電機學(xué)第17章課件

1、17-1 同步發(fā)電機的空載和短路特性一、用空載特性和短路特性確定Xd1. 空載試驗試驗條件電樞開路（空載）用原動機把被試同步電機拖動到同步轉(zhuǎn)速改變勵磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0（空載時U0=E0），直到U0=1.25UN左右，就可以得到空載特性曲線E0= f（If）。試驗?zāi)康臏y得空載特性E0=f（If）注意：在繪制空載特性曲線時，應(yīng)注意把E0換算成相值。圖17-1 空載實驗電路和空載特性曲線2. 短路試驗試驗條件電樞繞組短路用原動機把被試同步電機拖動到同步轉(zhuǎn)速試驗?zāi)康臏y得短路特性：I=f(If)調(diào)節(jié)勵磁電流使電樞電流 I 從零一直增加到1.2IN左右，便可以得到短路特性曲線。短路特性

2、曲線是一條直線，因為短路時合成電動勢較小，此路不飽和。圖17-2 短路實驗電路和短路特性曲線3. 同步電抗Xd非的計算短路試驗時磁路不飽和，空載電動勢應(yīng)在氣隙線上查取。 所計算的電抗Xd非為不飽和電抗圖17-3 空載和短路特性曲線二、短路比短路比是同步發(fā)電機的一個重要數(shù)據(jù)，定義為短路比大，電機的運行性能好，但造價較高。 圖17-4 利用特性曲線求參數(shù)例17-1 有一臺25000 kW，10.5kV，Y接，cos=0.85（滯后）的汽輪發(fā)電機，從其空載、短路實驗中得到下列數(shù)：空載試驗數(shù)據(jù)0.0 6.2 10.5 12.3 13.46 14.10.0 77.5 155 232 310 388短路實

3、驗數(shù)據(jù)0.0 860 1718 0.0 140 280 試求電機的同步電抗和短路比。解:從空載特性上查得：線電壓U0=10.5/ kV時，If0=155A。額定電流為連接空載特性的前兩個點作為氣隙線，由氣隙線算得當(dāng)If=280A時22.4kV，相電動勢 由， 可求得短路比所以同步電抗為 用標(biāo)幺值計算時 常數(shù)， 時的一. 零功率因數(shù)特性， 17-2 零功率因數(shù)負載特性圖17-5 零功率因數(shù)負載實驗電路在零功率因數(shù)條件下圖17-6 零功率因數(shù)負載特性分析 表示空載時產(chǎn)生額定電壓所需的勵磁磁動勢，在零功率因數(shù)負載時，為保持端電壓為額定值，所需勵磁磁動勢 應(yīng)大于 。增加的勵磁磁動勢有兩部分：其中一部分

4、 用以克服電樞漏抗壓降 的作用；另一部分 用以抵消電樞等效磁動勢 的去磁作用。 由于電樞電流的大小和相位不變，三角形AEF也不變，稱為特性三角形。由空載特性和零功率因數(shù)特性可求得特性三角形，即可得到電樞樓抗壓降 和電樞反應(yīng)等效磁動勢 。過 點作氣隙線的平行線，與空載特性交于E點。從E點作鉛垂線，并交 于A點，得特性三角形 。在零功率因數(shù)特性上取 F點和K點。通過F點作平行于橫坐標(biāo)的水平線，并截取線段 。2. 定子漏抗和電樞等效磁動勢的確定圖17-7 用特性曲線求特性三角形由零功率因數(shù)特性所確定的漏抗稱為波梯電抗，并用 表示 對于隱極電機對于凸極電機原因是零功率因數(shù)時，轉(zhuǎn)子磁路的飽和程度高，導(dǎo)致

5、特性三角形右移。圖17-8 零功率因數(shù)負載的漏磁情況波梯電抗 盡管不是電樞漏抗 ，但在利用磁動勢-電動勢統(tǒng)一矢量圖計算同步發(fā)電機的負載運行時，由于一般負載都是感性的居多，主磁極鐵心都有額外的飽和現(xiàn)象發(fā)生，與零功率因數(shù)負載試驗時類似，因此在這種情況下用波梯電抗 代替電樞漏抗 ，反而會得到更精確的結(jié)果。 17-3 同步電機的運行特性一、運行特性 包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。1.外特性n=ns，If=常值時，cos常值時U=f(I)（1）在感性負載和純電阻負載時，外特性是下降的。原因：電樞反應(yīng)的 去磁作用和漏阻抗壓降所引起。（2）容性負載時，外特性有可能上升。外特性上升條件：直軸電樞反應(yīng)的助磁作

6、用能夠抵消電樞漏抗壓降。電壓調(diào)整率定義：E0為保持額定勵磁電流和同步轉(zhuǎn)速不變，卸去負載（即空載I=0）時，發(fā)電機的空載相電壓。對凸極同步發(fā)電機，u最好控制在1830%；對隱極同步發(fā)電機，由于電樞反應(yīng)較強， u最好控制在3048%。電壓調(diào)整率是同步發(fā)電機的性能指標(biāo)之一。2.調(diào)整特性n=ns，U=UN，cos=常值時，If=f(I)（1）在感性負載和純電阻負載時，調(diào)整特性是上升的。原因：隨電樞電流的增大，電樞去磁和電樞漏抗壓降增大，為保證端電壓保持為額定值不變，必須提高勵磁電流。（2）容性負載時，調(diào)節(jié)特性有可能下降。外特性下降條件：內(nèi)功率因數(shù)角超前較大，能夠抵消電樞漏抗壓降。從調(diào)整特性可以確定同步

