同步發(fā)電機運行特性及應(yīng)用

1、17-1同步發(fā)電機的空載同步發(fā)電機的空載、短路特性、短路特性17-3 同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)求取同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)求取17-4 同步發(fā)電機的外特性和電壓變化率同步發(fā)電機的外特性和電壓變化率17-2同步發(fā)電機的同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負(fù)載特性零功率因數(shù)負(fù)載特性1）基本特性：基本特性：空載、短路和零功率因數(shù)負(fù)載特性，空載、短路和零功率因數(shù)負(fù)載特性，用于確定發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和表征磁路的飽和情用于確定發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和表征磁路的飽和情況況2）運行特性：運行特性：外特性和調(diào)整特性，用以確定外特性和調(diào)整特性，用以確定發(fā)電機的電壓變化率、額定勵磁電流等發(fā)電機的電壓變化率、額定勵磁電流等一、空載特性一、空載特性

2、1 1、定義：、定義： 同步發(fā)電機在同步發(fā)電機在n=n=n nN N，I I=0=0的運行的運行狀態(tài)下，測得的狀態(tài)下，測得的E E0 0= =f(If(If f) ) ，即即空載特性空載特性。2 2、曲線曲線：磁化曲線：磁化曲線 3 3、空載特性主要有三個、空載特性主要有三個用途用途：確定電機：確定電機的飽和系數(shù)，判斷電機磁路設(shè)計是否合理；的飽和系數(shù)，判斷電機磁路設(shè)計是否合理；與短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，與短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，確定同步電機的參數(shù)。確定同步電機的參數(shù)。初步判斷勵磁繞組、初步判斷勵磁繞組、電樞繞組是否可能存在故障。電樞繞組是否可能存在故障。17-1同步發(fā)電機的

3、空載、短路同步發(fā)電機的空載、短路特性特性abchgd12OFfIfE00E0FFf0UN圖17-1 同步發(fā)電機的空載特性二、短路特性二、短路特性 1 1、定義：當(dāng)同步發(fā)電機運行于、定義：當(dāng)同步發(fā)電機運行于n=n=n nN N，U U=0=0，即電樞三相繞組持續(xù)穩(wěn)定短路時，測得短路即電樞三相繞組持續(xù)穩(wěn)定短路時，測得短路電流電流I Ik k隨勵磁電流隨勵磁電流I If f變化的關(guān)系曲線變化的關(guān)系曲線I Ik k= =f(If(If f) )，稱為稱為短路特性短路特性。 2 2、曲線：、曲線：短路特性是一條直線，如短路特性是一條直線，如圖圖1 17 7-1(-1(a)a)中直線中直線2 2所示。所示

4、。 3 3、 三相穩(wěn)態(tài)短路分析三相穩(wěn)態(tài)短路分析FFadFf1900FadE0.Ead.E.I0atEUI Rj I xktj I x=0直軸去磁電樞反應(yīng)E0IkE0IkF很小，很小，很小，則磁路不飽和，很小，則磁路不飽和，E0IfE0IfIkIfIkIf，短路特性是直線。，短路特性是直線。00aaEEEUI R0akEEEEj I x kEIx小Ik 1、定義：、定義：同步發(fā)電機在同步發(fā)電機在n=nN下，帶純電感負(fù)載，下，帶純電感負(fù)載，保持負(fù)載電流保持負(fù)載電流I I為常量，測得的為常量，測得的U=U=f(If(If f) )關(guān)系曲線稱為關(guān)系曲線稱為零功率因數(shù)負(fù)載特性零功率因數(shù)負(fù)載特性。 17-

5、2 同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負(fù)載特性同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負(fù)載特性.jxI=900FadFFf1.I.UE0.E0attLtEUI Rj I xUj I xj I xj I x直軸去磁電樞反應(yīng)0aEEEUEUj I xE=U+IxIxFF=Ff1-Fa=Ff1-Fa電動勢、磁動勢可表示成代數(shù)關(guān)系：電動勢、磁動勢可表示成代數(shù)關(guān)系：圖17-2b零功率因數(shù)負(fù)載特性分析(b)2BC DKOA1U、E0I=0I=INAAOBOBCCINxUNIf空載特性曲線空載特性曲線零功率因數(shù)負(fù)載特性曲線零功率因數(shù)負(fù)載特性曲線0aEEEUEUj I xU=0，I=IN 時：FF=Ff1-Fa=Ff1-FaIfaIfa：

6、空載時：空載時FaFa=0=0，IfaIfa=0=0，帶負(fù)載，帶負(fù)載后，電樞反應(yīng)直軸去磁，后，電樞反應(yīng)直軸去磁，IfIf增大，增大，增大的數(shù)值即是增大的數(shù)值即是IfaIfa。特性三角形特性三角形ABCABC：兩個直角邊兩個直角邊AB和和BC分別代表漏抗壓降和電樞分別代表漏抗壓降和電樞反應(yīng)去磁磁動勢對應(yīng)的勵磁電流反應(yīng)去磁磁動勢對應(yīng)的勵磁電流，其長度均正比于電樞電流其長度均正比于電樞電流。若I=IN，則AB和BC長度不變，則ABC不變，不變，保持特性三角形底邊水平而使其頂點A在空載特性曲線1上移動時，C點的軌跡曲線2就是零功率因數(shù)負(fù)載特性曲線。實驗法：實驗法：n=n=nNnN電樞接三相可變電抗器，

