同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理及運(yùn)行特

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1、第15章同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理及運(yùn)行特性15.1同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行電機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)的分布盡量接近正弦波。若基波分量的每極磁通量為Φ0，則空載時(shí)定子繞組每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為（15-1）圖15-1凸極同步發(fā)電機(jī)的空載磁場(chǎng)電機(jī)磁路的飽和系數(shù)kμ為15.2對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)15.2.1和同相（ψ=0）時(shí)的電樞反應(yīng)（15-2）圖15-2同步發(fā)電機(jī)的空載特性圖15-3ψ=0時(shí)的電樞反應(yīng)15.2.2滯后（ψ=90°）時(shí)的電樞反應(yīng)圖15-4ψ=90°時(shí)的電樞反應(yīng)圖15-5ψ=-90°時(shí)的電樞反應(yīng)15.2.3超前（ψ=-90°）時(shí)的電樞反應(yīng)15.2.4

2、滯后一個(gè)銳角ψ時(shí)的電樞反應(yīng)可將Fa分成直軸和交軸兩個(gè)分量，即式中(15-3)(15-4)圖15.60＜ψ＜90°時(shí)的電樞反應(yīng)也可將每相電流分解為直軸和交軸分量和，即15.3.1隱極同步電機(jī)15.3同步電抗的概念因?yàn)闇?，亦滯后，所以電?dòng)勢(shì)可以寫成負(fù)的電抗壓降，即(15-5)(15-6)式中(15-7)xa稱為電樞反應(yīng)電抗。由于，同樣，也可以寫成負(fù)的電抗壓降，即稱為定子繞組漏電抗，與感應(yīng)電機(jī)定子漏抗含意相同。在三相對(duì)稱電流流過電樞繞組后，產(chǎn)生與(15-8)定子繞組交鏈的總磁通為，在定子繞組中產(chǎn)生的總電動(dòng)勢(shì)為15.3.2凸極同步電機(jī)由于不計(jì)飽和影響

3、時(shí)，因此可以用兩個(gè)電抗來表示電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流的關(guān)系，它(15-9)圖15-7凸極同步電機(jī)的磁路們分別稱為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗。這樣和可以寫成下列負(fù)的電抗壓降，即和隱極電機(jī)一樣，直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗各和定子漏抗相加，便得到直軸和交軸同步電抗，即(15-10)15.4隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和相量圖同步發(fā)電機(jī)在對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，氣隙中存在著兩種磁動(dòng)勢(shì)，即轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的和定子上系統(tǒng)產(chǎn)生的。若不考慮磁路飽和，可以應(yīng)用疊加原理，即各個(gè)磁動(dòng)(15-11)勢(shì)分別產(chǎn)生磁通，并在定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其關(guān)系如下：若按圖15-8規(guī)定正方向，

4、根據(jù)基爾霍夫第二定律，可寫出電樞任一相的電動(dòng)勢(shì)方程式為(15-12)將式（15-9）代入式（15-12），可得(15-13)圖15-8同步發(fā)電機(jī)各物理量正方向的規(guī)定在圖15-9（b）中，ψ表示與的夾角，θ表示與的夾角，表示與的夾角，三者存在下列關(guān)系：根據(jù)圖15-9（b）的相量關(guān)系，將按角分解為及后，可得ψ及E0的計(jì)算公式(15-14)(15-15)圖15-9隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路及相量圖15.5凸極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式和相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)在對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，氣隙中也存在Ff和Fa兩種磁動(dòng)勢(shì)，由于凸極電機(jī)氣隙不均勻，必須將Fa分解為Fad

5、和Faｑ兩個(gè)分量，不計(jì)磁路飽和時(shí)，可以和隱極電機(jī)一樣應(yīng)用疊加原理。其關(guān)系如下：(15-16)正方向的規(guī)定和隱極電機(jī)相同，可寫出凸極電機(jī)電樞任一相的電動(dòng)勢(shì)方程式為將式（15-8）及式（15-10）代入式（15-17）可得若把上式的漏抗壓降用表示成直軸和交軸兩個(gè)分量，代入式（15-18）可得（15-17）（15-18）忽略很小的電阻壓降，可得為了確定ψ角的大小，可將式（15-20）進(jìn)行一些變換，若在該式的兩邊都減去，可得（15-19）（15-20）（15-21）在圖15-10中，將按角分解成及，可得（15-22）（15-23）圖15-10凸極同步發(fā)

6、電機(jī)相量圖15.6同步發(fā)電機(jī)的空載、短路、零功率因數(shù)特性及電抗測(cè)定15.6.1空載特性15.6.2短路特性15.6.3由空載及短路特性求xd的不飽和值和短路比（1）由空載和短路特性求xd的不飽和值前面已說明，短路時(shí)磁路不飽和，且U=0，Ik=Id，電動(dòng)勢(shì)方程式為圖15-11三相穩(wěn)態(tài)短路的分析圖15-12利用空載和短路特性確定xd及短路比（2）同步發(fā)電機(jī)的短路比短路比kc是指在空載產(chǎn)生額定電壓的勵(lì)磁電流If0下發(fā)生三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流Ik0與額定電流IN之比。由圖15-12可得（15-24）15.6.4零功率因數(shù)負(fù)載特性和保梯電抗由求得的漏

7、抗稱為保梯（Potier）電抗xp，即（15-25）（15-26）圖15-13零功率因數(shù)負(fù)載特性分析*15.6.5由空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性求xd的飽和值圖15-14由空載特性和零功率因數(shù)負(fù)載特性求xd的飽和值圖15-15轉(zhuǎn)差法試驗(yàn)時(shí)的電壓、電流波形15.6.6用轉(zhuǎn)差法求穩(wěn)態(tài)xｑ和xd的不飽和值當(dāng)Fa對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子直軸時(shí)，磁路的磁阻小，相應(yīng)的電抗大，為xd，而I=Id=Imin，由于供電線路壓降小，使電樞端電壓U=Umax，此時(shí)勵(lì)磁繞組交鏈的磁通為最大，其變化率為零，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓uf0=0，故得（15-28）當(dāng)Fa對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子交軸時(shí)，磁路的磁阻大

8、，相應(yīng)的電抗小，為xｑ，而I=Iｑ=Imax，U=Umin，此時(shí)勵(lì)磁繞組交鏈磁通為零，變化率最大，uf0=uf0max故得15.7同步發(fā)電機(jī)的外特性和