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电机学课件同步电机

文章作者:产品中心 上传时间:2020-03-13

  同步电机是换取挽回电机的一种,因其转速恒等于 同步速时得名。同步电机紧要用作发电机,也可用作 电动机和调相机。 第九章 同步电机的基础就业道理与布局 第十章 同步电机的运转道理 第十一章 同步电机的三相顿然短途和特地运转 第九章 同步电机的基础就业道理与布局 第一节 汽轮同步电机的基础布局 第二节 同步电机的基础就业道理及其分类 第三节 三雷同步电机的型号和额定值 推敲题与习题 第一节 汽轮同步电机的基础布局 以汽轮发电机为例: 定子死心:硅钢片叠成。 定子(电枢) 电枢绕组:三相对称绕组——铜线制成 机座:钢板焊接面成,有足够的强度和钢度。 转子死心:采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组:铜线制成 护环:爱惜励磁绕组受离心力时不甩出 中央环:支撑护环,遏制励磁绕组轴向搬动 滑环:引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组 转子 转子 C A 定子绕组 B 板滞端口 电端口 定子死心 返回 返回 1、汽轮发电机布局 (1)定子死心 返回 1、汽 轮发 电机 布局 (2 ) 定子 绕组 返回 1、汽 轮发电 机布局 返回 2、水轮发电机布局 (1)立式水轮发电机 (2)卧式水轮发电机 2、水轮发电机结 构 (3)灯胆贯流式水 轮发电机 2、水轮发电机布局 (4)转子布局 10000kW水轮机转子 1.发电闭键——各类电机 引进600MW汽轮发电机 邦产300MW汽轮发电机 邦产200MW汽轮发电机定子 邦产200MW汽轮发电机定子死心 现场运转的水轮发电机 第二节 同步电机的基础就业道理及其分类 一、三雷同步发电机的基础就业道理 励磁绕组通入直流电流后设立恒定磁 场,原动机拖动转子以转速 n 挽回时,其 磁场切割定子绕组而感到换取电动势 E 0 波形:由 e ? B(x) 可知,波形取决 lv B (x) 于 的空间散布。 频率: pn f ? 60 巨细: E ? 4 . 44 fN k Φ 0 1 w 1 0 相序:由转子的转向决心。 三雷同步发电机 的物理进程可用 图示展现 ? Z A ? n ? N ?Y B ? ? ? X S ?C 二、同步电机的分类 按运转式样,同步电机分发电机、电动机和调相机。 按布局型式,同步电机分挽回电枢式和挽回磁极式。 挽回磁极式同步电机按磁极形式,又分隐极式和凸极式两种。 按原动机种别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油 发电机等。 按冷却介质和冷却式样分,有空外冷、氢冷、水内冷 汽轮发电机凡是作成隐极式,今世汽轮发电机均为2极,转速为 3000转/分钟,水轮发电机采用凸极式,极数众,转速低。 同步电动机、柴油发电机和调相机凡是作成凸极式。 第三节 同步电机的型号和额定值 一、型号 发电机型号展现该发电机的类型和特色 QFQS-200-2展现定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、死心 氢冷的二极汽轮发电机,容量为200MW。 TS854/210-40展现立式同步水轮发电机,定子死心外径 为854cm,定子死心长度为210cm,有40个磁极。 二、额定值 额定容量 S 额定功率 P N N 指电机额定运转时,输出功率的担保值。同步发电机是指输 出的额定视正在功率或有功功率,单元是KVA或KW。电动机额定 容量是指额定条款下转轴上输出的板滞功率,单元是KW。同步电动机调相 机用KVA或Kvar展现。 额定电压 U kV ) N( 额定电流 IN(A ) 正在额定运转状 额定运转时加正在 态下三相定子 三相定子绕组上 绕组的线电流. 的线电压。 对同步发电机额定值之间相干为: P ? S cos ? ? 