7、使電樞接三相可變電抗器，使coscos=0=0，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)I fI f和負(fù)載電抗的大小，使和負(fù)載電抗的大小，使I=INI=IN，記錄不同，記錄不同IfIf下發(fā)電機的端電壓下發(fā)電機的端電壓U U，即得即得U=fU=f（IfIf）。）。結(jié)果比較：結(jié)果比較：實驗得出的零功率因數(shù)特性曲線比由特性三角形實驗得出的零功率因數(shù)特性曲線比由特性三角形和空載特性曲線推導(dǎo)出來的零功率因數(shù)特性曲線要偏低一些和空載特性曲線推導(dǎo)出來的零功率因數(shù)特性曲線要偏低一些？ （1）電樞磁動勢的去磁作用電樞磁動勢的去磁作用使得帶零功率因使得帶零功率因數(shù)負(fù)載與空載時相比，產(chǎn)生同樣大小的氣隙電數(shù)負(fù)載與空載時相比，產(chǎn)生同樣大小的氣隙電動

8、勢動勢AD，負(fù)載時需要的勵磁電流，負(fù)載時需要的勵磁電流OK比空載時比空載時需要的勵磁電流需要的勵磁電流OD要大。要大。(2)主磁極的漏磁通也要大些主磁極的漏磁通也要大些，主磁極鐵心的飽，主磁極鐵心的飽和程度比空載時高，因而磁路的磁阻有所加大，和程度比空載時高，因而磁路的磁阻有所加大，因此，實際上在負(fù)載時的氣隙合成磁動勢與空因此，實際上在負(fù)載時的氣隙合成磁動勢與空載時的氣隙磁動勢相同的情況下，負(fù)載時所產(chǎn)載時的氣隙磁動勢相同的情況下，負(fù)載時所產(chǎn)生的氣隙磁通生的氣隙磁通 及氣隙電動勢及氣隙電動勢 將比空載時要小，將比空載時要小，所以實測的零功率因數(shù)特性曲線偏低。所以實測的零功率因數(shù)特性曲線偏低。(b

9、)2BC DKOA1U、E0I=0I=INAAOBO BCCINxUNIf 一、由空載及短路特性求一、由空載及短路特性求xd的不飽和值和短路比的不飽和值和短路比1、由空載和短路特性求的、由空載和短路特性求的xd不飽和值不飽和值短路時磁路不飽和，且U=0，Ik =I Id d ，電動勢方程為 對于某一磁路電流If，從空載特性的氣隙線上查 ，從短路特性上查Ik ，兩者的比值即xd不飽和值。xIxIEdkddjj.0IExkd.0E017-3 同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)求取同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)參數(shù)求取2、同步發(fā)電機的短路比、同步發(fā)電機的短路比短路比短路比是指在空載產(chǎn)生額定電壓的勵磁電流是指在空載產(chǎn)生額定電壓的

10、勵磁電流If0下發(fā)生三相穩(wěn)態(tài)下發(fā)生三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流短路時的短路電流Ik0與額定電流與額定電流IN之比。之比。短路比也等于直軸同步電抗標(biāo)幺值短路比也等于直軸同步電抗標(biāo)幺值的倒數(shù)乘以空載額定電壓時主磁路的倒數(shù)乘以空載額定電壓時主磁路的飽和系數(shù)。的飽和系數(shù)。xkxIUkddNN*1EUkIIIIIIIUUIIIkNfkfffoNkfkNfNkc000000kckc的數(shù)值對電機的影響很大的數(shù)值對電機的影響很大: : kckc大大, , 同步電抗小同步電抗小, ,氣隙大氣隙大, ,需要的勵磁安匝多需要的勵磁安匝多, ,電機尺寸將電機尺寸將增大。勵磁繞組的用銅量多增大。勵磁繞組的用銅量多, ,電機

11、制造費用高電機制造費用高。且。且電壓變化小，電壓變化小，并網(wǎng)運行時穩(wěn)定性較好并網(wǎng)運行時穩(wěn)定性較好，但短路運行時短路電流較大。但短路運行時短路電流較大。 kckc小，小，情況則相反。所以情況則相反。所以kckc值對電機的性能有很大的影響，值對電機的性能有很大的影響，它反映了電機性能和電機造價兩方面的要求。它反映了電機性能和電機造價兩方面的要求。 一般水輪發(fā)電機的一般水輪發(fā)電機的kckc比汽輪發(fā)電機大，汽輪發(fā)電機取比汽輪發(fā)電機大，汽輪發(fā)電機取kckc=0.4-0.6=0.4-0.6，水輪發(fā)電機取，水輪發(fā)電機取kckc=1.0-1.4=1.0-1.4。 因為水輪發(fā)電機一般因為水輪發(fā)電機一般遠離負(fù)荷中