7、發(fā)電機的額定勵磁電流IfN。n=ns，U=UN，cosc os N時3. 效率特性f(P2)同步電機的損耗 可以分為基本損耗和雜散損耗兩部分?；緭p耗：基本鐵耗pFe電樞基本銅耗pCu,機械損耗p勵磁損耗pCuf雜散損耗：電樞漏磁通在電樞繞組和其他金屬結(jié)構(gòu)部件中所引起的渦流損耗，高次諧波磁場掠過轉(zhuǎn)子表面所引起的表面的損耗等?，F(xiàn)代空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機，額定效率大致在9698.5這一范圍內(nèi)；額定效率亦是同步發(fā)電機的性能指標(biāo)之一?？绽淦啺l(fā)電機的額定效率大致在9497.8這一范圍內(nèi)；氫冷時，額定效率約可增高0.8。圖17-9 同步發(fā)電機的效率特性曲線二、 電動勢磁動勢圖求取額定勵磁電流和電壓調(diào)整

8、率同步發(fā)電機的額定勵磁電流和電壓調(diào)整率既可以用直接負載法測定，亦可用考慮飽和時的電動勢磁動勢矢量圖求出。已知：發(fā)電機的空載特性E0=f(If) 電樞電阻Ra電樞漏抗（波梯電抗）Xp額定電流時的電樞等效磁動勢kaFa電機的額定數(shù)據(jù)（每相值）就可畫出電動勢磁動勢矢量圖，從而求出額定勵磁電流和電壓調(diào)整率。U1）先求出額定情況下發(fā)電機的氣隙電動勢E；將電壓U畫在縱軸上2）在空載曲線上查取產(chǎn)生E所需的合成磁動勢F；FE圖17-10 電動勢向量圖求氣隙合成電動勢3）求出額定勵磁磁動勢UFEF圖17-11 磁勢-電勢向量圖求滿載勵磁電流5）求出勵磁磁動勢下的空載電動勢E04）求額定勵磁電流額定勵磁電流除以勵

9、磁繞組匝數(shù)得額定勵磁電流。UFEF圖17-12 磁勢-電勢向量圖求勵磁電勢UFEF6）計算uu圖17-13 磁勢-電勢向量圖電壓變化率從理論上講，這種用電動勢-磁動勢圖的方法求額定勵磁電流和電壓調(diào)整率僅適應(yīng)于隱極同步發(fā)電機。對凸極同步發(fā)電機，若以kadFa代替kaFa，所得結(jié)果誤差很小，因此工程上亦用此法確定凸極同步發(fā)電機的IfN和u。這一電動勢-磁動勢通常亦稱為波梯圖發(fā)電機的短路特性為一直線，當(dāng)短路電流等于額定電流時勵磁電流Ifk178A?？蛰d特性數(shù)據(jù)為:E*00.25 0.45 0.49 1.00 1.14 1.20 1.25If/A45 85 150 205 250 300 350例 1

10、7-2 有一臺水輪發(fā)電機SN=16667kVA，UN13.8kV（星形聯(lián)結(jié)），cosN=0.8 (滯后），nN=100r/min，X*p=0.24，電樞電阻忽略不計。試用波梯圖法確定該發(fā)電機的額定勵磁電流和電壓調(diào)整率。1） 先畫出空載特性曲線3）取得 OT43A2）OK=178A4）kadFaOK-OT=178A-43A =135A 5）作電動勢-磁動勢圖得E=1.16時的合成磁動勢F=267A6）FfN=384A7）E0=1.2748）u=27.4 （3）再在定子繞組上施加約為（25）UN的三相對稱低電壓，這一電壓 滿足兩個條件：（2）勵磁繞組開路； 磁場旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致 磁場不太強，

11、該磁場不會將轉(zhuǎn)子拉入到同步速17-4 滑差法和抽轉(zhuǎn)子法測定同步電機參數(shù) （1）將被測同步電機用原動機驅(qū)動到接近同步轉(zhuǎn)速;一、 轉(zhuǎn)差法測定Xd和Xq圖17-14滑差法求參數(shù) 因為沒有勵磁電流，E0=0電樞磁場同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度不同,電樞磁動勢交替與直、交軸重合定子電流最小，I=Imin電樞電抗最大，Xd，Iq=0電樞磁場同轉(zhuǎn)子直軸重合時線路壓降最小，端電壓最大，U=Umax圖17-15 磁場通過d軸時的情況定子電流最大，I=Imax電樞電抗最小，Xq，Id=0電樞磁場同轉(zhuǎn)子交軸重合時線路壓降最大，端電壓最小，U=Umin試驗是在低電壓下進行的，測出的 Xd和Xq均不是飽和值。圖17-16 磁場通過q軸時的情況 數(shù)