同步发电机的运行原理及运行特.ppt
第15章 同步发电机的运行原理及运行特性,15.1 同步发电机的空载运行电机结构应使气隙磁场的分布尽量接近正弦波。若基波分量的每极磁通量为0，则空载时定子绕组每相感应电动势的有效值为,（15-1）,图15-1 凸极同步发电机的空载磁场,电机磁路的饱和系数k为15.2 对称负载时 的电枢反应15.2.1 和 同相（=0）时的电枢反应,（15-2）,图15-2 同步发电机的空载特性,图15-3=0时的电枢反应,15.2.2 滞后（=90）时的电枢反应,图15-4=90时的电枢反应,图15-5=-90时的电枢反应,15.2.3 超前（=-90）时的电枢反应15.2.4 滞后 一个锐角时的电枢反应可将Fa分成直轴和交轴两个分量，即,式中,(15-3),(15-4),图15.6 090时的电枢反应,也可将每相电流 分解为直轴和交轴分量 和，即15.3.1 隐极同步电机15.3 同步电抗的概念因为 滞后，亦滞后，所以电动势 可以写成负的电抗压降，即,(15-5),(15-6),式中,(15-7),xa称为电枢反应电抗。由于，同样，也可以写成负的电抗压降，即 称为定子绕组漏电抗，与感应电机定子漏抗含意相同。在三相对称电流流过电枢绕组后，产生与,(15-8),定子绕组交链的总磁通为，在定子绕组中产生的总电动势为15.3.2 凸极同步电机由于不计饱和影响时，因此可以用两个电抗来表示电枢反应电动势与电流的关系，它,(15-9),图15-7 凸极同步电机的磁路,们分别称为直轴电枢反应电抗 和交轴电枢反应电抗。这样 和 可以写成下列负的电抗压降，即和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗各和定子漏抗相加，便得到直轴和交轴同步电抗，即,(15-10),15.4 隐极同步发电机的电动势方程式和相量图同步发电机在对称负载下运行时，气隙中存在着两种磁动势，即转子上 产生的 和定子上 系统产生的。若不考虑磁路饱和，可以应用叠加原理，即各个磁动,(15-11),势分别产生磁通，并在定子绕组中感应电动势。其关系如下：若按图15-8规定正方向，根据基尔霍夫第二定律，可写出电枢任一相的电动势方程式为,(15-12),将式（15-9）代入式（15-12），可得,(15-13),图15-8 同步发电机各物理量正方向的规定,在图15-9（b）中，表示 与 的夹角，表示 与 的夹角，表示 与 的夹角，三者存在下列关系：根据图15-9（b）的相量关系，将 按 角分解为 及 后，可得及E0的计算公式,(15-14),(15-15),图15-9 隐极同步发电机的等效电路及相量图,15.5 凸极同步发电机的电动势方程式和相量图凸极同步发电机在对称负载下运行时，气隙中也存在Ff和Fa两种磁动势，由于凸极电机气隙不均匀，必须将Fa分解为Fad和Fa两个分量，不计磁路饱和时，可以和隐极电机一样应用叠加原理。其关系如下：,(15-16),正方向的规定和隐极电机相同，可写出凸极电机电枢任一相的电动势方程式为将式（15-8）及式（15-10）代入式（15-17）可得若把上式的漏抗压降用 表示成直轴和交轴两个分量，代入式（15-18）可得,（15-17）,（15-18）,忽略很小的电阻压降，可得为了确定角的大小，可将式（15-20）进行一些变换，若在该式的两边都减去，可得,（15-19）,（15-20）,（15-21）,在图15-10中，将 按 角分解成 及，可得,（15-22）,（15-23）,图15-10 凸极同步发电机相量图,15.6 同步发电机的空载、短路、零功率因数特性及电抗测定15.6.1 空载特性15.6.2 短路特性15.6.3 由空载及短路特性求xd的不饱和值和短路比（1）由空载和短路特性求xd的不饱和值前面已说明，短路时磁路不饱和，且U=0，Ik=Id，电动势方程式为,图15-11 三相稳态短路的分析,图15-12 利用空载和短路特性确定xd及短路比,（2）同步发电机的短路比短路比kc是指在空载产生额定电压的励磁电流If 0下发生三相稳态短路时的短路电流Ik0与额定电流IN之比。由图15-12可得,（15-24）,15.6.4 零功率因数负载特性和保梯电抗由 求得的漏抗称为保梯（Potier）电抗xp，即,（15-25）,（15-26）,图15-13 零功率因数负载特性分析,*15.6.5 由空载特性和零功率因数负载特性求xd的饱和值,图15-14由空载特性和零功率因数负载特性求xd的饱和值,图15-15 转差法试验时的电压、电流波形,15.6.6 用转差法求稳态x和xd的不饱和值当Fa对准转子直轴时，磁路的磁阻小，相应的电抗大，为xd，而I=Id=Imin，由于供电线路压降小，使电枢端电压U=Umax，此时励磁绕组交链的磁通为最大，其变化率为零，转子绕组感应电压uf 0=0，故得,（15-28）,当Fa对准转子交轴时，磁路的磁阻大，相应的电抗小，为x，而I=I=Imax，U=Umin，此时励磁绕组交链磁通为零，变化率最大，uf 0=uf 0max故得15.7 同步发电机的外特性和电压变化率15.7.1 外特性,（15-29）,图15-16 同步发电机的外特性曲线,图15-17 不同cos时同步发电机的相量图（a）cos=0.8滞后（b）cos=1（c）cos=0.8超前,15.7.2 电压变化率发电机在额定负载时（即I=IN,）得到额定电压所需的励磁电流称为额定励磁电流If N。若保持If N及转速nN不变，卸去负载，即得到外特性上I=0对应的电压E0，这一过程中端电压升高的百分值，就称为发电机的电压变化率，即,（15-30）,
