[工学]chapter17 同步发电机对称运行时的特性.ppt

C.B. Zeng10/102006第十七章第十七章 同步发电机对称运行时的特性同步发电机对称运行时的特性 operating characteristic of synchronous generator主要内容：主要内容：n n1.1.空载特性、短路特性、负载特性（曲线）空载特性、短路特性、负载特性（曲线）n n2.2.测定同步电抗、计算短路比、测定漏抗测定同步电抗、计算短路比、测定漏抗n n3.3.外特性与调整特性外特性与调整特性n n4.4.电压变化率分析电压变化率分析1C.B. Zeng10/102006同步电机的特性分析基础同步电机的特性分析基础n n对称运行：指电机转速为额定值且保持恒定，并对称运行：指电机转速为额定值且保持恒定，并 供给三相对称负载时的一种供给三相对称负载时的一种稳态运行稳态运行方式方式 n n主要主要变量变量：电压：电压U U、、电枢电流电枢电流I I、、激磁电流激磁电流I If f和功和功 率因数率因数coscos • •主要主要参数参数：同步电抗：同步电抗x xs s、、x xd d、、x xq q及漏抗及漏抗x xσ σ2C.B. Zeng10/10200617-1 17-1 同步发电机的基本特性同步发电机的基本特性2 2、短路特性：、短路特性：4 4、外特性：、外特性：3 3、负载特性、负载特性: :5 5、调整特性：、调整特性：区别不同的条件、参数间关区别不同的条件、参数间关 系系1 1、空载特性、空载特性：：3C.B. Zeng10/102006标幺值计算时的基值标幺值计算时的基值n n定子侧定子侧电压基值电压基值————额定相电压额定相电压电流基值电流基值————额定相电流额定相电流容量功率基值容量功率基值————电压基值电压基值* *电流基值电流基值阻抗基值阻抗基值————电压基值电压基值/ /电流基值电流基值n n转子侧转子侧转子电流基值转子电流基值————空载电势为额定相电压时的激空载电势为额定相电压时的激 磁电流磁电流4C.B. Zeng10/10200617-2 17-2 对称负载时隐极同步发电机的对称负载时隐极同步发电机的 方程式、相量图及等效电路图方程式、相量图及等效电路图假设条件：不考虑饱和假设条件：不考虑饱和隐极发电机的电磁过程5C.B. Zeng10/102006n n1.1. 列定子回路电势方程式列定子回路电势方程式oO’6C.B. Zeng10/1020062 2、相矢量图、相矢量图假设已知假设已知U U，，I I及及 角，求角，求①①作作 ，，②② ( ( 、、 ) )均与均与 同向同向③③ 、、 分别滞后分别滞后 、、 E E0 0，，I I 之间的夹角为之间的夹角为 7C.B. Zeng10/102006(7)矢量部分：Ff 超前E0900，8C.B. Zeng10/102006XsRaRaXsj 9C.B. Zeng10/102006隐极隐极发电机的等效电路发电机的等效电路：：R Ra ax xs s只要去掉只要去掉R Ra a 即可得到简化等效电路即可得到简化等效电路10C.B. Zeng10/102006隐极隐极发电机的相量图发电机的相量图已知发电机的端电压已知发电机的端电压、、负载电流和功率负载电流和功率 因数因数coscosφ φ及参数及参数R Ra a 、、x xs sφψδ当功率因数当功率因数 coscos φ φ滞后时滞后时 的相量图的相量图sR Ra a11C.B. Zeng10/102006二、磁路不饱和二、磁路不饱和12C.B. Zeng10/10200617-3 17-3 对称负载时凸极同步发电机的对称负载时凸极同步发电机的 方程式及相量图方程式及相量图凸极发电机的电磁过程凸极发电机的电磁过程13C.B. Zeng10/102006一、不计饱和时相量图一、不计饱和时相量图 1 1 电压方程电压方程oO’14C.B. Zeng10/102006oO’15C.B. Zeng10/102006凸极凸极发电机的电势方程式发电机的电势方程式其中其中：：16C.B. Zeng10/102006 d轴2 2、相量图、相量图但在实际应用中但在实际应用中, ,E E0 0，， 未知未知无法分成无法分成已知已知 、、 如何确定如何确定 相位，即如何求出相位，即如何求出 1 1) )、思路：、思路：由由R R点做点做 垂垂线，交于线，交于，，则则RQRQ与水平与水平线间锐角为线间锐角为 RQ17C.B. Zeng10/1020062)、方法：假设已知U，I及 角、Xd，Xq求（1）作 ，q轴3)、计算：4)功角 ： 与 的夹角所在的方向q轴，确定18C.B. Zeng10/102006凸极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及 参数Ra 、xd、xq 。

