同步发电机的运行特性ppt课件.ppt

同步发电机在转速保持恒定 负载功率因数不变的条件下 有三个主要变量 定子端电压U 负载电流I 励磁电流if 三个量之中保持一个量为常数 求其它两个量之间的函数关系就是同步发电机的运行特性 6 3同步发电机的运行特性 3 负载特性 当I const Cos const时 U f if 五种基本特性 1 空载特性 当I 0时 E0 U0 f if 2 短路特性 当U 0时 Ik f if 4 外特性 当if const Cos const时 U f I 5 调整特性 当U const Cos const时 if f I 6 3 1同步发电机的运行特性 一 同步发电机空载特性曲线的测定 同步发电机达到同步转速后 加入励磁电流 改变励磁电流 空载电势也随之改变 1 励磁电流由零升至最大值 2 励磁电流由最大值降为零 由于铁磁材料磁滞的原因 空载电势略有不同 一般取下降的空载特性曲线 If U0 E0 if0 图6 28空载特性的实验测定及校正 1 2 图6 29三根空载特性曲线 二 同步发电机的短路特性 当U 0 保持n nN时 Ik f If 1 短路时 U 0 电动势方程隐极机 凸极机 即 2 短路特性曲线已知 当Ra 0时 隐极机 凸极机 900 电枢磁势基本上为纯直轴去磁 Fa Fad Faq 0 F Ff Fad 数值上 又因磁路不饱和 F IKFad IK故 有Ff IK即If IK短路特性为一条过原点的直线 稳态短路时 电机中的电枢反应为纯去磁作用 电机的磁通和感应电势较小 短路电流也不会过大 所以三相稳态短路运行没有危险 图6 30短路特性 图6 31稳态短路时 空矢量 3 稳态短路时 空矢量图 三角形ABC为同步发电机的特性三角形 Fad INX 图6 32特性三角形 4 特性三角形 短路三角形 数值小 对应的磁通也小 电机磁路不饱和 思考 同步发电机定子绕组的出线端短路后 电枢电流I随励磁电流If变化 两者为什么成正比关系 隐极机 短路时故Xt E0 IK短路时磁路不饱和 故在同一Ff If 下 由空载特性中的气隙线E0 f Ff 求得E0 由短路特性求得IK 由Xt E0 IK得不饱和同步电抗Xt 5 不饱和同步电抗的求取 利用图6 29短路特性 空载特性求取 凸极机 短路时 Xd不饱和 E0 IK Xd 不饱和 Xd不饱和 Zb E0 IN IKUN E0 IK 在同一Ff If 下 由空载特性中的气隙线E0 f Ff 求得E0 由短路特性求得IK 由Xd不饱和 E0 IK得不饱和同步电抗Xd 根据经验公式Xq 0 65Xd可求Xq 定义 当发电机空载运行时 空载电动势等于额定电压时 所加的励磁电流If0 保持此If0不变 在稳态短路时所对应的短路电流为IK0 IK0与发电机额定电流IN之比 称为短路比 用kc表示 kc IK0 IN If0 U0 UN IfK IK IN If0 If0 If0 IfK k UN E0 k Xd 不饱和 6 短路比 图6 29中黑线所示 If E E0 E0 气隙线 IK UN If0 IK0 IN IfK If0 图6 29由空载短路特性确定同步电抗和kc If0 产生空载额定电压所需的励磁电流If0 产生气隙线上空载额定电压所需的励磁电流IfK 产生额定短路电流所需的励磁电流k 电机主磁路的饱和系数 kc分析 kc小 负载变化时 发电机电压变化较大 并联运行时稳定性较差 但电机造价便宜 若 增大电机气隙 Xd kc 此时 电机静态稳定性好 过载能力强 但要增大励磁磁动势 转子用铜量增大 造价高 汽轮发电机 kc 0 4 1水轮发电机 kc 0 8 1 8 1 定义发电机的负载特性是指当负载电流 常数 功率因数cosj 常数的条件下 端电压U与励磁电流的关系 其中当cosj 0时一条负载特性称为零功率因数特性 三 零功率因数特性 2 相量图cosj 0的负载为纯电感负载 Ra远小于回路电抗 故y 900 零功率因数负载时的电枢磁动势也是纯去磁作用的直轴磁动势 Ff Fad Fad F Fad Fa 图6 31零功率因数负载时时 空矢量图 E U IX F Ff Fa 3 零功率因数特性与空载特性之间存在一个特性三角形 见图6 31 图6 31零功率因数负载特性的分析 三角形EAF也为同步发电机的特性三角形 UN IX If0 If Ifa 克服漏阻抗压降IX 所需励磁电流 在测定零功率因数负载特性时 I保持不变 故特性三角形大小不变 若X 已知 对应于一固定I的去磁作用的等效励磁磁动势力Ifa 该三角形唯一确定 将左上角顶点沿空载特性移动时 其右下角顶点的轨迹即为所求的零功率因数负载特性 若零功率因数负载特性是实测 设I IN 的 如图6 35中虚线所示 此时特性三角形为A B C 大于 计算的电抗将大于漏抗X 称为保梯电抗XP XP IN实测零功率因数负载特性3与理想零功率因数负载特性2不同是由于转子漏磁影响 若测零功率因数负载特性时电压低 磁路不饱和 则仍为曲线2 此时作特性三角形可求X 4 保梯电抗 图6 35由空载和零功率因数特性求特性三角形 三相稳定短路时 特性三角形纵边长为IX 横边长为Ifad Ifa 称为短路三角形 随电压升高 纵边逐渐增长 横边逐渐变小 对应于U UN时所得特性三角形纵边长为IXp 称保梯三角形 凸极机 Xp 1 05 1 1 X 隐极机 Xp 1 1 1 3 X 1 外特性n nN If 常数 cosj 常数条件下 同步发电机单机运行时 端电压U随负载电流而变化的关系曲线U f I 四 外特性和电压调整率 感性负载及纯电阻负载 电枢反应去磁 感性负载 j 0 y 90 0 cosj滞后 励磁电流If不变时 随着电枢电流I的增大 有两个因素导致端电压下降 电枢反应的去磁 E U 漏抗压降IRa的增大 故感性负载同步电机的外特性是下降的曲线 2 外特性曲线形状与负载的性质有关 容性负载对于 j 0 y 90 cosj超前 电枢反应为增磁作用 电枢电流I增大 端电压U反而增大 图6 32给出了各种情况下的外特性曲线 纯电阻负载 电枢反应去磁 外特性是下降曲线 3 为使不同cosj下 I IN时均有U UN 则感性负载下所需励磁电流If大 过励状态容性负载下所需励磁电流If小 欠励状态纯电阻负载cosj 1下所需励磁电流If 正常励磁状态 例6 1一台凸极同步发电机 其直轴和交轴同步电抗的标幺值为 电枢电阻略去不计 试计算该机在额定电压 额定电流 滞后 时激磁电动势的标幺值 不计饱和 解以端电压作为参考相量虚拟电动势为 即 角为19 44 于是电枢电流的直轴 交轴分量和激磁电动势分别为 例6 2有一台25000kW 10 5kV 星形联结 滞后 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 If0 155A 从短路特性上查得 I IN 1718A时