内蒙古工业大学本科毕业论文
? ?f? Ia? Fa??90? ? E0? F?? Ff图1.4 ??90?时的电枢反应
?超前E?90?电角度（???90?）时的电枢反应 三．Ia0?超前E?90?电角度时的相量图。?90?电角度，?也超前于E图1.5所示为I图中?a00f?和??同相位。此时当线圈边正好位于磁极中心之下，切割主磁极的最大磁通所示Iaf密度时，绕组中感应电动势达到最大值。但由于现在所研究的是???90?时的情况，
?超前E?90?电角度达到最大值。于是，导体电流达到最大值时的转子位置在导体即Ia0尚未被最大磁通密度切割时，电流便已先达到最大值，待转子向前再转过90?时，导体中的感应电动势才可达到最在值。此时，线圈电流达到最大值，于是电枢磁动势轴线便和该相线圈中心线相重合。因此，从图1.5可以看出：当???90?时，电枢磁动势也与主磁极轴线重合，但是产生增磁作用。此时的电枢磁动势就称为直轴增磁电枢磁动势。
? E0???90? ? Fa? Ff??f?Ia? F?
图1.5 ???90?时的电枢反应 四．一般情况下(?=任意角度)的电枢反应
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?滞后E?（即90?>?>0?）时的情况，此时，可以利用叠加原理，将I?首先研究Ia0a?和滞后于E?同相的分量I?90?电角度的分量I?,如图按角?分解成两个相量，即与E00dq1.6所示，它们有如下关系：
?=I?+I? （1.1） Iadq
?Id?Iasin??? ? （1.2） ?Iq?Iacos?????90?，这与图1.4所示的情况一样，即当电由图1.6可以看出，此时Id滞后于E0?流过电枢绕组时，产生直轴电枢磁动势，对主磁级起磁作用。同样，由图1.6流Id?与E?流过电枢?同相位，这与图1.3所示的情况一样，因此，电流I还可以看出：I0qq?按?角分解成直轴及交绕组时，产生交轴电枢磁动势，起交磁作用。所以电枢电流Ia?，可以理解为电枢磁动势F?和I?按?角分解成作用在直轴磁路的磁动轴两个分量Idaq?，它们和电流分解式（1.2）有着相同的形式，?及作用在交轴磁路的磁动势F势Fadaq即
??Fcos??F?aqa ? （1.3）
?Fad?Fasin???
? ?f ? E0? ? Iq? Ia
? Id图1.6 90?>?>0?时的相量图
? ?f ? Id ? Ia? Iq? E0
图1.7 0?>?>-90?时的相量图
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?超前E?（即0?>?>-90?）时的情况不。由图1.7可以看出：同理可以分析当Ia0?超前E?时，?超当I电流仍可按?角分解成直轴及交轴两个分量。此时直轴分量电流Ia0d?90?，这与图1.5所示的情况一样，由它产生的直轴磁动势对主磁极磁动势起增前E0?同相位，这与图1.3所示的情况一样，由它产生的交?与E磁作用。交轴分量电流I0q轴磁动势对主磁极磁动势起交磁作用。
综合以上分析可以看出：当同步发电机供给滞后电流时，电枢磁动势除了一部分产生交轴、电枢反应外，还有一部分产生直轴去磁电枢反应；当电机供给超前电流时，电枢磁动势除了一部分产生交轴电枢反应外，还有一部分产生直轴增磁电枢反应。
1.3同步电抗的概念
同步电抗是同步发电机中一个极为重要的参数，它的大小对同步电机的性能有很大影响，因此，在未具体研究同步电机性能之前，先对同步电抗的概念作一介绍。
1.3.1隐极同步电机
?，并在定子绕同步发电机在空载时，转子励磁后，有气隙中仅存在磁极磁通?f?。当接上负载以后，三相电枢电流产生旋转磁动势F?及磁通组中感应空载电动势E0a?a。这一放置磁场以同步转速切割定子绕组，在其中感应出电动势Ea,Ea称为电枢反应电动势。由于电枢反应电动势正比于电枢反应磁通，在不考虑饱和时，电枢反应
?和电枢电流I?之间磁通又正比于电枢反应磁动势及电流，因此，电枢反应电动势Eaa?滞后于磁通??90?电角度，亦即滞后于电流I?90?成正比关系。同时，由于电动势Eaaa电角度，所以电动势就可以写成电抗压降的形式：
???jI?x (1.4) Eaaaxa称为电枢反应电抗。在同样大小电流的情况下，如果xa越大，电枢反应电动势也越大，表示电枢磁动势所产生的电枢磁通很强。因此xa的大小可以说明电枢反应的强弱。
?外，还在定子槽的周围、绕组端部等处产生?除产生电枢反应磁通?电枢电流Iaa?。由于漏磁通的交变作用，在电枢绕组中也产生感应电动势E?，并且E?和漏磁通?????或I?成正比，在相位上滞后于I?90?电角度，因此，也可以通过一个电抗压降的??aa?的大小及相位，即 形式来表示E????jI?x (1.5) E?a?式中x?----定子绕组的漏磁电抗，它和感应电机的定子漏抗有相同的含义。 所以，在三相对称电流通过电枢绕组后，所产生的交链定子绕组的磁通为
?+??）（???，两者在电枢绕组中所产生的全部电动势为
