同步发电机的运行原理.ppt

1、A,1,第6章 同步发电机的运行原理,同步发电机的主磁通 同步发电机的电动势方程式和相量图 同步发电机的运行特性,A,2,一、空载运行时的主磁通 同步发电机空载运行是指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（定子绕组电流为零）时的运行状况。（图示）,6.1 同步发电机的主磁通,A,3,从图可见，主极磁通分成主磁通0和漏磁通f两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。,一、空载运行时的主磁通,A,4,一、空载运行时的主磁通,空载时： I=0 ，If0 , n=nN 空载时发电机内部电磁关系,只增加磁极部分的饱和程度,A,5,

2、空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁动势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电流大小决定。,一、空载运行时的主磁通,A,6,负载运行时，定子绕组中有电流流过，便会产生电枢基波旋转磁动势。 负载运行时，同步电机内由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立的主磁场。,二、带对称负载时的主磁通,A,7,二、带对称负载时的主磁通,负载时： I 0 ，If0 , n=nN 负载时发电机内部电磁关系,A,8,负载运行时，同步电机内的主磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。,二、带对称负载时的主磁通,A,9,空载：气隙磁动势 负载：气隙磁动势 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。,三、电枢反

3、应,A,10,三、电枢反应,两种磁动势性质比较：,结论：电枢磁动势Fa和励磁磁动势Ff在空间相对静止。,A,11,几个概念 内功率因数角：空载电动势E0和电枢电流 I 之间的夹角，与电机本身参数和负载的大小、性质有关； 功率因数角 ：与负载性质有关； 功率角（功角）：E0和U之间的夹角；且有 （电感性负载） 直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）； 交轴（q轴）：转子相邻磁极轴线间的中心线为交轴（横轴）,三、电枢反应,A,12,三、电枢反应,电枢反应的性质：（增磁、去磁或交磁）与负载的性质和大小有关，主要取决于电枢磁动势和励磁磁动势在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于空势电动势E0和定子电流

4、 I 之间的相角差 。电枢反应的性质可通过时空矢量图来反映。,A,13,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0与Ff 同方向，空载电势E0滞后空载磁通0 90； 定子电流I滞后空载电势E0 的角度为内功率因数角； 电枢磁势Fa 与定子电流I同相位。,三、电枢反应,A,14,1、=0 时的电枢反应,三、电枢反应,A,15,1、=0 时的电枢反应,三、电枢反应,电枢磁势Fa滞后励磁磁势Ff 90，合成磁势F的大小略有增加，分布滞后励磁磁势Ff一个锐角，此时电枢反应性质为交轴电枢反应。,A,16

5、,1、=0 时的电枢反应 交轴电枢反应，即交磁作用。 电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的转向相反，对发电机起制动作用。 要想维持转速不变，就要相应地增加原动机的输入机械功率。 交轴电枢反应实现了机电能量的转换，发电机有有功功率输出。,三、电枢反应,A,17,三、电枢反应,2、=90 时的电枢反应,A,18,三、电枢反应,2、=90 时的电枢反应 直轴去磁电枢反应。 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 合成磁动势F减小，使发电机的端电压下降。 要想保持发电机的端电压不变，需增大发电机的励磁电流。 发电机输出无功功率。,A,19,三、电枢反应,3、=-

6、90 时的电枢反应,时空矢量图,A,20,三、电枢反应,3、=-90 时的电枢反应 直轴增磁电枢反应。 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 合成磁动势F增大，使发电机的端电压上升。 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电机的励磁电流。 发电机输出无功功率。,A,21,4、 090 时的电枢反应,三、电枢反应,既有交轴电枢反应，又有直轴去磁电枢反应。 发电机既输出有功功率，又输出无功功率。,A,22,5、 -90Xaq，因此在凸极同步电机中，XdXq,且Xq*0.6Xd* 对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故Xd=Xq=Xt Xa（隐）Xad（凸）Xaq（凸）,二、凸极同步发电机,A,45,3、

