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同步发电机对称负载时的电枢反应

发布者:发电机组信息部     TAG标签: 潍坊柴油机 潍坊发电机 潍柴配件  发布时间:2012-02-20 16:36   阅读:次

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同步发电机对称负载时的电枢反应

二、同步发电机对称负载时的电枢反应
空载时,同步发电机只有一个同步旋转的转子磁场,即励磁磁场,它在电枢绕组中感应
出三相对称电势,称励磁电势Eo,由于空载,所以定子每相电端压U=Eo。但当定子接上
对称的三相负载后,情况就不同了。这时负载电流产生了第二个磁势一一电枢磁势,^枢磁
势与励磁磁势相互作用形成负载时气隙中的合成磁势并建立负载时的气隙磁场。这时尽管励
磁电流未变,但气隙磁场巳不同于原来的励磁磁场,所以气隙中感应电势已不再是Eo,并
且由以后分析可知,此时的端电压U也明显地不同于Eo,在U不同于Eo的诸因素屮,起
决定性作用的是电枢磁势的影响,简称对称负载时的电枢反应。

无论是转子磁场或者是电枢磁场两者都不是静止的。电枢磁场的转速n1是由定子绕组
中流过频率为/的电流而产生,在定子绕组中形成》对极的旋转磁场,它们之间的关系为:

 

 

外,由于电枢磁势基波的转向决定于电枢三相电流的相序,而后者又决定于转子磁势的旋转
方向,不难看出,电枢磁势基波的转向必定和转子转向一致。由此可见,电枢磁势的基波与
转子磁势基波同方向、同速率,两者在空间位置上处于相对静止状态,也就是说,这两个磁
场的合成结果,不随时间而变化,在任何瞬间都是相同的。正是由于这种相对静止,使电机
能产生稳定的气隙磁场和平均电磁力矩,实现机电能量转换。实际上这也是所有电磁感应型
旋转电机能够正常运行的基本条件。电枢反应的性质〈助磁、去磁或交磁)取决于电枢磁势
基波与励磁磁势基波的空间相对位置。而分析表明,这一相对位置与励磁电势左0和电枢电
流》之间的相位差,即角度^有关称内功率因数角),下面就0角的几种情况,分别讨
论电枢反应的性质。在分析中假设气隙是均匀的,并且空间矢量和时间相量均是基波正
弦量。
(一)IEo0同相〈∝=0°〉时的电枢反应
3-19 (a)所示是一台两极同步发电机的工作原理示意图。为简单起见,图中电枢绕
组每一相都用一个集中线圈来表示,主磁极画成凸极式。电枢绕组中电势和电流的正方向规
定为从首端流出,用⊙表示,尾端流人,用⑧表示。
在图3-19 (a)所示的瞬间,主极轴线与八相绕组轴线正交,定子八相交链的主磁通 为 零;因为主磁通随转子旋转,故定子绕组所交链的主磁通 随转子位置变化而发
生变化,所以从定子方面看又是一个时间相量,当 为零时,由于电势滞后于产生它
的磁通90°,故此时八相励磁电势 的瞬时值达到正最大值,其方向如图3-19 (b)所示
(X端入,从A端出);B.C两相的励磁电势 、 分别滞后于八相励磁电势
1206
240。电气角度,如图3-19 (幻中的相量图所示。
内功率因数角∝=0°,即电枢电流》与励磁电势 同相位,在如图3-19 (b)所示的瞬
间,八相电流将达到正的最大值,B相和C相电流分别滞后于八相电流120。和240。电气角
度。由三相合成旋转磁势原理可知:对称三相绕组中通以对称三相电流,若某相电流达到最
大,则在同一瞬间三相基波合成磁势的幅值〈轴线)就与该相绕组的轴线重合。因此在图
3-19 (
a)所示瞬间,由电流  所产生的三相基波合成磁势(电枢磁势)的轴线
应与八相绕组轴线重合。相对于主极而言,此时电枢磁动势夂的轴线是处在转子交轴的
由于^枢磁势和主磁极均以同步速^旋转,它们始终是相对静止的,因此它们之间的
相对位置始终保持不变。由此可见,当0=0。时,电枢磁势是一个交轴磁势 ,此时的电枢
反应称为交轴电枢反应,电枢反应的性质为交磁。
从图3-19 (a)和(b)可见,当空间相对角和时间相对角都用电气角度表示时,主磁

 


