
V形曲线的几个特点
1,每条曲线的最低点,cosφ=1,连线向右倾斜
2,不稳定区域边缘,δ=900,连线向右倾斜
3,每条曲线上的电流变化量 ΔI 为无功分量
4,励磁电流增大时，电枢电流变化规律为先增大后减小
