前两次把同步电机的空载、负载时电机内的磁场情况介绍了一下,负载时分成了电流与激磁电动势同相不同相两种情况。
分析内部磁场可以让我们了解物理过程,最终我们还是希望用电路来代表这些物理过程。
如果你具有基本的电路知识,你可以不管任何的物理过程,可以轻松读懂下面这个方程:
可是,有相当一部分电机学爱好者电路知识学了个皮毛。这个方程里信息很多:
①这是一个相量表示的方程。可以翻看前面讲过的相量。强调一点,用相量表示时,意味着电路处于稳态。方程解决不了暂态问题。
②电动势是可以叠加的。电动势是标量,但用相量表示时,叠加类似矢量求和。原因在之前也讲到过。E0是激磁电动势,也就是励磁磁场单独作用时的电动势;Ea是电枢反应电动势,即电枢绕组流过电流时形成的旋转磁场切割电枢绕组形成的电动势。它俩加起来,是电枢绕组的合成电动势,也即气隙电动势。
③电枢绕组不是超导,有电阻。电流流过时,会产生电阻压降。
④电枢电流会产生漏磁场,也就是没有耦合到转子上的磁场,这部分磁场也会产生漏抗压降。电路知识不牢靠的,要花点力气把电抗的知识补一下,它是基础中的基础。因为用的相量表示法,感抗上的电压超前电流90度。但这有个前提,电压电流取关联参考方向。这里特别绕。法拉第电磁感应定律讲的是回路,回路里元件的特性又决定了电势的实际分布。巧合的是,它与元件端子上的基尔霍夫电压定律一致。一个线圈,如果它没有电阻,沿线圈方向上是没有压降的,电场为零。那电压哪来的?端子上是有电荷积聚的。横向上也是有电荷积聚的,横向电场不为零。
有了以上这些分析,我们可以得知:
①知道励磁磁通φ0的方向。
②由励磁磁通φ0方向,可知激磁电动势E0的方向,落后励磁磁通90度。
③根据上一讲,电枢电流与激磁电动势有相位关系。它与负载、电枢反应电抗、漏抗有关系。假设内功率因数角ψ0已知,电枢电流方向也就知道了。
④有了电枢电流方向,电枢反应电动势和漏抗电动势方向也知道了,落后电流方向90度。电阻压降方向也知道了,与电流同方向。
于是我们就可以画出相量图:
以上内容都是不考虑饱和情况,而且是隐极同步电机。
在饱和情况下,磁通与电动势的关系依旧,只是同样的磁动势不能产生一样的磁通了,会打折。可激磁磁动势和电枢反应磁动势,即励磁电流和电枢电流我们是可以知道的,合成磁动势也就有了,再利用空载特性曲线,就可以得出气隙合成磁通和气隙电动势E。
对于隐极同步电机,励磁磁动势并不是正弦波,是梯形波,为了便利,工程上总是把梯形波与基波正弦波建立起等效关系。
而且负载磁化曲线跟空载特性曲线也并不一致,为此,一个叫Potier的,发明了potier电抗去替代定子漏抗,以修正这种不一致。有些教材把Potier翻译成波梯。这不是添乱吗?刚说了梯形波,又弄了个波梯,很容易让人跑偏了方向。