3 U I cos ? N N N N N N 额定功率因数 额定频率 f N 额定功用 ? N 额定转速 n N 额定励磁电流 额定励磁电压 cos ? N I fN U fN 第十章 同步发电机的运转道理 第一节 同步发电机的电枢反映 第二节 同步发电机的电动势方程和相量图 第三节 同步发电机的运转特质 第四节 同步发电机的并列 第五节 同步发电机的有功功率功角特质和静态不乱 第六节 同步发电机的无功功率功角特质和V形弧线 第七节 同步伐相机和同步电动机 推敲题与习题 第一节 同步发电机的电枢反映 一、同步发电机的空载特质 同步发电机转子由原动机拖动到同步转速,转子绕组通以 恒定的直流励磁电流,定子电枢绕组开途,这种运转形态,称 为同步发电机的空载运转。 励磁电流If孤独设立的励磁磁动势Ff发作的主、漏磁通。 主、漏磁通均随转子挽回,正在气隙中变成挽回磁场。主磁通交 链电枢绕组,正在电枢绕组中感到电动势; 漏磁通不交链电枢绕组,不正在电枢绕组中感到电动势,不列入 定、转子之间的能量转换. 空载时电磁相干: I f F f Φ fσ ? Φ 0 ? E 0 E 0? 0 气隙线 空载电动势 E巨细 : 0 E 0 ? f(I f ) Φ 0 ? f(F f ) E ? 4.44 fN k Φ 0 1 w 1 0 空载特质: UN n ? n , I ? 0 , E ? f(I N 0 f) 空载特质弧线: I f Ff I fδ I f 0 二、电枢反映 电枢反映:电机带上负载后,电枢磁动势的基波正在气隙中负气隙 磁通的巨细及地方均爆发蜕化, 这种影响称为电枢反映. 电枢反映的性子,取决于电枢磁动势基波 F和励磁磁动势基波 F之 f a ? ? ? 间的相对地方,即与空载电动势 和电枢电流 之间的夹角 相闭 . I E 0 励磁磁势和电枢磁势的区别 基波 波形 巨细 地方 转速 转向 励磁磁动 势 电枢反映 磁动势 正弦 波 正弦 波 恒定,由励 磁电流决心 恒定,由电 枢电流决心 由转子地方 决心 由电流瞬时 值决心 由原动机的转速 由原动机 决心 决心 由磁极对数和电 由电流相 流频率决心 序决心 预备就业 1.三个角 1)内功率因数角? : ?与 之间的时期相位角 ? 是E ,与 I 0 ? E 0 ? ? I ? U 电机参数及负载相闭. 2)外功率因数角? : ? ? 是U 与 之间的时期相位角 ,与负载相闭. I 3)功率角(功角) ? : ? ?与 U 是E 之间的时期相位角 . 0 三个角之间的相干为 ? ? E 0 ? I ψ???δ ? ? U 2.四个轴 直轴(纵轴、d轴):主磁极轴线地方。 交轴(横轴、q轴): 与直轴成900电角度的地方。 相轴: 每相绕组的轴线地方。 时轴: 时期相量正在其上投影可 获得时期量的瞬时值。 q轴 A轴 Y C d轴 N S X C轴 A B轴 Z B 1. ? ? 00 时的电枢反映 ? 和电枢 空载电动势 E 0 ? 电流 同相位 . I F? q轴 A 轴 Fa Y ? ? 900 F f 与Fa 之间夹 角为 ? ? 90 0 d轴 C 记Fa为Faq N S X B C轴 电枢反映性子: F f A B轴 交轴电枢反映 Z 0 ? ? 90 2. 时的电枢反映 ?超前电 空载电动势 E 0 0 ? 90 枢电流 I q轴 A 轴 F f 与Fa 之间夹 角为 ? ? 90 0 Y C 记 F F a为 ad d轴 N S F 电枢反映性子: f A B轴 X B Fa 直轴去磁电枢反映 Z C轴 3.? ? ?900时的电枢反映 q轴 A 轴 ? 滞后电 空载电动势 E 0 ? 90 0 枢电流 I F f 与 Fa 之间夹 角为 ? ? 90 0 d轴 Y C 记 F F a为 ad Fa F f N S A B轴 X B C轴 电枢反映性子: 直轴助磁电枢反映 Z 0 4. 00 ???90 的电枢反映 q轴 A 轴 ? 超前电 空载电动势E 0 ?? 枢电流 I 角 Y F f 与Fa 之间夹 角为 ? ? 90 0 d轴 C ? ? 900 Fa S X N 电枢反映性子: Ff B轴 A B 既有交轴,又有直轴 去磁电枢反映 Z C轴 此种环境下, I? ? I? d ? I? q 0 ?与 ?成 I d ? Isin ψ ---直轴分量 I E 90 d 0 ?与 ? 同相位 I q ? Icos ψ ---交轴分量 I E q 0 ? E 0 ? I q ? ? I ? I d F a ? F ad ? F aq F ad ? F a sin ψ ---直轴分量电流发作的合成磁动势 F aq ? F a cos ψ ---交轴分量电流发作的合成磁动势 F aq Fa F ψ ? 