7、相量图 以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载的相量图如下：,二、凸极同步发电机,A,46,二、凸极同步发电机,说明： 、的公式同样适用于隐极电机，只要令 Xd = Xq = Xt 公式中 U、I、E 均为相值； 性质：滞后 0 、超前 0； 公式可直接改为标幺值形式。基值选定如下： 容量基值 Sb = mUN IN 电压基值 Ub = UN 电流基值 Ib = IN 阻抗基值 Zb = UN /IN 励磁电流基值 Ifb = If0 (E0=UN),A,47,例1： 一台汽轮发电机 PN=135MW，定子三相绕组Y接法，额定电压 UN=13.8kV，cos =0.8（滞后）， xt=2.35

8、，忽略电枢电阻，求额定运行时的E0N和N 。,二、凸极同步发电机,解：发电机定子额定电流,A,48,发电机定子采用Y接法，其额定相电压,二、凸极同步发电机,A,49,同步发电机在对称负载下稳定运行时，维持转速(频率)和功率因数为常数的条件下，发电机的端电压U、负载电流I、励磁电流If是3个主要的运行参数，它们都可以在运行中被测量。 它们之间互有联系，当保持其中一个量为常数，另外两个量之间的函数关系称为运行特性。,6.3 同步发电机的运行特性,A,50,1.定义： 2.实验接线： 3.步骤：IfU0=01.25UN，注意：只能单方向调磁；,一、空载特性,A,51,一、空载特性,4.曲线： E0=

9、f (If ) 如右图。 电机磁路的饱和系数 ：,通常同步发电机的k大约为1.11.25。,A,52,一、空载特性,空载电动势的调节： 根据E0=4.44fN1kN10 和If 0可知，调节励磁电流If，可改变磁通0，从而改变定子绕组感应电势E0。即If E0；If E0。 频率的调节： 转子转速越高，定子绕组感应电势E0的频率越高。即 n f。f=pn/60 要产生50Hz的交流电压，对于汽轮发电机（p=1）来说，必须使转速保持3000r/min。,A,53,1.定义： 2.实验接线： 3.步骤：n=nN，调If ，使Ik=01.25IN,二、短路特性,A,54,4.曲线： Ik=f ( I

10、f ),二、短路特性,短路电流Ik只有直轴分量，其电枢反应为纯去磁作用。磁路处于不饱和状态，E0If 又Ik=E0 / xd，xd为常数，就有IkIf,A,55,二、短路特性,利用空载和短路特性确定xd的不饱和值 磁路不饱和时，xd为常数； 磁路饱和时，xd随而；,由气隙线确定：,由空载特性曲线确定：,A,56,二、短路特性,短路比kc ：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Ik0与额定电流IN之比值。,A,57,二、短路特性,短路比kc是影响到同步发电机技术经济指标好坏的一个重要参数。 短路比小，负载变化时发电机的电压变化较大，并联运行时发电机的稳定度较差，但电机造价较便宜。

11、 反之， kc 气隙大 xd 电机的成本和尺寸增加。 汽轮发电机 kc=0.6，水轮发电机 kc=0.81.2,A,58,解: 从气隙线上查出，If280A时，激磁电动势 ；在同一励磁电流下，由短路特性查出，短路电流I1718A；所以同步电抗为,二、短路特性,例2：有一台25000kW、10.5kV、 cos =0.8 (滞后)，Y接法的汽轮发电机，从其空载、短路试验中得到下列数据，试求同步电抗。 从空载特性上查得：相电压 kV时，If0155A；从短路特性上查得：IIN1718A时，Ifk280A；从气隙线上得查得：If280A时， kV,A,59,用标幺值计算时 ，,故,从空载和短路特性可知，,故,二、短路特性,A,60,三、外特性和电压变化率,1.外特性 定义： 曲线：,A,61,三、外特性和电压变化率,cos 不同时分析发电机外特性的相量图 (a)cos =1；(b)cos =0.8(滞后)；(c)cos =0.8(超前),分析,A,62,三、外特性和电压变化率,2.电压变化率： 当保持额定运行时的励磁电流IfN 和转速nN 不变，将发电机的完全甩负荷时,发电机的端电压将由UN 变化为空载电动势 E0，电压变化的幅度可以用