同步发电机的功角与相量图.ppt

二、同步发电机基本工作原理 * 三、旋转速度与输出电压频率 同步电机的电频率与它的机械旋转速度严格保持同步/锁定。 由于电网电源频率为50Hz/60Hz，发电机的转速必须保持恒定。例如50Hz时，1对极电机的转速为3000r/min，2对极为1500r/min……。也即需要控制它的原动机汽轮机、水轮机的转速保持恒定。 * 8.2 同步发电机的感生电势 同步机稳定运行时励磁绕组与气隙磁场无相对运动在励磁绕组中不会感生电动势。转子铁芯中也没有磁滞涡流损耗产生。 一、相电势的幅值： 同步机定子电势习惯称为电枢电势 发电机电势与磁通和转速成比例，磁通取决于转子励磁电流。 * 二、开路特性 随着磁通的增加，磁性材料会逐渐开始饱和，磁导率开始下降。电机中的电磁转矩和感应电势都取决于绕组的磁链，磁通量由磁路铁心段和气隙段磁阻决定。饱和会在相当程度上影响到电机的性能。 同步电机的饱和特性通常用开路特性表示，也称为磁化曲线或饱和曲线。同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流电流，定子绕组开路的运行称为空载运行，相应励磁电流与发电机电势（端电压）的关系曲线称为开路特性曲线(OCC)。 当同步发电机处于正常额定转速而且电枢电流为0时，端电压和定子绕组内感生的电势完全相等，由气隙磁通即转子励磁磁势决定。 * 开始阶段，开路特性呈现良好的线性，称为特性的气隙线。 铁心进入饱和后，磁导率显著下降，磁通随磁势的增长越来越慢。 n=nN,Ia=0,Ea0=f(If) 磁路不饱和对应的额定点 磁路饱和对应的额定点 同步机的开路特性（空载特性） * 三、开路特性的标么值 开路特性可采用标么制。选额定电压和在开路时使端电压达到额定的励磁电流为标准单位。采用标么值后，不同容量的同步机开路特性彼此相差很小。典型数据为 励磁电流 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 电压 0.58 1.0 1.21 1.33 1.40 1.46 1.51 开路特性虽然是在无载条件下获得的，但它的使用不限于无载范围，在负载条件下，只要获得磁路总磁势，就可以用开路特性求得定子绕组中的感应电动势。 * 8.3 同步发电机的等值电路 Ea仅当没有电枢电流（定子电流）时它才和发电机每相输出电压相等。影响因素为 电枢电流产生电枢反应使气隙磁场畸变； 电枢绕组自感压降； 电枢绕组电阻压降； 转子凸极效应。 其中电枢反应的影响最大。当发电机工作时，电枢绕组感生电压。如果发电机带有负载，将形成绕组电流。三相定子电流将产生自己的同步旋转磁场，使原有的气隙磁场发生畸变，进而影响定子最终输出电压。 * 一、同步发电机负载时的电枢反应影响 滞后负载电流 三相负载电流在气隙中产生的同步旋转磁密 在定子绕组中感生电枢反应电势 * 电枢反应电势与总电势 设同步电机定子绕组为Y连接，忽略磁路饱和以可利用叠加原理。 定子绕组总电势等于两电势的相量和。总磁密等于两磁密的矢量和。 * 二、隐极发电机的等值电路 发电机输出相电压可以表示为 除了电枢反应外，定子绕组还存在电阻和漏抗，将漏抗与Xa合并，称为同步电抗Xc, 则发电机负载条件下的输出电压方程为： 电枢反应电压滞后于电流90度，大小与电流成比例，假定磁路未饱和，X是一个比例常数，则电枢反应电压可以表示为： * 三相负载平衡时的每相等值电路 * 讨论：磁路饱和的影响 同步电抗的近似值随磁路的饱和程度会发生变化。 同步机的磁路饱和程度随励磁电流大小，电枢电流幅值、相位变化。应用等值电路分析特定问题时必须注意电机的工作点 * 三、同步发电机等值电路的相量图 若相电压、电流不变，则感性负载的电势要高于容性负载，因此，此时对感性负载所需要的励磁电流要大于容性。 为保证输出频率恒定，转速应保持常数。 若励磁电流不变，则发电机带感性负载时输出电压较低而带容性负载时输出电压较高。 * 四、功角的定义 功率角简称功角 功率因数角 * 功角d的双重物理意义 是电势和电压间的时间相位角; 是感应电势的主磁通fR和产生电压的电枢等效假想磁通fnet之间的夹角。 也是励磁磁势和合成磁势间的空间夹角。 * 讨论 转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制动转矩而做功,实现机电能量转换,将由原动机输入的机械能转变为电能输出。 可见，功角是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。 * 例：同步发电机负载运行特性 例1：一台36MVA，20.8kV同步发电机， 同步电抗为9W。如果