900 f F ad 凡是环境下的电枢反映(总结) Fa F fFa Fa ? ? 00 ? ? 900 地方 夹角 记作 电枢反 应性子 对电机的影响 ? ?? 负载 性子 F? 波形 畸变 n( f ) U q轴 F ψ? 900 aq 交轴 降低 R d轴 d轴 F ad F ad 直、去 弱小 直、助 加强 稳定 降低 稳定 上升 L C ? ? ?90 0 0 0 ? 90 ? ??0 d、 q轴 0 0 0 ???90 d、 q轴 弱小 降低 降低 R、L Fad ? Faq 交、直 去 Fad ? Faq 交、直 加强 助 降低 上升 R、C 三、电磁转矩 同步发电机带上负载后,电枢电流设立电枢反映磁场,它与 励磁电流功用发作电磁力,正在某些环境下变成电磁转矩,实行机 电能量转换。 1.有功电流发作电磁力,变成电磁转矩 当发电机带有功负载(阻性负载)时,可能近似以为 ? ???0 即,电枢绕组流过有功电流时,发作交轴电 枢反映磁场。励磁绕组载流体正在该磁场功用 发作电磁力,并变成制动性子的电磁转矩。 输出的有功功率越大,有功分量电流就越 大,交轴电枢反映越强,电磁转矩越大,为 了维系电机的转速稳定,哀求原动机输入更 大的驱动转矩——调度有功功率。 2.无功电流发作电磁力但稳定成转矩 发电机带电感或电容负载(无功负载)时,可能以为 0 0 ψ ? ? ? 90 或 ? 90 发作直轴去磁(或助磁)电枢反映磁场。励磁绕 组载流体正在该磁场功用发作电磁力,但稳定成 电磁转矩。 注脚发电机带感性(或容性)无功负 载时,不必要原动机加添能量。 然而直轴去磁(或助磁)电枢反映 对气隙磁场有去磁(或助磁)功用,致 使发电机端电压降低(或上升)。为维 持电压恒定,励磁电流必要相应加添 (或减小)——调度无功功率。 第二节 同步发电机的电动势方程和相量图 一、同步电抗 ? I ? I d ? I q F ad F aq ? Φ ad ? Φ aq ? E ad ? E aq ? Φ ? ? E ? 不商酌磁途饱和时,各电动势与其对应的电流成正比,即有 ? ? ?x E j I ad ? d ad ? ad的直轴电枢反映电抗 x ad ——对应? ? ? ?x E j I aq ? q aq ? aq的交轴电枢反映电抗 x aq ——对应 ? ? ? ? E j I x ? ? ? ? ? 的泄电抗 x ? ——对应 ? 因为定子漏磁通的旅途紧要是气隙,磁途不饱和,以是漏抗 为常数。 看待凸极同步电机,因为直轴气隙比交轴气 隙小,直轴磁阻比交轴磁阻小,以是有 xad ? xaq 对隐极同步电机,因为气隙匀称,交、直轴 的磁阻巨细相称,即以为 Φ ? Φ ? Φ ad aq a ?? ? E j I x a ? a x ?x ?x ad aq a ? a 的电枢反映电抗 x a ——隐极发电机对应? 电枢反映电抗为三相对称电枢电流发作合成的电枢反映磁场 感到于一相的电枢电动势与其对应的相电流的比值,它归纳反响 三相对称电流发作的合成电枢反映磁场对定子一相的影响。 当三相对称电流流过电枢绕组时,发作电枢反映磁通和漏磁 通,辨别正在电枢绕组中感到电枢反映电动势和漏感电动势。 对隐极电机,整个电动势为 ? ? ? ? ? E ? E ? ? j I x ? j I x ? ? j I x a ? a ? t x x x t ? a? ? x t 称为隐极电机的同步电抗,是电枢反映电抗和漏抗之和。同 步发电机平常运转时,磁途略呈饱和,磁途越饱和,所对应的电 抗越小。 对凸极电机 x d ? x ad ? x? 辨别称为直轴和交轴同步电抗。 x q ? xaq ? x? 直轴磁途的气隙较小,该当商酌死心饱和的影响,因此 x d 具 有饱和值和不饱和值之分;而交轴磁途气隙较大,可能为 x q 惟有 非饱和值,为常量。 同步电抗是同步电机的一个紧急参数,它是外征同步发电机稳 定运转时电枢反映磁场和电枢漏磁场对电枢电途功用的一个归纳 参数。同步电抗的巨细直接影响同步发电机端电压随负载振动的 水准和正在大电网运转时的不乱性,也影响同步发电机短途电流大 小。 