第15章 同步发电机的运行原理及运行特性.ppt

第15章 同步发电机的运行原理及运行特性 15.1 同步发电机的空载运行 电机结构应使气隙磁场的分布尽量接近正弦波。若基波分量的每极磁通量为Φ0，则空载时定子绕组每相感应电动势的有效值为 电机磁路的饱和系数kμ为 15.2 对称负载时 的电枢反应 15.2.1 和 同相 （ψ=0）时的电枢反应 15.2.2 滞后 （ψ=90°）时的电枢反应 15.2.3 超前 （ψ=-90°）时的电枢反应 15.2.4 滞后 一个锐角ψ时的电枢反应 可将Fa分成直轴和交轴两个分量，即 也可将每相电流 分解为直轴和交轴分量 和 ，即 15.3.1 隐极同步电机 15.3 同步电抗的概念 因为 滞后 ，亦滞后 ，所以电动势 可以写成负的电抗压降，即 xa称为电枢反应电抗。 由于 ，同样， 也可以写成负的电抗压降，即 称为定子绕组漏电抗，与感应电机定子漏抗含意相同。 在三相对称电流流过电枢绕组后，产生与 定子绕组交链的总磁通为 ，在定子绕组中产生的总电动势为 15.3.2 凸极同步电机 由于不计饱和影响时， 因此可以用两个电抗来表示电枢反应电动势与电流的关系，它 们分别称为直轴电枢反应电抗 和交轴电枢反应电抗 。这样 和 可以写成下列负的电抗压降，即 和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗各和定子漏抗相加，便得到直轴和交轴同步电抗，即 15.4 隐极同步发电机的电动势方程式和相量图 同步发电机在对称负载下运行时，气隙中存在着两种磁动势，即转子上 产生的 和定子上 系统产生的 。若不考虑磁路饱和，可以应用叠加原理，即各个磁动 势分别产生磁通，并在定子绕组中感应电动势。其关系如下： 若按图15-8规定正方向，根据基尔霍夫第二定律，可写出电枢任一相的电动势方程式为 将式（15-9）代入式（15-12），可得 在图15-9（b）中，ψ表示 与 的夹角，θ表示 与 的夹角， 表示 与 的夹角，三者存在下列关系： 根据图15-9（b）的相量关系，将 按 角分解为 及 后，可得ψ及E0的计算公式 15.5 凸极同步发电机的电动势方程式和相量图 凸极同步发电机在对称负载下运行时，气隙中也存在Ff和Fa两种磁动势，由于凸极电机气隙不均匀，必须将Fa分解为Fad和Faｑ两个分量，不计磁路饱和时，可以和隐极电机一样应用叠加原理。其关系如下： 正方向的规定和隐极电机相同，可写出凸极电机电枢任一相的电动势方程式为 将式（15-8）及式（15-10）代入式（15-17）可得 若把上式的漏抗压降用 表示成直轴和交轴两个分量，代入式（15-18）可得 忽略很小的电阻压降，可得 为了确定ψ角的大小，可将式（15-20）进行一些变换，若在该式的两边都减去 ，可得 15.6 同步发电机的空载、短路、零功率因数特性及电抗测定 15.6.1 空载特性 15.6.2 短路特性 15.6.3 由空载及短路特性求xd的不饱和值和短路比 （1）由空载和短路特性求xd的不饱和值 前面已说明，短路时磁路不饱和，且U=0，Ik=Id，电动势方程式为 （2）同步发电机的短路比 短路比kc是指在空载产生额定电压的励磁电流If 0下发生三相稳态短路时的短路电流Ik0与额定电流IN之比。由图15-12可得 15.6.4 零功率因数负载特性和保梯电抗 由 求得的漏抗称为保梯（Potier）电抗xp，即 *15.6.5 由空载特性和零功率因数负载特性求xd的饱和值 15.6.6 用转差法求稳态xｑ和xd的不饱和值 当Fa对准转子直轴时，磁路的磁阻小，相应的电抗大，为xd，而I=Id=Imin，由于供电线路压降小，使电枢端电压U=Umax，此时励磁绕组交链的磁通为最大，其变化率为零，转子绕组感应电压uf 0=0，故得 当Fa对准转子交轴时，磁路的磁阻大，相应的电抗小，为xｑ，而I=Iｑ=Imax，