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 同步發(fā)電機的旋轉磁場概念與等值電勢

 

1、兩種旋轉磁場的概念

轉子上裝有直流激磁磁極，它與轉子無相對運動，轉子轉動時，形成旋轉磁場，稱機械旋轉磁場。

定子流過三相對稱電流，將在氣隙中產生旋轉磁勢，速度為同步轉速，轉向從帶有超前電流的相轉向帶有滯后電流的相。當某相電流達到最大值時，旋轉磁場的振幅恰好轉到該相軸線處，該旋轉磁場稱電樞磁場。

順著旋轉方向，轉子磁場超前于電樞磁場的為發(fā)電機運行，這時轉子由外施機械轉矩拖動，對轉子而言，電樞磁場與轉子磁場相互作用的力是個電磁阻力；反之電樞磁場超前于轉子磁場為電動機運行方式，這時電樞磁場作用到轉子上的轉矩是驅動轉矩。兩個旋轉磁場空間有相位差。

2、同步發(fā)電機的電樞反應及等值電勢電路

（1）隱極同步發(fā)電機電樞反應及等值電勢電路

定子與轉子兩種旋轉磁場對轉子繞組沒有相對運動，因而不會在轉子上產生感應電勢。 這兩個磁場只在定子繞組產生感應電勢，在不考慮磁路飽和的情況下，轉子磁場感應空載電勢E₀，電樞磁場感應的電勢為電樞反應電勢E_a,則有E₀+E_a=U_f+I(r_a+jx_s)式中，U_f為機端電壓；x_s為定子繞組漏抗；r_a為定子電阻。

（2）凸極機空載磁勢

對凸極轉子而言，空載時轉子磁勢波為方波，取其基波分析。假如當氣隙均勻時，它產生的磁通密度分布也按正弦分布，當磁場旋轉時，定子繞組中所匝鏈的磁通也就隨時間按正弦規(guī)律變化，從而繞組感應電勢也隨時間按正弦規(guī)律變化，可以分別用空間矢量和時間相量表示，又因為二者有相同的角速度，所以可以畫在同一坐標平面上，如果把相繞組軸線作為空間矢量參考軸，則會給分析同步電機的電磁關系帶來方便。

 

假如繞組正處于極面中心，感應E₀為max值，交鏈磁通中φ₀為零，所以E₀應與時間軸t同相，φ₀越前E₀為90º。時間相量有E₀，空間失量有磁勢F_f1、磁密B_f1、磁通φ₀，它們始終與轉子的軸線方向一致，稱直軸或d軸，兩極之間的中線稱為交軸或q軸。時間相量與空間失量之間的相角是無物理意義的。

（3）有負載時電樞反應磁勢圖

  空載時U = E₀

  有負載時，便產生電樞磁勢，對空間磁場的影響稱電樞反應。電樞磁勢與轉子磁勢的相對位置取決于負載電流的性質，假定I、E₀同相位，β=0；假定E₀越前I，β>0；假定E₀滯后I，β<0；稱Arg=β為內功率因數角。

β= 0     I、E₀同相   cosβ=1   sinβ=0   不發(fā)出無功功率，只發(fā)有功功率

 

β= 90º               cosβ=0   sinβ=1   不發(fā)出有功功率，只發(fā)無功功率

 

β= 180º  I、E₀僅相   cosβ=-1  sinβ=0   從電網吸收有功，電動機運行

 

β=-90º               cosβ=0   sinβ=-1  向電網送容性無功

 

  由于β角可以是任意角，可以把電樞磁勢分解為直軸和交軸兩個分量分析。同步發(fā)電機最常見的運行工況為0<β，電樞僅應磁場落后于轉子磁場，即F_f超前F_a

 

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