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??E???(jI?x?jI?x)??jI?(x?x) Ea?aaaaaa??x (1.6) ?jIas其中，xs?xa?x?称为隐极同步发电机的同步电抗。这样同步发电机在负载下，电枢反应磁通及漏磁通所产生的作用，可以通过同步电抗压降的形式表示了。
同步电机在状态工作，磁路略程饱和。磁路的饱和程度越高，它的磁阻便越大，所对应的电抗便越小。所以xa或xs的大小是随着磁路饱和程度的改变而改变的。
1.3.2凸极同步电机
在凸极电机中，直轴及交轴上的气隙是不相等的。直轴上的气隙较小，而直轴上的气隙较大，因此，直轴上的磁阻比交轴上的磁阻小，从而同样大小的电枢磁动势作用在直轴磁路上和作用在交轴磁路上，所产生电枢反应磁通的大小并不一样。这就决定了在分析凸极电机时，不能采用上面介绍的分析隐极电机的方法。因为从前面可知，随着负载性质的不同，电枢磁动势作用在不同的位置，对应着不同的磁阻，而不同的磁阻将对应着不同的电抗。因此，在研究凸极电机时，如果也采用上面分析隐极电机的方法，所得到的同步电抗xs将是一个变数，随着负载性质的没而变化，这将给研究计算工作带来困难。
?分解成F?Fsin?因此在分析凸极电机时，根据直轴和交轴磁导的不同，将Fadaa?固定地作用在直轴磁路上，及Faq?Facos?两个分量来分别研究。直轴电枢磁动势Fad?固定地作用在交轴?。交轴电枢磁动势F对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通?adaq?。磁通??与??分别切割定子磁路，也对应于一个恒定不变的磁阻，产生磁通?adadaq?由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以E?及E?正绕组而在其中感应出电动势Eadadaq?正比于??，正比于I?。因此，在?，正比于I?；E?,正比于F?，正比于F比于?adadaqdaqaqq凸极同步电机中，必须用两个电抗来表示电枢感应电动势与电流间的关系，这两个电
?就可以定?及E抗称为直轴电枢反应电抗xad和交轴电枢反应电抗xaq。这样电动势Eadaq成下列电抗压降的形式，即
???jI?x?Eaddad?? (1.7) ??Eaq??jIdxaq??和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗分别与定子漏抗相加，便可得到直轴同步
电抗xd和交轴同步电抗xq,即
xd?xad?x???? (1.8)
xq?xaq?x???9
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结论：在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所以xad较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁阻大，所以xaq较小。当直轴和交轴的气隙相等时，则xd=xq=xs,该情况下即为隐极电机。
1.4隐极同步发电机的负载运行
1.4.1负载电流对端电压的影响
一台同步发电机在无载运行时调节励磁电流，使它的无载电压为额定值，然后保持励磁电流不变，电机的转速也不变，给发电机分别带上可变的电阻负载、电感负载或电容负载，同时观察发电机端电压和负载电流变化的情况，可知发电机的端电压是随着负载电流的变化而变化。在3种不同负载情况下，其变化规律也不同。在电阻负载时，负载电流增大，端电压下降；在电感负载时，负载电流增大，端电压下降得更厉害；在电容负载时，负载电流增大时，端电压不但不下降，反而会上升。这说明发电机端电压的变化，不但与负载电流的大小有关，还与负载电流的性质有关。
1.4.2隐极同步发电机的电动势方程式
同步发电机在对称负载下运行，气隙中存在着两种磁动势，即定子上的电枢磁动势和转子的磁极磁动势。在不考虑磁路的饱和现象时，应用叠加原理，认为它们各自独立地产生相应磁通，并在电枢绕组内产生感应电动势。因此，负载以后，电枢绕组
?；?产生的电动势E?产生的电的感应电动势有：1.由磁极磁通?2.由电枢反应磁通??af?；3.由定子绕组漏磁通??。因为电枢绕组的电阻很小，如果?产生的电动势E动势E?a??,即 忽略电阻压降，则每相感应电动势的总和即为发电机的端电压U??E??E??U? (1.9) E0a?将式（1.6）代入式（1.9），可以得到同步电机的电动势平衡方程式为
??U??jI?x （1.10） E0as?与同步电抗压降jI?等于端电压U?x之式（1.10）表示：由磁极磁通所感应的电动势E0as和。同步电抗xs就是定子绕组的电抗。当负载电流通过定子绕组后，将产生电抗压降，
?与同步电抗压降jI?x之和才等于感应电动势E?。 故负载时，端电压Uas0
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