第8章 同步发电机的运行原理.docx

第8章 同步发电机的运行原理8.1 同步发电机的主磁通一、空载运行时的主磁通 空载运行：同步发电机被原动机带动到同步转速,转子励磁绕组通过直流励 磁电流,定子绕组开路电流为零）时的运行情况空载时发电机内部电磁关系萝壬 励磁电谎bJ励磁磁势巴气阴： 空载主磯通©0三相对称空载电势E（m、定子电流f = 0空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电流大小决定二、带对称负载时的主磁通1. 负载时发电机内部电磁关系转子励磁电流“一励磁磁勢气隙空载主磁通％（相対定子三相对称空载电势一定子三相对称电流Em Eun、for 人、ft? i Ic电枢磁通少辺=负载申T电枢磁势尺电枢磁势Fa与励磁磁势Ff转向相同、转速相等，在空间相对静止，成为“同 步”2. 电枢反应电枢反应：指同步发电机对称负载时，电枢磁势Fa对励磁磁势Ff影响 电枢反应的性质 ：直轴去磁电枢反应、直轴助磁电枢反应和交轴电枢反应 电枢反应的性质取决数角W,即空载电势E0与定子电流I的夹角，内功率因数角 W的大小与同步发电机的负载大小、性质以数有关时空矢量图：含有时间相量和空间向量的矢量图 作时空矢量图确定电枢反应的性质 的规律：取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴方向，空载磁通①0与Ff同方向，空载电势E0滞后空载090°,定子电流I滞后空载电势E0的角度为内功率因数角W,电 枢磁势Fa与定子电流I同相位。

1) 2 =0°时的电枢反应电枢磁势Fa滞后励磁磁势Ff90°，合成磁势F 6的大小略有增加，分布滞后励磁磁势Ff—个锐角，性质为交轴电枢反应2) 2 =90°时的电枢反应EoFi电枢磁势Fa与励磁磁势Ff方向相同，合成磁动势的幅值加大，此时电枢反 应称为直轴助磁电枢反(4) 一般情况下(0°<2 <90时)将I分解为直轴分量Id和交轴分量Iq，Id产生直轴电枢磁动势Fad，Fad与Ff 反相，起去磁作用；Iq磁动势Faq，Faq与Ff正交，起交磁作用此时电枢反应的 性质为既有交轴电枢反应、又有直轴去磁电枢反应8.2 同步发电机的电动势方程式和相量图、隐极同步发电机1.电磁过程2.电动势方程式若定子任一相的电动势方程式为1总=宜氐+& +£ =寸+妃忽略电阻压降，则方程式表示为・ ・ ・ ・耳+巴+码"为便于计算，可将、表示为电抗压降玄=-”兀4 =-戏岛称为电枢反应电抗它表征了对称负载下单位电枢电流所产生的电枢反应 磁场在一相绕组中所感应的电动势称为定子绕组漏电抗，它表征了对称负载下单位电枢电流所产生对于漏磁 通与电枢绕组交链在绕组中感应的漏电动势■ ■ ■ ■ ■ ・血 + 町=_ J（丘也 = = -jlxt隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写为岛=疗十此称为隐极同步发电机的同步电抗。

它表征对称稳态运行时，电枢旋转磁场和 漏磁场八’总效应的一个综合参数同步电抗是同步负载波动的幅度、发3.等值电路和相£电机的一个重要参数，它的大小直接影响发电机端电压随 电机短路电流的大小及在大电网中并列运行的稳定性 量图〉由相量图可求得爲=J （比+凤in初$ + 冷材二、凸极同步发电机1. 电磁过程2. 电动势方程式凸极同步发电机定子任一相的电动势方程式为爲+ % + % +叭=□ +仇忽略电枢电阻，将、、表示为电抗压降,凸极同步发电机的电动势方程式为=u护& +量皿+』（厶+4）^ =U +儿仏+百）+心％+召）=力+拡丹+儿咅3. 相量图根据电动势相量图可计算得^0 =厂匚恥〔料一呵十仃比=U cos &十叽sin妙Zr + L7 sin tp tan 附二 U COE Q例：一台汽轮发电机=135MW,定子三相绕组Y接法，额定电压=13.8kV, cos =0.8（滞后），=2.35Q，忽略电枢电阻，求额定运行时的和解：发电机定子额定电流发电机定子采用Y接法，其额定相电压总啊=J®丹eg ©r+①z/血评=7(7.97x0.8)2 +(7.97x0.6 + 7.06x2.35)2=22.3 (kV)8.3 同步发电机的运行特性一、空载特性若基波分量的每极磁通量为①0,则空载时定子绕组每相感应电动势的有效 值为E0=4.44fNlkNl ① 0同步发电机的空载特性:指在同步转速下，空载电势E0与励磁电流If的关系, 即E0=f(If)。

电机磁路的饱和系数通常同步发电机的大约为1.1〜1.25电机磁路的饱和系数通常同步发电机的大约为1.1〜1.25二、短路特性 短路特性:指在同步转速下，定子绕组三相短路时，定子短路电流与励磁电流的关系，即短路特性就是一条通过原点的直线 短路比：指当空载电压为额定电压时，发电机出线端短路的短路电流IkO与额定电流IN之比值短路比是影响到同步发电机技术经济指标好坏的一个重要参数三、外特性和电压调整率1.外特性外特性:指，二常数,cos =常数的条件下，机端电压随负载电流而变化的关系, 即各种负载的性质情况下的外特性曲线O对于感性负载，在励磁电流不变的情况下，随着电枢电流的增大，有两个因 素导致端电压下降，其一是电枢反应的去磁作用的增强，其二是漏抗压降的增大 所以感性负载时，同步电机的外特性是下降的曲线对于容性负载，电枢反应表现为增磁作用，随着电枢电流的增大，端电压反 而增大2.电压变化率 当保持额定运行时的励磁电流和转速不变，将发电机的完全甩负荷时,发电 机的端电压 将由变化为空载电动势，电压变化的幅度可以用电压调整率来表示AU= E^~U^ xlOO%5△是发电机的性能指标之一，按国家标准规定应不大于50%。

四、调节特性调节特性：指，二常数,cos二常数的条件下，励磁电流随负载电流而变化的 关系, 即不同负载时的调节特性曲线 对于纯电阻性和阻感性负载，为了补偿负载电流形成电枢反应的去磁作用和 绕组漏阻抗压降，保持发电机的端电压不变，就必须随负载电流的增大相应增大 励磁电流，因此调节特性曲线是上升的对于容性负载，为了抵消直轴助磁的电枢反应作用，保持发电机的端电压不变，就必须随负载电流的增大相应减小励磁电流，因此调节特性曲线是下降的。