一、凸极同步发电机的电动势方程和相量图 Φ fσ I f Ff ? Φ 0 ? E 0 ? (三相体例) I F a (合成挽回磁动势) F ad F aq ? Φ ad ? Φ aq ? E ad ? E aq ? Φ ? ? E ? ?r I a 若正倾向按图划定,则有 或 ? ?? ?? ? ? ? E ? E E E ? U ? I r 0 ad aq ? a ?? ?? ? ? E ? I r ? E ? U a ? ? ? j I? X E ad d ad ? ? ? j I? X E aq q aq ? ? ? j I?X E ? ? ??I ? ?I ? I d q 代入 获得凸极发电机的电动势方程 ? ? ? ? ? E ? U ? I r ? j I x ? j I x 0 a d d q q 留神:方程式中的电压、电动势和电流均为相值。 凸极同步发电机的相量图作图次序 ? ?; ( 1 ) 依照已知条款绘出 U 和 I ? 与 I 的夹角 ? ; ? ? ? ? ? ? 及 ? ( 2 ) 依照 E U ? I r ? j I x 作出 E E ON a q ON ON ? ? ? ( 3 ) 依照 ? 角将 I 领悟成 I 和 I ; d q ?? ?? ? ? x? ?x, ( 4 ) 依照 E I r j I j I 0 U a? d d q q ?x ? x, ? 从 D 点次第作出 j I 及 j I E q q d d 获得 0 若内功率因数角不知,可从以下公式求取 Ix U sin ? q? ? 1 ??tan Ir U cos ? a? 二、隐极同步发电机的电动势方程、等效电途和相量图 电磁相干: I f F F f a Φ fσ ? Φ 0 ? I ? Φ a ? Φ σ ? E 0 ? E a 电动势均衡方程 ? ? ?? ? ? 或 E ? E ? E U ? I r 0 a ? a ? ? ? jI ?x E 代入 a a ? ? ? jI ?x E ? ? ? E σ ?? ?? ? ? E E U ? I r δ σ a 可获得隐极发电机的电动势方程 ?? ? ? ? E ? I r ? j I x 0 U a t 依照电动势方程,可能作出隐极发电机的等效电途和相量图 等效电途 相量图 (? ?0) ra xt ? I ? E 0 ?x jI t ?r I a ? U ? ? ? I ~ ? E 0 ? U 依照相量图可求出 ? 2 ? ? ? ? E ? U cos ? ? Ir ? U sin ? ? Ix 0 a t 2 sin ? ? Ix ? 1U t ?? tan U cos ? ? Ir a 由相量图可知 ψ???δ 第三节 同步发电机的运转特质 一、空载特质 界说: n ? n , I ? 0 , U ? E ? f ( I 1 0 0 f) 空载特质是发电机的基础特质之一。 它一方面外征了磁途的饱和环境,另一 方面把它和短途特质、零功率因数负载 特质配合,可确定电机的基础参数、额 定励磁电流和电压蜕化率等。 实践坐褥中,它还可能查验三相 电枢绕组的对称性、匝间短途、剖断 励磁绕组有无窒碍等。 二、短途特质 1.短途特质 n ? n , U ? 0 , I ? f ( I 界说: 1 k f) 短途时, ? ? 900 电枢反映为直轴去磁 ? ? ? ? ? 此时 E ? U ? I r ? j I x ? j I x ? a ? ? 气隙电动势很小,感到气隙电动势的 气隙磁通量很小,以是磁途不饱和. 短途时的等效电途 x d 是常数,有 I E If k? 0? 以是短途特质是一条过原点的直线 依照公式 x d ? 2.同步电抗的求取 Ik 求xd不饱和值时,起初给定一励磁电流If, 正在空载特质的不饱和段或气隙线值,然后正在短途特质弧线上确定 对应If的短途电流Ik的值,则 求取xd饱和值时,起初正在空载特质上取 对应额定电压UN的励磁电流If0,再从 短途特质上取出对应If0的短途电流Ik, 则 UN xd ( 饱 ) ? Ik 交轴同步电抗 ? E ? ? E 0 0 x ? d( 不 )? Ik IN x .6x q ?0 d 三、外特质 n ? n , I ? C , cos ? C , U ? f ( I ) 界说: 1 f 外特质弧线 当发电机带阻性和感性负载时, 外特质是降低的,缘故是电枢反映的 去磁功用和电枢漏阻抗发作了电压降; 带容性负载时且(发电机负载的容抗 大于同步电抗)时,外特质是上升的, 缘故是电枢反映的助磁功用和容性电 流正在漏抗上的压降。 