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1、
28.6.2 同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程
同步發(fā)電機(jī)的功率流程如圖所示。為自原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)的輸入的機(jī)械功率,其中一部分提供軸與軸承間的摩擦、轉(zhuǎn)動(dòng)部分與空氣的摩擦及通風(fēng)設(shè)備的損耗,總計(jì)為機(jī)械損耗 ,另一部分供給定子鐵心中的渦流和磁滯損耗,總計(jì)為鐵心損耗,為通過(guò)電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組上的電功率,稱為電磁功率 。如果是負(fù)載運(yùn)行,定子繞組中還存在定子銅耗,=-就是發(fā)電機(jī)的輸出功率。同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為
定子繞組的電阻一般較小,其銅耗可以忽略不計(jì),則有
轉(zhuǎn)矩平衡方程式:
28.6.3 同步發(fā)電機(jī)的功角特性
◆為內(nèi)功率因數(shù)角,定義為功角。它表示發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電
2、勢(shì) 和端電壓之間相角差。功角對(duì)于研究同步電機(jī)的功率變化和運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要意義。
◆圖中畫(huà)出了同步電機(jī)的時(shí)空相量圖。圖中忽略了定子繞組的漏磁電勢(shì),認(rèn)為≈+,對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢(shì),對(duì)應(yīng)于電樞磁勢(shì),所以可近似認(rèn)為端電壓由合成磁勢(shì)=+所感應(yīng)。 和之間的空間相角差即為和之間的時(shí)間相角差 。
◆可見(jiàn)功角在時(shí)間上表示端電壓和勵(lì)磁磁勢(shì)之間的相位差,在空間上表現(xiàn)為合成磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間夾角。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),為電網(wǎng)電壓,其大小和頻率不變,對(duì)應(yīng)的合成磁勢(shì)總是以同步速度旋轉(zhuǎn),因此功角的大小只能由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的角速度決定。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),和之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),具有固定的值。
28.6.3.1 隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性
功角
3、特性指的是電磁功率隨功角d變化的關(guān)系曲線=f(d)的。
隱極電機(jī)
最大功率與額定功率的比值定義為同步發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力。對(duì)隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)
28.6.3.2凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性
凸極電機(jī)
令可以求出對(duì)應(yīng)于最大電磁功率的功角,一般來(lái)說(shuō)凸極電機(jī)的在45~90之間。
28.6.4有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定(以隱極電機(jī)為例,忽略飽和影響和電樞電阻,電網(wǎng)電壓頻率恒定)
28.6.4.1有功功率調(diào)節(jié)
當(dāng)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時(shí),功角,,,即原動(dòng)機(jī)輸入的功率與各種損耗守恒。此時(shí)電機(jī)中的電流是無(wú)功電流。
以為參考相量,無(wú)功電流滯后90度。與同相位,滯后90度
如果增加
4、原動(dòng)機(jī)輸入功率,則,電機(jī)加速,轉(zhuǎn)子直軸磁勢(shì)超前于氣隙磁蜜,。此時(shí),
,且超前一個(gè)相角,當(dāng),使,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不再加速,說(shuō)明原動(dòng)機(jī)輸入的功率與電磁功率和損耗功率平衡,電機(jī)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率輸出。換句話說(shuō),要想增加發(fā)電機(jī)的輸出功率,就必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率,使電機(jī)的功率角增大。但是當(dāng)時(shí),若繼續(xù)增加輸入功率,電機(jī)將失去自身平衡狀態(tài),導(dǎo)致電機(jī)失步。就是說(shuō)原動(dòng)機(jī)的輸入功率不能無(wú)限制的增加,電機(jī)自身存在著靜態(tài)穩(wěn)定的問(wèn)題。
28.6.4.2靜態(tài)穩(wěn)定
概念:電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)偶然發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí),當(dāng)擾動(dòng)消失后,發(fā)電機(jī)能恢復(fù)原來(lái)的穩(wěn)定同步運(yùn)行狀態(tài),則稱為靜態(tài)穩(wěn)定。
判斷方法:假設(shè)原動(dòng)機(jī)輸入有效功率為PT=P1
5、-∑p,發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)性質(zhì)的電磁功率為Pem,此刻出現(xiàn)一個(gè)擾動(dòng),使輸入功率增加ΔPT,從功角曲線上可以判斷電磁功率也增加ΔPem,使得,電機(jī)將減速回到A點(diǎn)。
反之,電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí),導(dǎo)致輸入的有效功率大于輸出的電磁功率,電機(jī)不能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。
