同步發(fā)電機的運行特性

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

2、Ik＝f(if),4、 外 特 性：當if= const,CosΦ=const時， U＝f(I),5、 調(diào)整特性：當U= const,CosΦ= const時, if＝f(I),6.3.1 同步發(fā)電機的運行特性,一、同步發(fā)電機空載特性曲線的測定,同步發(fā)電機達到同步轉(zhuǎn)速后，加入勵磁電流，改變勵磁電流，空載電勢也隨之改變。,1、 勵磁電流由零升至最大值,2、 勵磁電流由最大值

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 空載特性的實驗測定及校正,1,2,,,圖6.29 三根空載特性曲線,二、 同步發(fā)電機的短路特性,當U=0、保持n=nN時， Ik＝f(If),1、短路時（U=0）電動勢方程隱極機：凸極機：即,2、短路特性曲線 已知 、當Ra=0時,隱極機：,凸極機：,??900,電樞磁勢

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的直線。,.,穩(wěn)態(tài)短路時，電機中的電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，電機的磁通和感應電勢較小，短路電流也不會過大，所以三相穩(wěn)態(tài)短路運行沒有危險。,圖6.30 短路特性,圖6.31 穩(wěn)態(tài)短路時-

5、空矢量,3、穩(wěn)態(tài)短路時-空矢量圖,三角形ABC為同步發(fā)電機的特性三角形。 =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,對應的磁通也小,電機磁路不飽和,思考： 同步發(fā)電機定子繞組的出線端短路后，電樞電流 I 隨勵磁電流 If 變化，兩者為什么成正比關(guān)系？,① 隱極機：短路時 故 Xt=E0' /IK 短路時磁路不飽和，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?。?② 凸極機：短路時,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)驗公式 Xq ? 0.65Xd可求Xq。,★定義：當發(fā)電機空載運行時，空載電動勢等于額定電壓時，所加的勵磁電流 If0 ，保持此If0不變，在穩(wěn)態(tài)短路時所對應的短路電流為IK0 ， IK0與發(fā)電機額定電流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磁電流If0 ' ---產(chǎn)生氣隙線上空載額定電壓所需的勵磁電流IfK ---產(chǎn)生額定短路電流所需的勵磁電流k? ---電機主磁路的飽和系數(shù),,★kc分析： kc小，負載變化時，發(fā)電機電壓變化較大，并聯(lián)運行時穩(wěn)定性較差，但電機造價便宜。若：增大電機氣隙,Xd?? kc?此時，電機靜態(tài)穩(wěn)定性好，過載能力強，但要增大勵磁磁動勢，轉(zhuǎn)子用銅量增大，造價高。汽輪發(fā)電機： kc =0

10、.4~1水輪發(fā)電機：kc =0.8~1.8,1、定義 發(fā)電機的負載特性是指當負載電流=常數(shù)，功率因數(shù)cosj=常數(shù)的條件下，端電壓U與勵磁電流的關(guān)系 。其中當cosj=0時一條負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 的負載為純電感負載， Ra遠小于回路電抗，故y=900，零功率因數(shù)負載時的電樞磁動勢也是純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢。,,Ff,,,Fad ',,,Fad &#

11、39;,F? ',,,,Fad ' = Fa ',,圖6.31零功率因數(shù)負載時時-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特性三角形（見圖6.31）,圖6.31 零功率因數(shù)負載特性的分析,,三角形EAF也為同步發(fā)電機的特性三角形。 = UN? =IX? =If0 =If =Ifa :克服漏阻

12、抗壓降IX?所需勵磁電流,在測定零功率因數(shù)負載特性時，I保持不變，故特性三角形大小不變。 若X?已知，對應于一固定I的去磁作用的等效勵磁磁動勢力Ifa，該三角形唯一確定，將左上角頂點沿空載特性移動時，其右下角頂點的軌跡即為所求的零功率因數(shù)負載特性。,若零功率因數(shù)負載特性是實測(設I=IN)的，如圖6.35中虛線所示，此時特性三角形為A“ B” C “ ， 大于 ，計算的電抗將大于漏抗X?，稱為保梯電抗XP，XP=

13、 /IN 實測零功率因數(shù)負載特性3與理想零功率因數(shù)負載特性2不同是由于轉(zhuǎn)子漏磁影響。若測零功率因數(shù)負載特性時電壓低，磁路不飽和，則仍為曲線2，此時作特性三角形可求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，特性三角形縱邊長為IX?，橫邊長為Ifad=Ifa，稱為短路三角形。隨電壓升高，縱邊逐漸增長，橫邊逐漸變小，對應于U=UN時所得特性三角形縱邊長為IXp，稱保

14、梯三角形。凸極機： Xp=(1.05~1.1)X? 隱極機： 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)電機單機運行時,端電壓U隨負載電流而變化的關(guān)系曲線U=f(I) 。,四、外特性和電壓調(diào)整率,感性負載及純電阻負載：電樞反應去磁★感性負載(j>0,y>90 >0，cos j滯后)，勵磁電流If不變時，隨著電樞電流I的增大，有兩個

15、因素導致端電壓下降： 電樞反應的去磁? ? E??U ? ；漏抗壓降IRa的增大。故感性負載同步電機的外特性是下降的曲線。,2、外特性曲線形狀與負載的性質(zhì)有關(guān)。,★容性負載對于(j <0,y<90，cos j超前)，電樞反應為增磁作用，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。★純電阻負載:電樞反應去磁,外特性是下降曲線.,3、為使不同cosj下，I=IN時均有U=UN，則 感性

16、負載下所需勵磁電流If大----過勵狀態(tài) 容性負載下所需勵磁電流If小----欠勵狀態(tài) 純電阻負載cosj=1下所需勵磁電流If----正常勵磁狀態(tài)。,例6-1 一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗的標幺值為 ， ，電樞電阻略去不計，試計算該機在額定電壓、額定電流、 (滯后) 時激磁電動勢的標幺值 (不計飽和),解 以端電壓作為參