为了正在分别功率因数下时能获得额 定电压,感性负载时要增大励磁电流, 容性负载时应减小励磁电流。 ? 四、调度特质 n ? n , U ? C , cos ? C , I ? f ( I ) 界说: 1 f 调节特质弧线 ? 正在感性和阻性负载时,跟着负载电 流的加添,务必加添励磁电流,抵偿电 枢反映的去磁功用和漏阻抗压降,维系 端电压恒定;对容性负载,跟着负载电 流的加添,务必减小励磁电流。 正在功率因数必然环境下,依照调节特质 弧线,可确定正在负载蜕化边界内,坚持电压 稳定所需的励磁电流的蜕化边界。运转人 员可诈骗调节特质弧线,使体例中无功功率 的分拨更合理少少。 第四节 同步电机的并列 并联运转的寓意 将两台或更众台发电机辨别接正在电力体例对应母线上,或通 过变压器、输电线接正在电力体例的大众母线上,配合向负荷供电. 并联运转的利益 无尽大电网的寓意 S ? ? U Z c 并列手段 1.准同步法 2.自同步法 1、进步供电的牢靠性; 2、进步供电的经济性; 3、进步电能的质地。 ? C ? 0 fc ? C c 一、准同步法 准同步并列务必知足的条款 1.待并发电机的电压与电网电压巨细相称; 2.待并发电机电压相位与电网电压相位雷同; 3.待并发电机电压频率与电网电压频率雷同; 4.待并发电机的相序与电网的相序雷同。 上述条款(4)凡是正在装置发电机时,依照发电机的转向确 定了发电机的相序而知足,是以运转职员正在并列时只需调度发电 机使其知足其它三个条款即可。 不知足任一条款的并列称为非同步并列,将对电机发作厉 重的迫害。 某一条款不知足时对电机的影响 1、同步电动机电机和电网之间有环流,定子绕组端部受力变形。 2、发作拍振电流和电压,惹起电机内功率振荡。 3、电机和电网之间有高次谐波环流,加添损耗,温 度升高,功用消浸。 4、电网和电机之间存正在重大的电位差而发作无法消 除的环流,迫害电机安详运转。 1. 电压巨细不等 ?? xd U? g s ? ?U U? c 电 网 正在电位差的功用下发电机产 生进攻电流,即 ?? ? ? U U Δ U g c ?? I ? c ? ? ? ? jx jx d d 因为xd’’ 很小,以是尽管△U不 大,进攻电流也会很大 ? ?U U? c U? g 此时,S两头有电位差 ? ?U U? g ?? ?? ? ? U U g U c U? c I? c 进攻电流为无功分 量,不会加重原动机的 累赘,但会正在电枢绕组 中发作很大的进攻力, 使电枢绕组端部受进攻 力的功用而变形。 2. 相位分别 此时,ab两头有电位差 ?? ?? ? ? U U g U c ?和 ? 反相 若 U U , 如 图 g c ?稍 超 ?, 若 U U 前 图 g c如 ? ?U U? g ? I ca I? c ? I cr U? c 电位差可达发电 U? g 机电压的两倍,若此 时并列,会发作很大 的进攻电流,发电机 会因遭遇重大的进攻 力而损坏。 U? c 进攻电流的影响 ? ?U 1)电枢绕组端部受力变形; 2)转轴上受进攻转矩的功用, 使机轴扭曲变形; 3)电枢绕组发烧. 3. 频率分别 ? 和 ? 巨细相称而角速率分别 U U 。 g c ? ? 为瞬时值的幅值 Δ U 时 有 大、 纪律 时 小 变蜕化的拍振电压 ? ?U U? g g ?c U? c 转轴上时而发作制动转矩、时 而发作驱动转矩,结果是电机 振动。 拍振电流使电枢绕组端部受力 变形,使电枢绕组发烧。 频率差过大电机不行并列;频率差较小时,靠自整步功用,可 以把发电机拉入同步。 并发电机频率略低 并发电机频率略高 于电网频率时 于电网频率时 ? 进攻电流的有 进攻电流的有功 ?U 功分量与电压 U? ? 分量与电压反相 U ? g c ?U 同相位,注明发 ?g 位,注明发电机 U? g U? c 电机向电网发 ? c 从电网汲取有功 ?c 出有功功率,并 功率,并对转轴 ?g ? Ic 对转轴发作制 发作驱动性子转 ? Ica 动性子转矩, 矩,电机加快, 电机减速,频 频率上升,直至 率降低,直至 ? Ica f g ? fc f g ? fc I? c 4. 相序分别 ? U 相序分别的发电机不行并列,由于此时 U? 