同步發電機的電樞反應【任務要求】知識點技能點掌握空載電動勢、電樞反應的概念；掌握電樞反應的性質(Ψ=0?、Ψ=90?、Ψ=-90?)理解電樞反應與機電能量轉換的關系空載電動勢、電樞反應的分析；不同角度電樞反應的性質的分析與應用；會進行電樞反應與機電能量轉換的關系的分析重點難點電樞反應的性質及電樞反應；機電能量轉換的關系電樞反應的性質及電樞反應；機電能量轉換的關系【任務清單】任務1：空載電動勢一、空載運行:同步發電機被原動機拖動到同步轉速，勵磁繞組中通以直流電流，定子繞組開路時的運行稱為空載運行。二、空載電動勢，，忽略高次諧波時，勵磁電動勢(相電動勢)的有效值為任務2：什么是電樞反應同步發電機空載運行時，氣隙中只有轉子勵磁磁動勢Ff產生的主磁場。帶上負載后，三相定子繞組流過三相對稱電流I，產生電樞磁動勢Fa，因而此時同步發電機氣隙中同時存在勵磁磁動勢Ff和電樞磁動勢Fa，這兩個磁動勢以相同的速度和方向旋轉，共同建立負載時氣隙中的合成磁動勢Fδ。電機帶上負載后，電樞磁動勢的基波在氣隙中使氣隙磁通的大小及位置均發生變化，這種影響稱為電樞反應。空載時的氣隙磁動勢：負載時的氣隙磁動勢：三種磁動勢的比較:電樞磁動勢Fa和勵磁磁動勢Ff在空間相對靜止，氣隙中的磁動勢Fδ為以上兩個磁動勢的合成磁動勢。任務3：電樞反應的性質(Ψ=0?)因為落在交軸上，故和同相時的電樞反應稱為交軸電樞反應。交軸電樞反應對轉子電流產生電磁轉矩，其方向和轉子的轉向相反，企圖阻止轉子旋轉。而電樞電流與空載電動勢同相，可認為是有功分量。可見，發電機要輸出有功功率，原動機就必須克服有功電流引起的阻力轉矩作功，結果是機械能轉變為電能。輸出的有功功率越大，有功電流分量就越大，交軸電樞反應就越強，所產生的阻力轉矩也就越大，這就要求原動機輸入更多的的機械能轉變為電能，才能維持發電機的轉速不變。任務4：電樞反應的性質(Ψ=90?)滯后為90?，因為落在直軸上，該電樞反應稱為直軸電樞反應，是純粹起去磁作用的。直軸電樞反應對轉子電流所產生的電磁力不形成轉矩，不妨礙轉子的旋轉。任務5：電樞反應的性質(Ψ=-90?)超前90?，因為落在直軸上，也稱為直軸電樞反應，是純粹起增磁作用的。直軸電樞反應對轉子電流所產生的電磁力不形成轉矩，不妨礙轉子的旋轉。任務6：電樞反應與機電能量轉換的關系同步發電機空載時不存在電樞反應，也不存在機電能量轉換關系。帶上負載后，定子電流產生了電樞磁場，它與轉子之間有相互電磁作用。由于負載性質不同，電樞磁場與轉子之間的電磁作用也不同。下面分析不同負載性質時，電機內部的機電能量轉換情況。1）有功電流在電機內部產生制動轉矩發電機帶阻性有功負載時,機械能轉變為電能。2）感性無功電流使發電機的端電壓降低發電機帶感性無功負載時,不需要原動機增加機械能。但是直軸去磁電樞反應對氣隙磁場有去磁作用，致使發電機端電壓下降。為維持電壓恒定所需的勵磁電流也需要相應增加。3）容性無功電流使發電機的端電壓升高發電機帶容性無功負載時,不需要原動機增加機械能。但是直軸助磁電樞反應對氣隙磁場有助磁作用，致使發電機端電壓上升。為維持電壓恒定所需的勵磁電流也需要相應減小。不同性質負載下電樞反應與機電能量轉換示意圖【任務拓展】請認真思考并回答下列問題1、什么是直軸（d軸），什么是交軸（q軸）？2、什么是內功率因數角，什么是外功率因數角，什么是功率角？3、同步電機的氣隙磁場，在空載時是如何激勵的？在負載時是如何激勵的？4、同步發電機電樞反應性質由什么決定?5、有一臺三相汽輪發電機，PN=25000kW，UN=10.5kV，Y接法，cosφN=0.8（滯后），作單機運行。由試驗測得它的同步電抗標幺值為Xs*=2.13。電樞電阻忽略不計。每相勵磁電動勢為7520V，試求分下列幾種情況接上