同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

1、同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速保持恒定、負(fù)載功率因數(shù)不變的條件下，有三個(gè)主要變量：定子端電壓U、負(fù)載電流I、 勵(lì)磁電流if。三個(gè)量之中保持一個(gè)量為常數(shù)，求其它兩個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系就是同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。,6.3 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,3、 負(fù)載特性：當(dāng)I=const,CosΦ=const時(shí), U＝f(if),五種基本特性：,,1、 空載特性：當(dāng)I=0時(shí)，E0 (U0) ＝f(if),2、 短路特性：當(dāng)U=0時(shí)，

2、Ik＝f(if),4、 外 特 性：當(dāng)if= const,CosΦ=const時(shí)， U＝f(I),5、 調(diào)整特性：當(dāng)U= const,CosΦ= const時(shí), if＝f(I),6.3.1 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,一、同步發(fā)電機(jī)空載特性曲線的測(cè)定,同步發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后，加入勵(lì)磁電流，改變勵(lì)磁電流，空載電勢(shì)也隨之改變。,1、 勵(lì)磁電流由零升至最大值,2、 勵(lì)磁電流由最大值

3、降為零,由于鐵磁材料磁滯的原因, 空載電勢(shì)略有不同，一般取下降的空載特性曲線。,,,If,U0=E0,,,,,,,,,,,,?if0,圖6.28 空載特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定及校正,1,2,,,圖6.29 三根空載特性曲線,二、 同步發(fā)電機(jī)的短路特性,當(dāng)U=0、保持n=nN時(shí)， Ik＝f(If),1、短路時(shí)（U=0）電動(dòng)勢(shì)方程隱極機(jī)：凸極機(jī)：即,2、短路特性曲線 已知 、當(dāng)Ra=0時(shí),隱極機(jī)：,凸極機(jī)：,??900,電樞磁勢(shì)

4、基本上為純直軸去磁，F(xiàn)a=Fad,Faq=0.,F?’ =Ff –Fad ’（數(shù)值上）又因磁路不飽和，F(xiàn)?’ ?IK Fad ’ ?IK 故：有Ff ?IK 即If ?IK 短路特性為一條過原點(diǎn)的直線。,.,穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，電機(jī)中的電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，電機(jī)的磁通和感應(yīng)電勢(shì)較小，短路電流也不會(huì)過大，所以三相穩(wěn)態(tài)短路運(yùn)行沒有危險(xiǎn)。,圖6.30 短路特性,圖6.31 穩(wěn)態(tài)短路時(shí)-

5、空矢量,3、穩(wěn)態(tài)短路時(shí)-空矢量圖,三角形ABC為同步發(fā)電機(jī)的特性三角形。 =Fad‘ =INX?,圖6.32特性三角形,4、特性三角形（短路三角形）,數(shù)值小,對(duì)應(yīng)的磁通也小,電機(jī)磁路不飽和,思考： 同步發(fā)電機(jī)定子繞組的出線端短路后，電樞電流 I 隨勵(lì)磁電流 If 變化，兩者為什么成正比關(guān)系？,① 隱極機(jī)：短路時(shí) 故 Xt=E0' /IK 短路時(shí)磁路不飽和，故在同一

6、Ff ( If )下，由空載特性中的氣隙線E0'=f (Ff )求得E0 ' ，由短路特性求得IK，由Xt=E0' /IK得不飽和同步電抗Xt 。,5、不飽和同步電抗的求取,（利用圖6.29短路特性、空載特性求取）,② 凸極機(jī)：短路時(shí),Xd不飽和=E0' /IK,Xd*不飽和= Xd不飽和/Zb =(E0' IN? ) / ( IKUN? ) =E0' * /IK * 在同

7、一Ff ( If )下，由空載特性中的氣隙線E0' =f (Ff )求得E0 ’ ，由短路特性求得IK，由Xd不飽和=E0' /IK得不飽和同步電抗Xd 。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 Xq ? 0.65Xd可求Xq。,★定義：當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，空載電動(dòng)勢(shì)等于額定電壓時(shí)，所加的勵(lì)磁電流 If0 ，保持此If0不變，在穩(wěn)態(tài)短路時(shí)所對(duì)應(yīng)的短路電流為IK0 ， IK0與發(fā)電機(jī)額定電流IN 之比，稱為短路比 ，用kc表示。,★

8、kc = IK0 / IN = If0 (U0 =UN) / IfK (IK =IN) = (If0 / If0 ')* (If0 '/ IfK)=k? UN / E0 '= k? / Xd*不飽和,6、短路比,(圖6.29中黑線所示）,If,E,,,,,,,E0,,,E0',氣隙線,,,IK,,,,UN,If0,IK0,,,IN,,IfK,If0 ',圖6.29 由空載短路特性確定同步電

9、抗和kc,If0 ---產(chǎn)生空載額定電壓所需的勵(lì)磁電流If0 ' ---產(chǎn)生氣隙線上空載額定電壓所需的勵(lì)磁電流IfK ---產(chǎn)生額定短路電流所需的勵(lì)磁電流k? ---電機(jī)主磁路的飽和系數(shù),,★kc分析： kc小，負(fù)載變化時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓變化較大，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性較差，但電機(jī)造價(jià)便宜。若：增大電機(jī)氣隙,Xd?? kc?此時(shí)，電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性好，過載能力強(qiáng)，但要增大勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子用銅量增大，造價(jià)高。汽輪發(fā)電機(jī)： kc =0