和 恒差 g c 于 ,它将产重大的进攻电流迫害电机及体例。 3Ug 0 120 , 恒等 ?U 发电机实践并列时,除了相序务必类似外,其它条款应许 有必然的过失,如△U不逾越10%,相位差不逾越10%,频率偏 差不逾越0.2%~0.5%(0.1~0.25Hz)。 二、自同期法 相序准确条件下,起动未加励磁的发电机,当其转速切近同 步速时,合上同步开闭,将发电机并网,然后加上发电机励磁将 发电机牵入同步。并网前,励磁绕组需经限流电阻闭合。并列时 会较大有进攻电流和转矩,凡是用于遑急形态下的并列操作. 第五节 同步发电机的有功功角特质和静态不乱 一、有功功率均衡 输入 功率P1 板滞损 耗pmec 附加损 耗pad 电磁功 率Pem 铁损pFe 输出功 率P2 定子铜损 pcu1 P ? P ? (p ? p ? p ) ? P ? p em 1 mec Fe ad 1 0 P ? P ? p P mUIcos ? em 2 cu 1? 2? ?? ?P ? P 正在P em 1 0双方除以 P P P em 1 ? ? 0 ? ? ? 1 1 1 2 πn 60 可得转矩均衡方程为 T ? T T em 1? 0 或 T T ? T 1? em 0 上式注脚,电机不乱运转时,驱动性子的原动机转矩与制 动性子的电磁转矩和空载转矩之和均衡。 二、有功功率功角特质 并联于无尽大电网的同步发电机,当电网电压和频率必然、 If E0 xq、 xt 参数(xd、同步电动机 )为常数、空载电动势 稳定(即 稳定)时, 为有功功率功角特质。 P ? f(?) em 为了分解容易,假定 1)发电机并联于无尽大电网;2)发电机磁途不饱和;3)无视 电枢绕组电阻。 依照发电机的相量图,可能推导得发电机的有功功率功角特质 2 ? ? E U U 1 1 0 ? ?? ? P ? mUI cos ? ? m sin ? ? m sin 2 ? 凸极电机: P em 2 ? ? x 2 x d q x d ? ? E U 0 隐极电机 P ? mUI cos ? ? m sin ? em x t 水轮发电机的有功功率功角特质分两局限: E U 0 ? P ? m sin ? em X d ----基础电磁功率 2 U 1 1 ? ? P ? m ( ? ) sin 2 ?----附加电磁功率 em 2 X X q d 附加电磁功率的特色: ? ? 450 时附加电磁功率最大 ; 附加电磁功率与 E ; 0无闭 附加电磁功率是因为 X 发作的 . d ?X q 汽轮发电机的功角特质弧线 汽轮发电机的有功功率功角特质的特色 1 ) 电 磁功率 P 与功角 ? 的正弦函 sin ? 成正 ; em 0 2 )? ? 90 时 ,功率 到达极限值 P ? emmax mE 0U ; xt 0 3) ? ?180 ,P 为负值 ,电机转为电 em 动机运 .行 功角的双重物理旨趣 ? 和电压 U ? 1、是电动势 E 间的时期相位角 ; 0 ? 的主磁通 Φ ? 和发作电压 U ? 2、是感到电动势E 的定子等效合成磁 0 0 ? 通 Φ 之间的夹角。 u 或称是励磁磁动势F 和合成磁动势 间的空间夹角。 f F u ? 是一个虚拟磁通 ? ? 发作的 ?由 ?、 ?和 Φ ,假定发电机的端电压 U 是 Φ ,Φ u u u Φ 0 Φ a ? 合成 Φ ,并假定它是由定子的一 个等效合成磁极 (简称定子合成 ) ? ?由 ? 之间的夹角即为转子磁 所发作 , 是以 Φ 极 F F 之 0 Φ u f与定子合成磁 u 间的空间夹角 。 用图示功角的双重物理旨趣 0 ?超前 ? 正在发电机运转时 , E U ( ? ? 0 ), 转子磁极轴线 轴线一个 ? 角 。 不乱运转时 , 转子磁极拖动定子合成 磁极同步旋 , 定子 合成磁极给转子磁极一 个反功用力 (制动转矩 )。 δ 定子 定子 n N S n N S 因有原动机的驱动转矩制服定子合成磁极的制动转矩而作功, 实行机电能量转换,将由原动机输入的板滞能转嫁为电能输出。 功角是推敲同步发电机运转形态的一个紧急参数,它不但决 定发电机输出有功功率的巨细,况且还反响发电机转子的相对空 间地方,它把同步电机的电磁相干和板滞运动精细相闭起来。 三、有功功率调度 发电机空载运转时,原动机输入的功率用来均衡各类损耗, δ ? 