势 与电枢磁势I之间的空间相位关系,恰好同交链八相的主磁通 与A相电流"之间
的时间相位关系一致,并且图3-19 (a)的空间矢量与图3-19 (b)的时间相量均为同步旋
转。于是,若把图3-19 (b)中的时间参考轴与图3-19 (a)中的八相绕组轴线取为重合
(
例如均取在直轴上〉,就可以把图3-19 (a)和(b)合并,得到一个时-空统一的相量和矢
量图,通常简称为时-空相矢图,如图3-19 (c)所示。由于三相电动势和电流均为对称,所
以在时-空相矢图中,仅画出八相一相的励磁电势、电流和与之交链的主磁通,并把下标八
省略,写成 和。在时-空相矢图中,就相位关系而言,既代表空间矢量 的空间
相位,亦表示时间相量"的时间相位;》既代表八相电流相量,又表示 电枢磁势的空间
相位。但是值得注意的是,在时-空相矢量图中,空间矢量是指整个电枢〈三相)或主极的
作用,而时间相量仅指一相(如A相、B相或C相)而言。
应用时-空相矢图来分析电枢早应是比较方便的。首先根据负载的性质定出再画出
0相对应的时间相量 和超前 相位90°,根据时轴和相轴重合时的规律,
应和 重合,和 重合,就可以定出 和 在空间的位置。这样就可以求出电枢反应的
结果。时-空相矢图还可以用,分析同步电机负载时深入一步的电磁现象。如上所述,同步
电机加载后,由于电枢磁势I的作用,使空气隙中的磁势由原来的 变为 ,而
5在气隙中产生气隙磁通"使定子绕组中的电势由变 为 ,从而使端电压发生变化。
^在气隙中产生气隙磁通&使定子绕组中的电势由舡变为从而使端电压发生变化。
这一系列的现象如用时-空相矢图来说明是十分方便的。
由图3-19可见交轴电枢反应不仅使气隙合成磁势有所增加,而且使合成磁势&轴线
位置从空载时的直轴处逆转向后移了一个锐角,使主磁势超前于气隙合成磁势,于是主
极上将受到一个制动性质的转矩,所以交轴电枢磁势将会影响电磁转矩的产生及能量的
转换。
(二) 滞后 相位90°时的电枢反应
在图3-20中画出了 滞后 相位90°时的情况。这时定子三相的励磁电势和电枢电流
的相量图如图3-20 (^)所示,三相电流的瞬时值及方向示于图3-20 (a)中。由图可见,
电枢磁势的轴线滞后于励磁磁势的轴线180。电气角度,因此 与 ,〖两个空间矢量始终保持相位相反、同步旋转的关系。相应的时-空相矢图绘于图3-20 (c)中,从图中可清楚看出:
与》同相, 滞后 相位90°, 滞后 相位90°,內此 滞后 相位180°。
由图3-20 (a)和(c)可见, 滞后 相位90°时电枢磁势: 的方向总是和励磁磁势
, 的方向相反,两者相减而得气隙中的合成磁势 ,因此气隙磁场被削弱了,此时电枢反
应的性质是纯粹去磁的。由于这时的电枢磁势^位于直轴V轴)上,因此把它称为直轴电
枢磁势
 

(三〉 超前 相位( 〉时的电枢反应
在图3-21中画出了 超前 相位90°时的情况。这时 和 两个空间矢量始终保持相
位相同、同步旋转的关系。由图3-21 (a)和(c)可见, 超前 相位90°时,电枢磁势
的方向总是和励磁磁势 的方向相同,它们直接相加而得气隙中的合成磁势 ,因此气
隙磁场加强了。所以这时电枢反应的性质纯粹是助磁〈增磁)的,因为 也位于直轴上,
故同样也称为直轴电枢磁势 。

 

 


在图3-22 (a)所示膦间,八相励磁电势恰好达到正最大值,以此作为时间起卓(即t=
0
〉。如果=0。,则1=0时八相电流达到正最大值,随之电枢磁势 的轴线正好转到八相
轴线上。但是现在0实际上不是零,当t=0时A相电流尚未达到正最大值,而必须过一段
时向,等转子转过0空间电角时,A相电流才达到正最大值。由此可以推想2 = 0时, 的
轴线尚未转到八相轴线,而是位于A相轴线后面0空间电角的位置。由此可见,当)滞后
角时,电枢磁势滞后励磁磁势5相位 电角,这时的电枢反应既非纯交磁性
质也非纯去磁性质,而是两种性质兼有。与其相应的时-空相矢图示于图3-22 (b)屮,可见
5I同相,》滞后^)0角,舡滞后^相位90。,同样可得出 滞后 相位 电
角。可将此时的磁势^3分解为交轴和直轴两个分量,即
 
式中, 山图3-22 (b)可见,相应地也可把每-相的电流
I
都分解成Id和Iq两个分量,即

 

 


 

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