第603_同步发电机的运行特性.ppt

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1、3、 负载特性：当 =const,cos=const时,五种基本特性,1、 空载特性：当 =0时,2、 短路特性：当 =0时,4、 外 特 性：当 = const,cos=const时,5、 调整特性：当 = const,cos= const时,6.3 同步发电机的运行特性,同步发电机的运行特性可用实际值表示亦可用标么值表示标幺值计算时的基值,定子侧:电压基值额定相电压 电流基值额定相电流 容量功率基值电压基值*电流基值 阻抗基值额定阻抗电压基值/电流基值 转子侧:转子电流基值空载电势为额定相电压时的激磁电流 研究运行特性: 表达的物理意义 特性曲线的测取 反映电磁量间的关系 特性曲线的应用,

2、6.3.1 同步发电机空载特性,当同步发电机运行于n=n1, If 0 Ia=0时，即称为空载运行。 在空载运行状态下，表征E0 与if间的关系曲线， 即 ,称之空载特性,同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空载电势也随之改变。不同励磁电流和产生空载电势之间的关系,1）励磁电流由零升至最大值,2）励磁电流由最大值降为零,由于铁磁材料磁滞的原因, 空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线,同步发电机空载特性曲线的测定,因E0正比于f，而励磁电流又正比于励磁磁势，所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。空载特性主要用处： （1）空载特性可以反映出电机设计是否合理。如同

3、前面所分析的情况一样，额定电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。即反映电机磁路的饱和状态。 （2）反映电机磁与电联系 （3）空载特性配合短路特性可以求出电机参数,6.3.2 短路特性,如果略去电枢电阻，并将 代入,得到,当同步发电机运行于n=n1， If0，电枢三相绕组稳态短路（即U=0）时，称为短路运行。如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。短路特性就是研究这两个量之间的变化关系，并用IK =f(If)曲线表示,因为忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度，所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个

4、常数,短路特性是一条通过原点的直线,较小,较小,若忽略Ra, 则,而,去磁磁势,短路特性为一直线,同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生的电枢磁势对主磁极去磁，减少了电机中的磁通及感应电势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危险的,由于电枢磁势的直轴去磁作用，使电机中磁通小，磁路也不饱和，所以上式中的Xd也是一个常数,三相短路时，由于 滞后于 90电角度，即=90，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。所以,特性三角形,当 IK = IN时，Ifa、 为俩直角边构成的三角形，称之为特征三角形，其特点是俩直角边代表的物理意义,6.3.3 零功率因数特性,所谓零

5、功率因数特性指：在n=n1，I=恒定值、cos=0的条件下，所得到的特性U=f(if,在 I =定值条件下，把发电机端电压及励磁电流的变化关系描绘成曲线，便得到零功率因数特性,2零功率因数负载特性,1.零功率因数负载下的电磁关系,由于同步电机是在电感负载下运行，而电机本身的阻抗也是电感性的，因此，电势和电流之间夹角=90，所以电枢反应是纯粹的直轴去磁效应,同步发电机在电感负载下运行，主极磁势补偿了电枢反应去磁磁势后，剩余部分在电机气隙内产生磁通。所以励磁电流增加时，磁路能逐渐饱和，电压上升逐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上，零功率因数特性曲线的形状与空载特性曲线颇为类似,励磁磁势If作三项工作： 平

6、衡Fa的去磁效应 补充漏抗压降所需磁势 建立端电压U所需磁势 可见U=f(if) （cos=0） 与 间相差一特性三角形，其形状一样,在上图中我们可以看出，当U=0时的情况。在空载特性上， U=0 时，if =0；而在零功率因数曲线上，U=0 时，if =OC 。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢,0,C,1）零功率因数特性是在 U=0 定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降IX，所以需要一定励磁电流 ，以产生电势来平衡此漏电抗压降。 （2）零功率因数曲线是在纯电感负载下得到的，从图右以看出，此时的电枢反应是一个纯粹的去磁作用，所以再需要一定的励磁电流来抵消此电

7、枢反应去磁作用的影响,纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应 Faq=0, Fad=Fa,合成磁势,端电压,ABC称为特性三角形，它的垂直边是定子漏抗压降，水平边是电枢反应去磁磁势，这两边都正比于电枢电流，因此在电枢电流一定时，此特性三角形的,大小不变。所以当特性三角形的A点在空载特性上移动时，C点的轨迹就是零功率因数特性。反之也可以用作图的方法求取零功率因数特性,A,B,C,2.零功率因数曲线求取,短路点（I=IN,U=0） 调节发电机励磁电流，使三相稳定短路电流为额定值,额定电压点（ I=IN,U=UN ）调节发电机处于过激，电枢电流为额定值，输出有功功率为0（零功率因数），激磁电流和额定电压决

8、定该点,一是实验法：由可变电感性负载，通过实验测得；若电机容量较大时，将电机并入电网有功调节为零，调节励磁电流使电机仅输出无功电流IN而测得。二是作图法：利用空载特性和特性三角形求取,6.3.4 同步发电机的外特性和电压调整率,1.外特性,影响因数： 1. 电枢反应 2. 漏抗压降,显然，外特性曲线和负载的性质密切相关,在 n=n1,If=常数，cos常数 的条件下，同步发电机作单机运行，端电压U随负载电流而变化的关系特性曲线U=f(I,纯电阻负载:随着电枢电流增加，漏阻抗压降增加，加上电枢反应的去磁作用，端电压略有下降,外特性,当是感性负载时：曲线（2），此时随着负载电流的增加，端电压逐步下

