同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場概念與等值電勢

 

1、兩種旋轉(zhuǎn)磁場的概念

轉(zhuǎn)子上裝有直流激磁磁極，它與轉(zhuǎn)子無相對運動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，形成旋轉(zhuǎn)磁場，稱機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場。

定子流過三相對稱電流，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢，速度為同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向從帶有超前電流的相轉(zhuǎn)向帶有滯后電流的相。當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時，旋轉(zhuǎn)磁場的振幅恰好轉(zhuǎn)到該相軸線處，該旋轉(zhuǎn)磁場稱電樞磁場。

順著旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)子磁場超前于電樞磁場的為發(fā)電機(jī)運行，這時轉(zhuǎn)子由外施機(jī)械轉(zhuǎn)矩拖動，對轉(zhuǎn)子而言，電樞磁場與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁場為電動機(jī)運行方式，這時電樞磁場作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。兩個旋轉(zhuǎn)磁場空間有相位差。

2、同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)及等值電勢電路

（1）隱極同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)及等值電勢電路

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

（2）凸極機(jī)空載磁勢

對凸極轉(zhuǎn)子而言，空載時轉(zhuǎn)子磁勢波為方波，取其基波分析。假如當(dāng)氣隙均勻時，它產(chǎn)生的磁通密度分布也按正弦分布，當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(biāo)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(jī)的電磁關(guān)系帶來方便。

 

假如繞組正處于極面中心，感應(yīng)E₀為max值，交鏈磁通中φ₀為零，所以E₀應(yīng)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(zhuǎn)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(fù)載時電樞反應(yīng)磁勢圖

  空載時U = E₀

  有負(fù)載時，便產(chǎn)生電樞磁勢，對空間磁場的影響稱電樞反應(yīng)。電樞磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢的相對位置取決于負(fù)載電流的性質(zhì)，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(nèi)功率因數(shù)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(wǎng)吸收有功，電動機(jī)運行

 

β=-90º               cosβ=0   sinβ=-1  向電網(wǎng)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(jī)最常見的運行工況為0<β，電樞僅應(yīng)磁場落后于轉(zhuǎn)子磁場，即F_f超前F_a

 

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