12、心遠離負(fù)荷中心, ,輸電距離長輸電距離長, ,線路電抗較大。為保證電機運行的穩(wěn)線路電抗較大。為保證電機運行的穩(wěn)定性，水輪發(fā)電機的定性，水輪發(fā)電機的xdxd應(yīng)較小，即要求有較大的短路比。應(yīng)較小，即要求有較大的短路比。 二、由空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性求保梯電抗二、由空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性求保梯電抗xp(b)2BC DKOA1U、E0I=0I=INAAOBOBCCINxUNIfIBAxNp保梯電抗：保梯電抗： 三、用轉(zhuǎn)差法求穩(wěn)態(tài)三、用轉(zhuǎn)差法求穩(wěn)態(tài)xd和和xq不飽和值不飽和值 1、轉(zhuǎn)差實驗：將同步電機轉(zhuǎn)子拖到將同步電機轉(zhuǎn)子拖到接近同步轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)差率小轉(zhuǎn)差率小于于0.01),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

13、勵磁繞組開路（勵磁繞組開路（If=0If=0）,然后在然后在定子繞組加額定定子繞組加額定頻率的三相對稱低電壓頻率的三相對稱低電壓,其值為其值為(0.05 0.15)UNUN,使其產(chǎn)生的旋使其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致,并保持轉(zhuǎn)子不被牽如同步。并保持轉(zhuǎn)子不被牽如同步。 轉(zhuǎn)子無勵磁電流轉(zhuǎn)子無勵磁電流,E0=0,電樞的電動勢方程為電樞的電動勢方程為 Fa對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子直軸時（與對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子直軸時（與d軸重合），氣隙小，磁路磁阻小，軸重合），氣隙小，磁路磁阻小，電抗大，為電抗大，為xd。I=II=Id d= =I Iminmin，U=U=U Umaxmax，u uf0f0=0=0

14、 X Xd d= =U Umaxmax/I/IminminFa對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子交軸時對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子交軸時 , I=I=I Iq q=I=Imaxmax，U=U=U Uminmin，u uf0f0=u=uf0maxf0max x xq q= =U Uminmin/I/Imaxmax xIxIqqddjjU.第四節(jié)第四節(jié) 同步發(fā)電機的外特性和電壓變化率同步發(fā)電機的外特性和電壓變化率一、一、 外特性外特性n=n=n nN N，I If f= =常數(shù)常數(shù), ,coscos= =常數(shù)時常數(shù)時, ,端電壓端電壓U U隨隨負(fù)載電流負(fù)載電流I I變化關(guān)系曲線變化關(guān)系曲線, ,即即U=U=f(If(I) )曲線。曲線。它可用

15、直接負(fù)載法測出，也可以用作圖法它可用直接負(fù)載法測出，也可以用作圖法間接求出。間接求出。123INIOUNUcos =1cos=0.8超前cos =0.8滯后圖17-8 同步發(fā)電機的外特性曲線1、 2、感性負(fù)載和純電阻負(fù)、感性負(fù)載和純電阻負(fù)載時，載時，090，交軸兼直軸，交軸兼直軸去磁電樞反應(yīng)去磁電樞反應(yīng)，且定子漏阻抗，且定子漏阻抗也使端電壓降低，所以外特性也使端電壓降低，所以外特性是下降的。是下降的。3、在容性負(fù)載且、在容性負(fù)載且角達到角達到超前時，由于電樞反應(yīng)的增超前時，由于電樞反應(yīng)的增磁作用和容性電流的漏抗壓磁作用和容性電流的漏抗壓降使端電壓上升，因此外特降使端電壓上升，因此外特性是上升的

16、。性是上升的。電壓變化率電壓變化率發(fā)電機在額定負(fù)載時（發(fā)電機在額定負(fù)載時（I=I=I IN N, ,coscos= =coscosN N）, ,得到額定電壓所需的勵磁電流稱為額定勵磁電得到額定電壓所需的勵磁電流稱為額定勵磁電流流I IfNfN。若保持若保持I IfNfN及轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速n nN N不變，卸去負(fù)載，即不變，卸去負(fù)載，即得到外特性上得到外特性上I=0I=0對應(yīng)的電壓對應(yīng)的電壓E E0 0，這一過程中端這一過程中端電壓升高的百分?jǐn)?shù)，就稱為發(fā)電機的電壓變化電壓升高的百分?jǐn)?shù)，就稱為發(fā)電機的電壓變化率，即率，即 %1000UUENNU二、調(diào)整特性二、調(diào)整特性發(fā)電機在發(fā)電機在n=n=n nN N, ,U U= =UNUN, ,coscos= =常數(shù)時常數(shù)時, , I If f= =f(If(I) )曲線。曲線。1 1、在感性負(fù)載和純電阻、在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載時，為補償電樞反應(yīng)負(fù)載時，為補償電樞反應(yīng)磁動勢的去磁作用和漏抗磁動勢的去磁作用和漏抗壓降，隨電樞電流的增加，壓降，隨電樞電流的增加，