9、降。这是因为考虑了电枢反应的去磁作用的影响，随着电枢电流增加，电枢反应的去磁作用加强，电机中的合成磁通减弱，所以端电压逐步下降,当是容性负载时：曲线（3），此时电流超前电压，此时的电枢反应是增磁作用，随着电枢电流的增加，合成的磁通在减小，所以端电压下降,0,1,2,3,2.同步发电机的励磁状态在不同负载性质下电机工作于额定状态所需要提电流不同,纯电阻负载： 正常励磁状态 电机仅向负载输送有功功率。 电感性负载： 滞后 过励磁状态 电机向负载输送有功功率和无功功率。 电容性负载： 超前 欠励磁状态 电机向负载输送有功功率和，但吸收无功功率或输送容性无功功率,3.电压调整率,定义：发电机的端电压随

10、负载的改变而变化，变化的程度我们可以通过电压调整率 来衡量。即,影响电压调整率的因素有：功率因数和同步电抗。一般发电机的电压调整率较大，常在20%-40%之间,6.3.5发电机的调整特性,在感性负载时，随负载增大，需增加励磁以抵消电枢反应的去磁作用,在容性负载时，随负载增大，需减小励磁以平衡电枢反应的助磁影响,调整特性：n=n1, U =const，cos=const，作单机运行，负载电流 I与励磁电流If的关系,物理意义：维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大小变化进行调节,6.3.6同步发电机特性曲线的应用,1.利用 和 U=f(if ) （cos=0） 求取x和Fa 实质是找出特征三角

11、形,2.保梯电抗xp,随着电压增加，三角形纵变将增大，对应于U=UN，边长为INP保梯(potier)三角形,气隙线,实际测得的U=f(if ) （cos=0,3. 求取Xd的不饱和值,短路时不计饱和,当发电机空载运行时，空载电动势等于额定电压时，所加的励磁电流 if 0 ，保持此励磁电流不变，在稳态短路时所对应电流为IK ，IK 与发电机额定电流IN之比，称为短路比Kc,短路比,分析：短路比略大于不饱和同步电抗的倒数 短路比大，则同步电抗小，负载变化时发电机的电压变化就小，并联运行时发电机的稳定度较高；设计上，电机气隙较大，转子的额定激磁磁势和用铜量增大，成本增加。 短路比小，同步电抗大，负

12、载变化时发电机的电压变化就大电压调整率大，发电机的稳定度较差。但电机几何尺寸减小，转子的额定激磁磁势和用铜量减小，成本降低。 工程上： 随着单机容量的增大，为了提高材料利用率，随机组容量增大短路比降低。 由于采用自动励磁调节装置，大大提高了运行稳定性，降低短路比可以提高电机经济指标,短路比和发电机的性能,5. 求取饱和同步电抗,磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场,不同的端电压时，Xd不同,特点,考虑磁路的饱和情况，直接反应电枢磁势Fa的作用,用保梯电抗xp代替漏抗，反映负载时转子漏磁 的变化 关键求取E0,6. 隐极发电机求U,气隙磁势的大小,气隙磁势的位置,电枢电流,电枢磁势,换算到转子侧的磁

13、势,确定额定运行状态的气隙电势,励磁磁势,确定额定励磁下的空载电压,查找空载特性曲线,磁动势超前电势90度,计算或从试验得到,基本思路,U、I,If,已知额定负载时U=UN，I=IN，conN 已知电机参数Xp，Ka,磁路饱和时的电磁过程,D轴饱和,7.凸极发电机求U,7.凸极发电机求U,基本思路,D轴合成磁动势的大小 Fd,电枢电流,电枢磁动势,换算到转子侧的磁动势,确定额定运行状态的气隙电动势,励磁磁动势,确定额定励磁下的空载电压,查找空载特性曲线,计算或从试验得到,发电机的空载特性,3. 6. 7 转差法测定xd、xq,同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，转子激磁绕组开路（不加激磁

14、），在定子端子上外施对称三相电压。为了避免转子被牵入同步，外施电压约为额定电压的1/4左右，且使其相序能保证电枢旋转磁场的转向与转子的转向致。 调节原动机转速，使约有1一2的转差。此时，定子旋转磁场的轴线交替地与转子直轴和交轴重合,当定子旋转磁场与转子直轴重合时，定子的电抗为Xd，此时电抗最大，定子电流最小，线路压降最小，端电压为最大。 当定子旋转磁场与转子交轴重合时，定子的电抗为Xq，此时电抗最小，定子电流最大，线路压降最大，端电压为最小,1 外施电压低，定子电枢磁场较小 2 无激磁电流，没有转子励磁磁场,Xd,Xq为不饱和值,计算,应用： 正常运行时，电机磁路饱和，d轴气隙小而磁导大，磁路饱和而使xd减小，分析时应用xd饱和值；短路时，由于电枢反应的去磁作用，使电机磁路处于不饱和状态，xd用不饱和值。 q轴：磁路气隙较长，磁导小，磁路不饱和，xq取不饱和值