10、.4~1水輪發(fā)電機(jī)：kc =0.8~1.8,1、定義 發(fā)電機(jī)的負(fù)載特性是指當(dāng)負(fù)載電流=常數(shù)，功率因數(shù)cosj=常數(shù)的條件下，端電壓U與勵(lì)磁電流的關(guān)系 。其中當(dāng)cosj=0時(shí)一條負(fù)載特性稱為零功率因數(shù)特性。,三、零功率因數(shù)特性,2、相量圖 cosj=0 的負(fù)載為純電感負(fù)載， Ra遠(yuǎn)小于回路電抗，故y=900，零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)也是純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動(dòng)勢(shì)。,,Ff,,,Fad ',,,Fad &#

11、39;,F? ',,,,Fad ' = Fa ',,圖6.31零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)時(shí)-空矢量圖,E? =U+ IX?F? ' =Ff- Fa ',3、零功率因數(shù)特性與空載特性之間存在一個(gè)特性三角形（見圖6.31）,圖6.31 零功率因數(shù)負(fù)載特性的分析,,三角形EAF也為同步發(fā)電機(jī)的特性三角形。 = UN? =IX? =If0 =If =Ifa :克服漏阻

12、抗壓降IX?所需勵(lì)磁電流,在測(cè)定零功率因數(shù)負(fù)載特性時(shí)，I保持不變，故特性三角形大小不變。 若X?已知，對(duì)應(yīng)于一固定I的去磁作用的等效勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)力Ifa，該三角形唯一確定，將左上角頂點(diǎn)沿空載特性移動(dòng)時(shí)，其右下角頂點(diǎn)的軌跡即為所求的零功率因數(shù)負(fù)載特性。,若零功率因數(shù)負(fù)載特性是實(shí)測(cè)(設(shè)I=IN)的，如圖6.35中虛線所示，此時(shí)特性三角形為A“ B” C “ ， 大于 ，計(jì)算的電抗將大于漏抗X?，稱為保梯電抗XP，XP=

13、 /IN 實(shí)測(cè)零功率因數(shù)負(fù)載特性3與理想零功率因數(shù)負(fù)載特性2不同是由于轉(zhuǎn)子漏磁影響。若測(cè)零功率因數(shù)負(fù)載特性時(shí)電壓低，磁路不飽和，則仍為曲線2，此時(shí)作特性三角形可求X? 。,4、保梯電抗,圖6.35 由空載和零功率因數(shù)特性求特性三角形,,,三相穩(wěn)定短路時(shí)，特性三角形縱邊長(zhǎng)為IX?，橫邊長(zhǎng)為Ifad=Ifa，稱為短路三角形。隨電壓升高，縱邊逐漸增長(zhǎng)，橫邊逐漸變小，對(duì)應(yīng)于U=UN時(shí)所得特性三角形縱邊長(zhǎng)為IXp，稱保

14、梯三角形。凸極機(jī)： Xp=(1.05~1.1)X? 隱極機(jī)： Xp=(1.1~1.3)X?,1、外特性 n=nN, If =常數(shù),cosj=常數(shù)條件下，同步發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí),端電壓U隨負(fù)載電流而變化的關(guān)系曲線U=f(I) 。,四、外特性和電壓調(diào)整率,感性負(fù)載及純電阻負(fù)載：電樞反應(yīng)去磁★感性負(fù)載(j>0,y>90 >0，cos j滯后)，勵(lì)磁電流If不變時(shí)，隨著電樞電流I的增大，有兩個(gè)

15、因素導(dǎo)致端電壓下降： 電樞反應(yīng)的去磁? ? E??U ? ；漏抗壓降IRa的增大。故感性負(fù)載同步電機(jī)的外特性是下降的曲線。,2、外特性曲線形狀與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。,★容性負(fù)載對(duì)于(j <0,y<90，cos j超前)，電樞反應(yīng)為增磁作用，電樞電流I增大，端電壓U反而增大。圖6-32 給出了各種情況下的外特性曲線?！锛冸娮柝?fù)載:電樞反應(yīng)去磁,外特性是下降曲線.,3、為使不同cosj下，I=IN時(shí)均有U=UN，則 感性

16、負(fù)載下所需勵(lì)磁電流If大----過勵(lì)狀態(tài) 容性負(fù)載下所需勵(lì)磁電流If小----欠勵(lì)狀態(tài) 純電阻負(fù)載cosj=1下所需勵(lì)磁電流If----正常勵(lì)磁狀態(tài)。,例6-1 一臺(tái)凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸和交軸同步電抗的標(biāo)幺值為 ， ，電樞電阻略去不計(jì)，試計(jì)算該機(jī)在額定電壓、額定電流、 (滯后) 時(shí)激磁電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)幺值 (不計(jì)飽和),解 以端電壓作為參