《电机技术》4.1.4 同步发电机的电枢反应任务手册

同步发电机的电枢反应【任务要求】知识点技能点掌握空载电动势、电枢反应的概念；掌握电枢反应的性质(Ψ=0˚、Ψ=90˚、Ψ=-90˚)理解电枢反应与机电能量转换的关系空载电动势、电枢反应的分析；不同角度电枢反应的性质的分析与应用；会进行电枢反应与机电能量转换的关系的分析重点难点电枢反应的性质及电枢反应；机电能量转换的关系电枢反应的性质及电枢反应；机电能量转换的关系【任务清单】任务1：空载电动势一、空载运行:同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通以直流电流，定子绕组开路时的运行称为空载运行。二、空载电动势，，忽略高次谐波时，励磁电动势(相电动势)的有效值为任务2：什么是电枢反应同步发电机空载运行时，气隙中只有转子励磁磁动势Ff产生的主磁场。带上负载后，三相定子绕组流过三相对称电流I，产生电枢磁动势Fa，因而此时同步发电机气隙中同时存在励磁磁动势Ff和电枢磁动势Fa，这两个磁动势以相同的速度和方向旋转，共同建立负载时气隙中的合成磁动势Fδ。电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化，这种影响称为电枢反应。空载时的气隙磁动势：负载时的气隙磁动势：三种磁动势的比较:电枢磁动势Fa和励磁磁动势Ff在空间相对静止，气隙中的磁动势Fδ为以上两个磁动势的合成磁动势。任务3：电枢反应的性质(Ψ=0˚)因为落在交轴上，故和同相时的电枢反应称为交轴电枢反应。交轴电枢反应对转子电流产生电磁转矩，其方向和转子的转向相反，企图阻止转子旋转。而电枢电流与空载电动势同相，可认为是有功分量。可见，发电机要输出有功功率，原动机就必须克服有功电流引起的阻力转矩作功，结果是机械能转变为电能。输出的有功功率越大，有功电流分量就越大，交轴电枢反应就越强，所产生的阻力转矩也就越大，这就要求原动机输入更多的的机械能转变为电能，才能维持发电机的转速不变。任务4：电枢反应的性质(Ψ=90˚)滞后为90˚，因为落在直轴上，该电枢反应称为直轴电枢反应，是纯粹起去磁作用的。直轴电枢反应对转子电流所产生的电磁力不形成转矩，不妨碍转子的旋转。任务5：电枢反应的性质(Ψ=-90˚)超前90˚，因为落在直轴上，也称为直轴电枢反应，是纯粹起增磁作用的。直轴电枢反应对转子电流所产生的电磁力不形成转矩，不妨碍转子的旋转。任务6：电枢反应与机电能量转换的关系同步发电机空载时不存在电枢反应，也不存在机电能量转换关系。带上负载后，定子电流产生了电枢磁场，它与转子之间有相互电磁作用。由于负载性质不同，电枢磁场与转子之间的电磁作用也不同。下面分析不同负载性质时，电机内部的机电能量转换情况。1）有功电流在电机内部产生制动转矩发电机带阻性有功负载时,机械能转变为电能。2）感性无功电流使发电机的端电压降低发电机带感性无功负载时,不需要原动机增加机械能。但是直轴去磁电枢反应对气隙磁场有去磁作用，致使发电机端电压下降。为维持电压恒定所需的励磁电流也需要相应增加。3）容性无功电流使发电机的端电压升高发电机带容性无功负载时,不需要原动机增加机械能。但是直轴助磁电枢反应对气隙磁场有助磁作用，致使发电机端电压上升。为维持电压恒定所需的励磁电流也需要相应减小。不同性质负载下电枢反应与机电能量转换示意图【任务拓展】请认真思考并回答下列问题1、什么是直轴（d轴），什么是交轴（q轴）？2、什么是内功率因数角，什么是外功率因数角，什么是功率角？3、同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？4、同步发电机电枢反应性质由什么决定?5、有一台三相汽轮发电机，PN=25000kW，UN=10.5kV，Y接法，cosφN=0.8（滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标幺值为Xs*=2.13。电枢电阻忽略不计。每相励磁电动势为7520V，试求分下列几种情况接上