后,電磁功率為負(fù)值,產(chǎn)生拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩,是同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
隱極同步電機(jī),功率角在0~90為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū),90~180為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。
同步電機(jī)穩(wěn)定判據(jù):;即功角增量大于零時(shí),電磁功率增量也要大于零。
如果,稱為該點(diǎn)為
靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn);發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行
整步功率系數(shù):
整步轉(zhuǎn)矩系數(shù):
靜態(tài)過(guò)載系數(shù): 要求kM>1.7
6、
28.6.5 無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V形曲線
同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后,不但要向電網(wǎng)供給有功功率,而且還有與電網(wǎng)進(jìn)行的無(wú)功功率的交換。同步發(fā)電機(jī)要增加輸出的有功功率,必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率;本節(jié)將討論的是,同步發(fā)電機(jī)要調(diào)節(jié)輸出的無(wú)功功率,不需要調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率,只要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。
仍然以隱極電機(jī)為例分析:
U=電網(wǎng)電壓,忽略電樞電阻,不計(jì)飽和影響,P2=constant, Pem=constant,只調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,分析定子電流的變化。
常數(shù)
常數(shù)
忽略電樞電阻有Pem=P2,即常數(shù), 即可以根據(jù)此式分析If or E0對(duì)I的影響。
根據(jù)隱極電機(jī)電勢(shì)方程式
7、,畫(huà)出相量圖。
通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)無(wú)功功率得方法分以下幾種情況討論:
(1) U與I同相位 cosφ=1,
(2) 增加勵(lì)磁電流
(3) 減小勵(lì)磁電流
(4) 再減小勵(lì)磁電流
28.7 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性
28.7.1 同步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)方程式和相量圖
按照發(fā)電機(jī)慣例,同步電動(dòng)機(jī)可以看成是一臺(tái)輸出負(fù)的有功功率的發(fā)電機(jī),其電動(dòng)勢(shì)方程與發(fā)電機(jī)的方程相同,以隱極機(jī)為例:
同步電動(dòng)機(jī)分析時(shí)采用電動(dòng)機(jī)慣例。則電流I超前端電壓U(從電網(wǎng)吸收超前的容性電流),勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E0滯后與電壓U,φ和θ角為正值,產(chǎn)生的電磁功率也為正值。電動(dòng)勢(shì)平衡方程式分別為:
根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程
8、可以畫(huà)出相量圖
28.7.2 同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和有功功率調(diào)節(jié)
功角特性和功率平衡方程
電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),E0滯后端電壓U的功角θ為正值,同樣有:
28.7.3 同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線
1.正常勵(lì)磁
2.過(guò)勵(lì)磁
3.欠勵(lì)磁
與同步發(fā)電機(jī)相似,當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的輸入有功功率恒定而調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí),也有三種勵(lì)磁狀態(tài),“正常勵(lì)磁”時(shí),電動(dòng)機(jī)沒(méi)有無(wú)功功率輸出;“過(guò)勵(lì)”時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收容性無(wú)功(或發(fā)出感性無(wú)功);“欠勵(lì)”時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功(或發(fā)出容性無(wú)功).也可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率.
28.7.4 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法
28.8 同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)
勵(lì)磁電流:同步電機(jī)運(yùn)行時(shí),必須在勵(lì)磁繞組中通入的直流電流
勵(lì)磁方式:指同步電機(jī)獲得直流勵(lì)磁電流的方式
勵(lì)磁系統(tǒng):供給勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)
勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電機(jī)的一個(gè)重要組成部分。它直接影響同步電機(jī)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性,并對(duì)同步電機(jī)的運(yùn)行特性如電壓主調(diào)整率、短路特性、過(guò)載能力等有重大影響。
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