00 此时 ,定、转子磁极轴线重合,它们之间惟有径向力而无 切向力,以是 ,正在功角特质的 0点上。 P em ? 0 增大原动转矩 (开大汽门 ), 发电机输入功率 P 增大 ,T ,? 逐步变大输出功率 P 和电磁 1 1 ?T em em Pem 转矩 T 逐步增大 , 直到 T 为止 ,如图 a 点 。 em 1 ?T em 可睹,并联于无尽大电网的同步发 电机要调度有功功率输出,只需调度原 动转矩。正在功率极限角边界内,输入转 矩越大,有功功率输出就越大。 P1 a 0 ?a ? 四、静态不乱的观念 静态不乱:指并联正在电网上不乱运转的同步发电机,当受电网 或原动机方面某些微细扰动时,能正在这种作梗磨灭后,接续维系 素来不乱运转形态的材干。 正在a点运转时电机具有静态不乱的材干。 若作梗使功角δ 增大到a′点 Pem和Tem增大,迫使电机减速,功 角δ 变小,电机回到a点。 作梗使功角δ 减小时,有同样结论。以是a 点称为不乱运转点。 而b点为不不乱运转点,分解略。 Pem a? P1 a b 0 ?a ?b ? 静态不乱的判据:比整步功率(kW/rad) P sy n? dP em ?0 d ? 对汽轮发电机,比整步功率为 dP E U em 0 P ? ? m cos ? syn d ? x t Pem Psyn Psyn Pem 对水轮发电机,比整步功率为 dP U 2 1 1 em E 0 P ? ? m cos ? ? mU ( ?) cos 2 ? syn d ? x x d q x d Psyn 越大,电机不乱性越 正在电机不乱区域内, 好。 0 0 δ ? 90 δ 五、过载材干 最大电磁功率与额定功率的比值称为过载材干。 E U 0 m P x 1 em ma x t k ? ? ? 汽轮发电机的过载材干 M EU P ?N N m 0 sin ?N sin x t kM Pemmax ? PN 过载材干越大,电机的不乱性越好。过载材干是外达静态稳 定的材干,不是发电机可能过载的倍数。 过载材干策画得正在一点,是从进步不乱主见商酌的,不是从 发烧主见商酌的。 第六节 同步发电机的无功功率功角特质及V形弧线 一、无功功率功角特质 并联于无尽大电网的同步发电机当电网电压和频率恒定、参 数(xd、xq、xt)为常数、空载电势E0稳定(即 If 稳定)时, Q=f(δ )为无功功率功角特质。 设发电机输出感性无功功率时Q值为正。由相量图可推导出 水轮发电机无功功率的功角特质 2 2 ? ? ? ? E U U 1 1 U 1 1 0 ?? ? ?? ? Q ? mUI sin ? m cos ? m ? m sin 2 ? ? ? ? x 2 x x d q x d q x d ? ? 2 ? ? ? ? ? 汽轮发电机无功功率的功角特质 2 E U U 0 Q ? m UI sin ? ? m cos ? ? m x x t t 汽轮发电机无功功率的功角特质弧线 几个分外点: Q U δ ? cos E0 ?1 0 δ ? 90 ? ?0 ? U ? ? cos E0 ?1 U (E U) 0? Q?m x t 0 Q?0 U2 Q ? ?m xt 0 ? ?90 二、无功功率调度 从能量守恒主见看, 并网运转的同步发电机调 节无功功率,不需调度原 动机来的输入功率,只需 转移励磁电流。 P em Q P em 2 Pem 1 b a P1 ?Q 调度 I f前, P em?P ema ,Q a P ? P ? P ? Q 增大 I后 em emb ema ,Q b f ? b? a Q1 Q2 ? 调度 I f不影响发电机的有功功率输出,但影响电机的不乱职能。 调度无功时不影响有功功率的输出,然而调度有功时影响无功功 率输出. 三、相量分解 1.平常励磁 ? E 01 ?x jI 1 t ? ? 0 , cos ? ? 1 , P ? 0 , Q ? 0 发 Q (或吸 Q L C) 2.过励磁 ? E 0 ? E 02 ?x jI t ?x jI 2 t ? U ?? 0 ,cos ? (滞后 ), P ? 0 3.欠励磁 I?3 I?2 ? I ?2 ? I 1 ? ? 0 ,cos ? (超前 ), P ? 0 发 Q (或吸 Q C L) ?x jI 3 t ? 