1、已知内功率因数角ψ按照电势方程式的关系作出相量图2、未知内功率因数角ψ1）利用方程式求出ψ：2）利用公式求出ψ：19C.B. Zeng10/102006二二. . 考虑饱和考虑饱和计及饱和后，叠加原理不能应用，气隙合成磁场由合成磁势计及饱和后，叠加原理不能应用，气隙合成磁场由合成磁势来决定，即交、直轴各自的合成磁势及感应电势可分别根据实际来决定，即交、直轴各自的合成磁势及感应电势可分别根据实际 饱和情况由空载特性求取饱和情况由空载特性求取20C.B. Zeng10/10200617-4 17-4 同步发电机的短路特性，同步电抗同步发电机的短路特性，同步电抗 和短路比的求取和短路比的求取一、短路特性一、短路特性短短 路路 实实 验验 接接 线线 图图n n = = n nN N，，U U = 0(= 0(三相稳态短路三相稳态短路) )时时, , 短路电流短路电流I Ik k与励磁电流与励磁电流I If f的关系的关系 I Ik k= = f f ( (I If f) )21C.B. Zeng10/1020061 1、实验步骤：、实验步骤：n n①①电枢端三相短路；电枢端三相短路；n n②②原动机拖动转子至同步速度，原动机拖动转子至同步速度，n③调调I If f，，使使I I由零升至由零升至1.21.2I IN N左右左右n n④④画出画出22C.B. Zeng10/102006XsRaI0INIfKIf短路特性曲线隐极同步电机原理图短路特性曲线为什么是一条直线？短路特性曲线为什么是一条直线？23C.B. Zeng10/102006相矢图凸极同步电机忽略绕组电阻ra24C.B. Zeng10/102006短路时，定子回路阻抗由纯电感组成，故短路电流短路时，定子回路阻抗由纯电感组成，故短路电流I Ik k滞后滞后 90900 0，此时电枢反应纯去磁且，此时电枢反应纯去磁且综合综合(1)(2)(1)(2)所以所以 短路特性为直线短路特性为直线气隙电势很小，气隙电势很小，气隙磁势很小，整个电机得磁路处气隙磁势很小，整个电机得磁路处 于不饱和状态，则有于不饱和状态，则有25C.B. Zeng10/102006忽略绕组电阻ra短路运行时，短路运行时，I Ik k滞后于滞后于E E0 09090o o电角度，电角度，   =90 =90o o，，交轴交轴 分量分量I Iq q=0 =0 ，，电枢反应为电枢反应为纯纯去磁去磁作用。

作用n n去磁作用减少了电机中的磁通，去磁作用减少了电机中的磁通，磁路处于不饱和磁路处于不饱和 状态状态n n电枢磁势电枢磁势F Fa a正比于电枢电流正比于电枢电流I=I=I Ik k，，n n短路特性是一直线短路特性是一直线26C.B. Zeng10/102006Xd二、二、X Xd d不饱和值的确定不饱和值的确定 三相对称短路时，由短路电流引起的同步电三相对称短路时，由短路电流引起的同步电抗压降恰和励磁电势相等：抗压降恰和励磁电势相等：由于此时气隙磁势由于此时气隙磁势 不饱和，不饱和，X Xd d为不饱为不饱和值和值: :27C.B. Zeng10/102006312U IIfIf0IfkIkINUNE0'0在给定在给定I If f下，由空载特性下，由空载特性及短路特性即可求出及短路特性即可求出因为：此时不饱和，因为：此时不饱和， 故而用气隙线故而用气隙线3 3及短路及短路特性特性2 2求取：求取：28C.B. Zeng10/102006三、短路比及其确定三、短路比及其确定空载电势等于额定电压时的励磁电流称空载额空载电势等于额定电压时的励磁电流称空载额 定励磁电流定励磁电流I If fo o，，在励磁电流为在励磁电流为I If f0 0时做三相稳定短时做三相稳定短 路试验测得的短路电流路试验测得的短路电流I Ik k，，与额定电流与额定电流I IN N之比叫短之比叫短 路比路比K Kc c：（：（如下图）如下图）312U IIfIf0IfkIkINUNE0'0I Ifkfk为短路特性为短路特性I Ik k= =I IN N时的励磁电流时的励磁电流29C.B. Zeng10/102006312U IIfIf0IfkIkINUNE0'0短路比又可定义成：短路比又可定义成： 空载时使空载电压为空载时使空载电压为 额定值的励磁电流额定值的励磁电流I If f0 0与短路时使短路电流与短路时使短路电流 为额定值的励磁电流为额定值的励磁电流I Ifkfk的比值。

的比值短路比与不饱和电短路比与不饱和电 抗的关系抗的关系30C.B. Zeng10/102006ØØK Kc c是同步发电机一个重要的性能、经济指标是同步发电机一个重要的性能、经济指标当当K Kc c小时，小时，k ku u小，小，X Xd d大大△△U U大，稳定性差大，稳定性差气隙小，造价低，经济性好气隙小，造价低，经济性好当当K Kc c大时，大时， X Xd d小，气隙大，小，气隙大，电机性能好，造价高电机性能好，造价高K Ks s：：空载电压为额定值时电机的饱和系数空载电压为额定值时电机的饱和系数，若磁路不饱和，，若磁路不饱和，K Ks s=1=131C.B. Zeng10/102006分析分析：：短路比大，则同步电抗小，负载变化时发电机的电压短路比大，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，电机气隙较大，转子的额定激磁磁势和用铜量增大 短路比小，同步电抗大，负载变化时发电机的电压变短路比小，同步电抗大，负载变化时发电机的电压变 化就大化就大————电压调整率大电压调整率大，发电机的稳定度较差。

发电机的稳定度较差工程上工程上：：随着单机容量的增大，为了提高材料利用率，随机组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，降低短路比可以提高电机经济指标 32C.B. Zeng10/10200617-5 17-5 零功率因数负载特性零功率因数负载特性负载特性负载特性: :零功率因数负载特性零功率因数负载特性 ：：33C.B. Zeng10/102006一一 由试验测零功率因数负载特性由试验测零功率因数负载特性1. 1.实验过程：实验过程：( (1)1)如图接线图如图接线图ABCV V34C.B. Zeng10/102006(2). (2). 将转子拖至将转子拖至n nN N= =n n1 1电。