同步電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)同步電機(jī)：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電動(dòng)勢頻率f之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。對同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電動(dòng)勢頻率f滿足對同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足

同步電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念電角度、每極每相槽數(shù)、槽間角、相帶、極距、節(jié)距；集中繞組、分布繞組整距繞組、短距繞組三相單層繞組說明：對于單層繞組，每對極下每相有1個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組由q個(gè)線圈串聯(lián)組成；p對極電機(jī)每相共有p個(gè)線圈組。最大可能并聯(lián)支路數(shù)整距繞組感應(yīng)電動(dòng)勢、磁動(dòng)勢三相雙層繞組說明：對于雙層繞組，每對極下每相有2個(gè)線圈組，每個(gè)線圈由q個(gè)線圈串聯(lián)組成；p對極電機(jī)每相共有2p個(gè)線圈組。最大可能并聯(lián)支路數(shù)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢頻率交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢導(dǎo)體電動(dòng)勢線圈電動(dòng)勢交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢線圈組電動(dòng)勢交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢繞組電動(dòng)勢交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢波形改善、向正弦波趨進(jìn)波形進(jìn)一步改善、向正弦波進(jìn)一步趨進(jìn)

三相四極交流電機(jī)，已知頻率為50Hz，Y接法，定子槽數(shù)為24槽，雙層繞組，并聯(lián)支路數(shù)為1，線圈節(jié)距為1—6槽，每個(gè)線圈3匝。基波與五次諧波每極磁通量分別為0.003Wb、0.0005Wb，則：

（1）該電機(jī)的極距τ=

槽。（2）每極每相槽數(shù)q=

槽。（3）槽間角α1=

度。（4）基波繞組因數(shù)kw1=

。（5）五次諧波繞組因數(shù)kw5=

。（6）基波相電勢Eφ1=

。（7）五次諧波相電勢Eφ5=

。（8）采用上述節(jié)距可以有效削弱

與

次諧波電勢。

例題整距線圈的磁動(dòng)勢若線圈中電流按余弦規(guī)律變化，即整距線圈的磁動(dòng)勢：矩形波脈振磁動(dòng)勢基波磁動(dòng)勢的矢量表示法：

基波磁動(dòng)勢在空間按余弦規(guī)律分布，可用空間矢量

來表示（上加一橫表示空間矢量，以區(qū)別于時(shí)間相量)，矢量的長度代表基波磁動(dòng)勢的幅值，它隨時(shí)間而變化，

矢量的位置位于線圈的軸線＋A上，矢量的指向與線圈中電流的方向符合右手螺旋定則，如圖所示。整距線圈組的磁動(dòng)勢整距線圈組的磁動(dòng)勢表達(dá)式

采用分布繞組后，其合成磁動(dòng)勢小于集中繞組，需要乘以一個(gè)小于l的分布因數(shù)。與交流繞組電動(dòng)勢類似，分布繞組可以削弱磁動(dòng)勢中的高次諧波以改善磁動(dòng)勢的空間分布波形。雙層短距線圈組的磁動(dòng)勢短距繞組也可以削弱磁動(dòng)勢中的高次諧波，改善磁動(dòng)勢的空間分布波形。一相繞組的磁動(dòng)勢交流繞組的磁動(dòng)勢交流繞組的磁動(dòng)勢(1)一相繞組的磁動(dòng)勢為一空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢，脈振的頻率等于電流的頻率，脈振磁動(dòng)勢的幅值位于相繞組的軸線上。

整距線圈、整距線圈組、雙層短距線圈組(2)一相繞組的基波(或諧波)脈振磁動(dòng)勢可以分解成兩個(gè)幅值相等，轉(zhuǎn)速相同

，轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。

交流繞組的磁動(dòng)勢三相繞組的磁動(dòng)勢為研究方便，把三相繞組的每一相用一個(gè)等效的單層整距集中繞組來代替，該等效繞組的匝數(shù)等于實(shí)際一相串聯(lián)匝數(shù)N乘以繞組因數(shù)kw1,kw1N稱為一相的有效匝數(shù)，三相繞組在空間互差120度電角度。這一對極電機(jī)的三相等效繞組示意圖。

如果三相等效繞組里通過三相對稱電流，則每相均產(chǎn)生一脈振磁動(dòng)勢；把三個(gè)相繞組的磁動(dòng)勢進(jìn)行合成，即得三相繞組的合成磁動(dòng)勢。合成的方法：數(shù)學(xué)分析法，矢量合成法。時(shí)間坐標(biāo)（時(shí)軸)——以t軸作為時(shí)間軸，A相電流最大作為時(shí)間的起點(diǎn)。以逆時(shí)針方向作為正方向，用ωt量度。