3 ?1 ? E 03 四、V形弧线 发电机运转时,定子电流和励磁电流是运转职员紧要看管的 两个物理量,这两个量相干到定子绕组和励磁绕组的温度,又牵 涉到功率因数的超前或滞后以及运转的不乱性题目。 并联于无尽大电网的同步发电机,维系有功功率稳定时,外 示电枢电流 I 和励磁电流 的相干弧线 称为“ I? f ( If ) V”形弧线。 If 看待一个给定的有功功率输出就有一条V形弧线,有功功率 越大,弧线向上移,是以不过以获得一簇“V”形弧线。 V形弧线 P? P? P? P em em em em I 不不乱 区域 0 ? ? 90 cos ??1 Pem 欠励磁-“进相”运 行 Pem Pem 过励磁-“迟相”运 行 Pem ? 0 0 欠励磁 If 平常 励磁 过励磁 V形弧线.每条弧线的最低点, cos ,定子电流最小 ,且全为有功电流,这些 ? ?1 点的连线向右倾斜; 注明要输出纯有功功率,务必相应加添少少励磁电流。 2.不不乱区域角落:δ =900,连线向右倾斜; 注明输出有功功率越众,坚持不乱所需的励磁电流也越大。 3.每条弧线上的电流蜕化量Δ I 为无功分量; 4.励磁电流从零滥觞增大时,定子电枢电流蜕化纪律为先减小 后增大。 第七节 同步伐相机和同步电动机 一、同步电机的可逆道理 同步电机的运转是可逆的, 既可能用作发电机,还可能用 作电动机。 同步电机运转于发电 机形态时,如图所示。 转子磁极轴线超前定子 合成磁极轴线,电机 把板滞能转嫁成电能。 慢慢裁汰发电机的输入 功率,转子将瞬时减速,δ角 减小,相应的电磁功率也减 少。 当发电机的输入功率只可 知足空载损耗时,发电机处于 空载运转形态。 接续裁汰发电机的输入功率, 则δ 和 Pem变为负值。卸去原动机, 电机从电网汲取功率知足空载损耗, 成为空转的电动机---调相运转状 态。 电机轴上加上板滞负载, 负值的δ增大,由电网向电机 输入的电功率和相应的电磁功 率增大,转子磁极轴线落伍定 子合成磁极轴线,转子受到驱 动性子的电磁转矩功用----电动 机形态。 二、同步伐相机 同步伐相机是特意发送无功功率的同步电机,骨子上是一 台空载运转的同步电动机。 正在电网的受电端接上同步伐速相机,是进步电网功率因数 的紧急手段之一。 1.平常励磁 2.过励磁 ? ? E ? U ,? 0 , I ? 0 , Q ? 0 0 0 ? ? E 0 ? E 0 ?x jI t ? U ? U ?x U ? jI t ? E 0 E ? U , ? ? 90 , 发 Q ( 或吸 Q ) 0 L C 0 E ? U , ? ? ? 90 , 发 Q ( 或吸 Q ) 0 C L 3.欠励磁 ? I ? I 同步伐相机的特色 1.调相机的额定容量指的是正在过励形态下的额定视正在功率。 2.因为转轴上不带板滞负载,以是调相机的转轴比同容量的电 动机转轴细,没有过载材干的哀求。 3.为了进步调相机供应感性无功的材干,励磁线圈导线截面较 大,但励磁损耗照旧很大,对透风冷却哀求较高。 同步伐相机的起动凡是采用异步起动法或辅助电动机法。选 择起发端段时,起初商酌范围起动电流,然后商酌知足起动转矩 的哀求。 三、同步电动机 依据发电机常例,同步电动机可能作为是一台输出负的有功 功率的发电机,其电动势方程、相量图、功角特质、V形弧线等 与发电机的一致。 同步电动机同发电机相同,正在有功功率维系稳定时,调度励 磁电流,也有三种励磁形态。“平常励磁”形态时,电动机没 有无功功率输出;“过励”形态时,电动机从电网接收容性无 功功率(或向电网发出感性无功功率);“欠励”形态时,电动 机从电网接收感性无功功率(或向电网发出容性无功功率)。 乘隙指出,按发电机常例,滞后的电流起去磁功用,超前的电 流起助磁功用;而按电动机常例,滞后的电流起助磁功用,超 前的电流起去磁功用。 调度同步电动机的励磁电流可能转移它的无功功率输出, 这是同步电动机最难得的特色。越发是同步电动机正在“过励” 形态下,向电网发出感性无功功率的特质,很有实践旨趣。 因为同步电动机的均匀起动转矩为零,所不行自行起动,必 须借用其它手段。 常用的起发端段有:辅助电动机起动法、变频起动法和异 步起动法。个中异步起动法运用最寻常。 职守编辑: 撰稿先生: 主编: 电子编辑: 筑制:…………(以姓氏为序)

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