《電機技術》4.1.4 同步發(fā)電機的電樞反應任務手冊

同步發(fā)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(zhì)(Ψ=0?、Ψ=90?、Ψ=-90?)理解電樞反應與機電能量轉(zhuǎn)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(zhì)的分析與應用；會進行電樞反應與機電能量轉(zhuǎn)換的關系的分析重點難點電樞反應的性質(zhì)及電樞反應；機電能量轉(zhuǎn)換的關系電樞反應的性質(zhì)及電樞反應；機電能量轉(zhuǎn)換的關系【任務清單】任務1：空載電動勢一、空載運行:同步發(fā)電機被原動機拖動到同步轉(zhuǎn)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(fā)電機空載運行時，氣隙中只有轉(zhuǎn)子勵磁磁動勢Ff產(chǎn)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(chǎn)生電樞磁動勢Fa，因而此時同步發(fā)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(zhuǎn)，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(fā)生變化，這種影響稱為電樞反應?？蛰d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(zhì)(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(zhuǎn)子電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其方向和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，企圖阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。而電樞電流與空載電動勢同相，可認為是有功分量?？梢姡l(fā)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(zhuǎn)矩作功，結果是機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。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(chǎn)生的阻力轉(zhuǎn)矩也就越大，這就要求原動機輸入更多的的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽拍芫S持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變。任務4：電樞反應的性質(zhì)(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(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的電磁力不形成轉(zhuǎn)矩，不妨礙轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。任務5：電樞反應的性質(zhì)(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(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的電磁力不形成轉(zhuǎn)矩，不妨礙轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。任務6：電樞反應與機電能量轉(zhuǎn)換的關系同步發(fā)電機空載時不存在電樞反應，也不存在機電能量轉(zhuǎn)換關系。帶上負載后，定子電流產(chǎn)生了電樞磁場，它與轉(zhuǎn)子之間有相互電磁作用。由于負載性質(zhì)不同，電樞磁場與轉(zhuǎn)子之間的電磁作用也不同。下面分析不同負載性質(zhì)時，電機內(nèi)部的機電能量轉(zhuǎn)換情況。1）有功電流在電機內(nèi)部產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩發(fā)電機帶阻性有功負載時,機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?）感性無功電流使發(fā)電機的端電壓降低發(fā)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(fā)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(fā)電機的端電壓升高發(fā)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(fā)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(zhì)負載下電樞反應與機電能量轉(zhuǎn)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(nèi)功率因數(shù)角，什么是外功率因數(shù)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(fā)電機電樞反應性質(zhì)由什么決定?5、有一臺三相汽輪發(fā)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