《電機(jī)技術(shù)》4.2.1 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性任務(wù)手冊(cè)

同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性【任務(wù)要求】知識(shí)點(diǎn)技能點(diǎn)理解并掌握同步電機(jī)的空載特性、短路特性、外特性和電壓變化率、調(diào)節(jié)特性和效率特性會(huì)分析同步電機(jī)的空載特性、短路特性、外特性和電壓變化率、調(diào)節(jié)特性和效率特性重點(diǎn)難點(diǎn)外特性和電壓變化率外特性和電壓變化率【任務(wù)清單】任務(wù)1：空載特性空載特性:同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速空載運(yùn)行時(shí)，即n=n1，I=0時(shí)，端電壓U0與勵(lì)磁電流If的關(guān)系?？蛰d特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對(duì)稱性、匝間短路、判斷勵(lì)磁繞組和定子鐵心有無故障等。任務(wù)2：短路特性和短路比1、短路特性短路特性指同步發(fā)電機(jī)保持同步轉(zhuǎn)速下，定子三相繞組的出線端持續(xù)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，定子相電流I（即穩(wěn)態(tài)短路電流）與勵(lì)磁電流If的關(guān)系，即n=n1，U=0，時(shí)的I=f(If)。三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)接線圖空載特性與短路特性圖短路時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U=0，限制短路電流的僅是電機(jī)的內(nèi)部阻抗，由于一般同步發(fā)電機(jī)的電樞電阻遠(yuǎn)小于同步電抗可忽略不計(jì)，所以隱極式電機(jī)電抗為：短路電流:所以短路電流可認(rèn)為是純感性的，即j=90o，這時(shí)電樞電流只有直軸分量，它所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)基本上是一個(gè)純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢(shì)，即Fa=Fad，而Faq=0。若為凸極式發(fā)電機(jī)，此時(shí)繞組的電抗則為直軸同步電抗，因此不論是隱極機(jī)還是凸極機(jī)短路時(shí)都具有相同形式的等效電路和相量圖。從等效電路可看出，由于U=0，Ra=0，則任務(wù)3：外特性和電壓變化率外特性：同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即，=常值，=常值時(shí)，。電壓變化率：外特性用曲線形式表明了發(fā)電機(jī)端電壓變化的情況。而電壓變化率則定量地表示出運(yùn)行時(shí)端電壓隨負(fù)載波動(dòng)的程度。發(fā)電機(jī)的電壓變化率任務(wù)4：調(diào)節(jié)特性從外特性可見，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)端電壓也隨之變化，為了保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，必須同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。調(diào)整特性：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí)，勵(lì)磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即n＝，U=常值，常值時(shí)，。調(diào)整特性的變化趨勢(shì)與外特性正好相反，對(duì)于感性和純阻性負(fù)載，為補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用及電樞漏阻抗壓降，隨著負(fù)載的增加，若要保持端電壓為常數(shù)，就必須增加勵(lì)磁電流，所以這兩種情況下的調(diào)節(jié)特性都是上升的。對(duì)容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵(lì)磁電流，以維持端電壓恒定。任務(wù)5：效率特性效率特性：轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系；即，，時(shí)，。同步發(fā)電機(jī)在機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，會(huì)產(chǎn)生各種損耗，下面分別介紹這些損耗。1、定子銅損：指三相繞組的電阻損耗。2、定子鐵損：指主磁通在定子鐵芯中所引起的磁滯損耗和渦流損耗。3、勵(lì)磁損耗：指包括勵(lì)磁繞組基本銅損耗在內(nèi)的整個(gè)勵(lì)磁回路中的所有損耗，如同軸有勵(lì)磁機(jī)，也包括勵(lì)磁機(jī)的損耗在內(nèi)。4、機(jī)械損耗：包括軸承、電刷的摩擦損耗和通風(fēng)損耗。5、附加損耗：主要包括①定子端部漏磁在各金屬部件內(nèi)引起的渦流損耗，以及定、轉(zhuǎn)子鐵芯由齒槽引起的表面損耗；②定子的高次諧波磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子表面引起的損耗等。綜合上述同步發(fā)電機(jī)的總損耗，輸入功率與輸出功率具有如下關(guān)系總損耗求出后，效率即為效率也是同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一。現(xiàn)代空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機(jī)，額定效率大致在96%一98.5%內(nèi)；空冷汽輪發(fā)電機(jī)的額定效率大致在94％～97.8％內(nèi)；氫冷時(shí)，額定效率約可增高0.8％。【任務(wù)拓展】請(qǐng)認(rèn)真思考并回答下列問題1、測(cè)定同步發(fā)電機(jī)的空載特性和短路特性時(shí)，如果轉(zhuǎn)速降至0.95n1，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有什么影響？2、一般同步發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)定短路，當(dāng)Ik=IN時(shí)的勵(lì)磁電流Ifk和額定負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁電流IfN都已達(dá)到空載特性的飽和段，為什么前者Xd取未飽和值而后者取飽