電流仍規(guī)定由繞組末端流向首端為正。三相繞組的基波磁動(dòng)勢1.數(shù)學(xué)分析法每相的基波磁動(dòng)勢均為脈振磁動(dòng)勢，可以分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。三相繞組的基波磁動(dòng)勢三相基波合成磁動(dòng)勢幅值2.矢量合成法以+A、+B、+C表示三相繞組的軸線，各相繞組基波磁動(dòng)勢矢量分別位于這三條軸線上，其長度代表基波磁動(dòng)勢的幅值，與該相電流的瞬時(shí)值成正比。按照電流的規(guī)定正方向由末端指向首端、磁動(dòng)勢方向與電流方向符合右手螺旋定則，即可作出各相基波磁動(dòng)勢矢量圖。將三相基波磁動(dòng)勢矢量進(jìn)行合成，即得三相基波合成磁動(dòng)勢矢量。

A相基波磁動(dòng)勢的分解例如取瞬間，A相電流為正的最大，此時(shí)A相繞組的基波磁動(dòng)勢矢量位于+A軸，其幅值為最大值，如把它分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，朝+α方向旋轉(zhuǎn)，為正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢；

朝－α方向旋轉(zhuǎn)，為反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。由于A相電流為正的最大值，故

都位于

的地方，即+A軸處，其大小等于，如圖所示。B、C相基波磁動(dòng)勢的分解

分別為B相的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。為確定

時(shí)這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的位置，可設(shè)想，如果

電角度，B相電流達(dá)正的最大值，B相脈振磁動(dòng)勢幅值也為正的最大值，且位于+B軸線上(電角度)，此時(shí)分解出的位于+B軸上，其大小等于。顯然，在

這一瞬間，

應(yīng)按各自的轉(zhuǎn)向退回120度電角度，如圖所示。類似地，可以做出C相的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢1）三相對稱繞組通入三相對稱電流產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢為一幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。由于基波磁動(dòng)勢矢量的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓形，故又稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。2）三相基波合成磁動(dòng)勢的幅值為一相基波脈振磁動(dòng)勢最大幅值的

3/2倍，即

交流繞組的磁動(dòng)勢三相繞組的基波磁動(dòng)勢3）三相基波合成磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序和三相繞組在空間上的排列次序。基波合成磁動(dòng)勢總是從電流超前的相繞組向電流滯后的相繞組方向轉(zhuǎn)動(dòng)，例如電流相序?yàn)锳－B－C，則基波合成磁動(dòng)勢按A軸－B軸－C軸方向旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)嗬@組中電流相序可以改變旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)向。4）三相基波合成磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)速與電流頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即該轉(zhuǎn)速即為同步速。5）當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢的波幅剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，磁動(dòng)勢的方向與繞組中電流的方向符合右手螺旋定則。

三相繞組的三的倍數(shù)次諧波合成磁動(dòng)勢等于零，即三相對稱繞組通入三相對稱電流時(shí)，不存在3、9、15…次諧波合成磁動(dòng)勢。

三相繞組的諧波磁動(dòng)勢交流繞組的磁動(dòng)勢

三相繞組的三次諧波合成磁動(dòng)勢等于零。

三相五次諧波合成磁動(dòng)勢是一幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。

旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的幅值等于一相脈振磁動(dòng)勢五次諧波最大幅值的3/2倍，如用基波磁動(dòng)勢表示，則

交流繞組的磁動(dòng)勢五次諧波合成磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)速為基波的

1/5，轉(zhuǎn)向與基波的相反。

(k為正整數(shù))次諧波合成磁動(dòng)勢都為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，旋轉(zhuǎn)方向與基波的相反，轉(zhuǎn)速為基波的。交流繞組的磁動(dòng)勢三相七次諧波合成磁動(dòng)勢是一幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。

旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的幅值等于一相脈振磁動(dòng)勢七次諧波最大幅值的3/2倍，如用基波磁動(dòng)勢表示，則

交流繞組的磁動(dòng)勢七次諧波合成磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)速為基波的

1/7，轉(zhuǎn)向與基波的相同。

(k為正整數(shù))次諧波合成磁動(dòng)勢都為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，旋轉(zhuǎn)方向與基波的相同，轉(zhuǎn)速為基波的。交流繞組的磁動(dòng)勢交流繞組的磁動(dòng)勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢矢量合成法實(shí)際上，只要兩相以上繞組在空間上有相位差，通入時(shí)間上有相位差的電流，就可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。一般而言，中有一個(gè)為零，即為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢；都不為零，且彼此不相等，即為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢；只有當(dāng)不為零，但二者相等時(shí)，才為脈振磁動(dòng)勢。

一臺三相交流發(fā)電機(jī)，額定容量為800kVA，Y接法，額定電壓為6kV，P=3，Z=54，雙層繞組，Wc=4，線圈節(jié)距為1—9，a=1，求三相繞組通過額定電流時(shí)的合成基波、三、五、七次諧波磁勢的幅值。

例題電樞反應(yīng)：負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢的基波對主極磁通基波的影響，就稱為電樞反應(yīng)，因此，電樞磁動(dòng)勢又稱為電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢。

三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)同步電機(jī)的基波電樞磁動(dòng)勢與勵(lì)磁磁動(dòng)勢轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向一致，因此它們在空間保持相對靜止。因此，二者之間的相互關(guān)系保持不變，保證建立穩(wěn)定的氣隙磁場、產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)距，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。實(shí)際上，定轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢相對靜止是一切電磁感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)正常運(yùn)行的基本條件。時(shí)空相矢圖——分析電樞反應(yīng)時(shí)采用時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，簡稱為“時(shí)空相矢圖”。三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)繪制時(shí)空相矢圖的基本步驟：

1.轉(zhuǎn)子位置

2.轉(zhuǎn)子位置、感應(yīng)電動(dòng)勢規(guī)定正方向

+t軸按余弦規(guī)律變化

3.內(nèi)功率因數(shù)角

4.電流規(guī)定正方向、+A軸按余弦規(guī)律變化同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系同步電機(jī)的空載電動(dòng)勢(勵(lì)磁電動(dòng)勢）是時(shí)間向量，該相量的相位由轉(zhuǎn)子的位置決定，如轉(zhuǎn)子處于圖示位置，當(dāng)電動(dòng)勢規(guī)定正方向與電流規(guī)定正方向一致時(shí)，A相感電動(dòng)勢為正的最大，所以位于時(shí)間軸線上。如圖所示。電動(dòng)勢相量的角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度都是ω。三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電動(dòng)勢、電流規(guī)定正方向。同步電機(jī)的電樞電流也是時(shí)間相量，它的相位決定于電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)。電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)決定了電樞電流和空載電動(dòng)勢之間的相位差角ψ，稱為內(nèi)功率因數(shù)角。在時(shí)空相矢圖上

總是落后于

以90度，

總是與

重合。

與

之間的相位差

隨著負(fù)載的性質(zhì)不同而改變。而

與

之間的空間相位差為，因此，二者的相對位置完全取決于ψ角。所以電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由ψ角決定的。單機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由負(fù)載的性質(zhì)決定的。

三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)稱為直軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢稱為交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)若把電流也分解成和兩個(gè)分量，則三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)，扭斜氣隙磁場（交磁），實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的必要條件；直軸電樞反應(yīng)，加磁或去磁，只引起氣隙磁場的變化，進(jìn)而引起電機(jī)端電壓的變化。

習(xí)題十六二、作圖題2(c)

例題不考慮飽和時(shí)的電動(dòng)勢方程式、同步電抗和相量圖隱極同步發(fā)電機(jī)稱為同步電機(jī)的同步電抗。式中：物理意義：三相對稱電樞電流所產(chǎn)生的全部磁通在某一相中所感應(yīng)的總電動(dòng)勢與相電流之間的比例常數(shù)。式中：稱為電樞反應(yīng)電抗，就大小而言，它就是“正比于”的比例常數(shù)，因此，

就是對稱負(fù)載下每相電流為1安時(shí)所感應(yīng)的電樞反應(yīng)電動(dòng)勢。隱極同步發(fā)電機(jī)氣隙電動(dòng)勢：相量圖感性負(fù)載下隱極同步發(fā)電機(jī)的相量圖。幾何關(guān)系。凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢方程式、同步電抗和相量圖（不考慮飽和）凸極同步發(fā)電機(jī)凸極同步發(fā)電機(jī)分別稱為凸極同步電機(jī)的直軸同步電抗和交軸同步電抗。其物理意義為當(dāng)對稱三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時(shí)，三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢。凸極同步發(fā)電機(jī)式中xad、xaq分別稱為直軸電樞反應(yīng)電抗、交軸電樞反應(yīng)電抗，表征當(dāng)對稱的三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時(shí)，三相聯(lián)合產(chǎn)生的基波電樞反應(yīng)磁場在每一相繞組中感應(yīng)的直軸或交軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢。凸極同步發(fā)電機(jī)已知U、I、cosφ及電機(jī)參數(shù)，相量圖。

一臺凸極同步發(fā)電機(jī)，Y接法，其運(yùn)行數(shù)據(jù)為：U*=1，I*=1，E0*=2，P2*=0.866，ra=0，θ=30o，在不計(jì)飽和影響的情況下：（1）畫出此時(shí)的電勢相量圖；（2）求出此時(shí)