28.3.2

隱極同步發(fā)電機(jī)的電勢方程式和相量圖

28.3.2.1

電勢方程式

負(fù)載以后，同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組中存在以下電勢：

①由勵磁磁通產(chǎn)生的勵磁電勢；

②由電樞反應(yīng)磁通產(chǎn)生的電樞反應(yīng)電勢；

③由電樞繞組漏磁通產(chǎn)生的漏磁電勢。

由于電樞繞組的電阻很小，如果忽略電阻壓降，則每相感應(yīng)電勢總和即為發(fā)電機(jī)的端電壓，用方程式表示為

◇對于隱極電機(jī)來說，+=-j，其方程式可表示為

不飽和時：　=+j　飽和：

28.3.2.1

相量圖

◇在同步電機(jī)理論中，用電勢相量圖來進(jìn)行分析是十分重要和方便的方法。在作相量圖時，我們認(rèn)為發(fā)電機(jī)的端電壓，電樞電流，負(fù)載功率因數(shù)角以及同步電抗為已知量，最終可以根據(jù)方程式求得勵磁電勢。

◇參看圖a，隱極電機(jī)相量圖可按以下步驟作出：

①

在水平方向作出相量；

②

根據(jù)j角找出的方向并作出相量；

③

在的尾端，加上相量j，它超前于

90°；

④

作出由的首端指向j

尾端的相量，該相量便是。

對于隱極電機(jī)來說，有

28.4

凸極同步發(fā)電機(jī)的電勢方程式、同步電抗和相量圖

28.4.1

隱凸同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗和同步電抗

凸極同步電機(jī)的雙反應(yīng)理論

凸極同步電機(jī)的氣隙不均勻，同一電樞磁勢作用在不同氣隙位置時，電樞磁勢對主極磁場的影響不同，所以氣隙磁場會有變化。

(1)

ψ=90,正弦電樞磁勢基波作用在d軸上。

(2)

ψ=0,正弦電樞磁勢基波作用在q軸上。

(3)

0≤≤900

電樞磁勢作用在任意位置，電樞磁場分布不對稱，磁場波形與ψ和Fa大小有關(guān)。不能直接確定電樞反應(yīng)的大小。在這種情況下，為了分析電樞反應(yīng)的影響，提出了雙反應(yīng)理論。

雙反應(yīng)理論：當(dāng)電樞磁勢的軸線既不和直軸重合又不和交軸重合時，可以把電樞磁勢分解成直軸分量和交軸分量。分別求出直軸和交軸磁勢的電樞反應(yīng)，最后再把它們的效果疊加起來。雙反應(yīng)理論適合飽和以及不飽和情況。

4．直軸和交軸電樞磁勢的折算

（1）

勵磁磁密基波幅值（轉(zhuǎn)子勵磁磁勢產(chǎn)生）（波形系數(shù)）

（2）

直軸電樞磁勢產(chǎn)生的基波磁密幅值

（電樞磁場波形系數(shù)）

（3）

交軸電樞磁勢產(chǎn)生的基波磁密幅值

（4）

將正弦波電樞磁勢折算為等效的勵磁繞組方波磁勢，折算前后的基波磁密幅值不變。

直軸交軸電樞磁勢折算系數(shù)

（5）

根據(jù)查電機(jī)的空載特性曲線，可以得到產(chǎn)生的磁場在電樞繞組中的感應(yīng)電動勢。

28.4.2

凸極同步發(fā)電機(jī)的電勢方程式和相量圖

28.4.2.1

電勢方程式

凸極電機(jī)：不飽和：

飽和：

28.4.2.2.2凸極發(fā)電機(jī)電勢相量圖

◇對于凸極電機(jī)來說，需要首先將分解為和，然后才能根據(jù)方程式作出其電勢相量圖。由于與同方位，與正交，只要找出的方位，就可以方便地將

分解為和。

◇方程式兩邊同時加上-j(-)，即：

上式左邊的相量-j(-)

顯然與處于同一方位，而右邊的相量+j

可以很方便地求得，這樣就找到了的方位。參看圖b，凸極電機(jī)的相量圖可按下述步驟作出。

①

在水平方位作出相量，錯開j角作出；

②

在的尾端，加上相量j，它超前于90°電角度，經(jīng)過首端和j

尾端的直線就確定了的方位，也即確定了q軸，與q軸正交的方位即為d軸；

③

將在正交分解為和；

④即可作出。

電勢相量圖很直觀地顯示了同步電機(jī)各個相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對于分析和計算同步電機(jī)的許多問題有較大的幫助作用。

對于凸極電機(jī)來說，28.5

同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性

28.5.1

外特性U=f（I）

當(dāng)n=nN，If=constant,cosψ=constant,U=f(I)

(1)在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載情況下，電樞反應(yīng)有去磁作用，空載電勢。定子電阻和漏抗引起電壓下降，外特性是一條下降的曲線。

電機(jī)需要補(bǔ)償較大的勵磁電流，稱其過勵狀態(tài)。

（2）容性負(fù)載時，電樞反應(yīng)是助磁的，外特性上升。電機(jī)需要減小勵磁電流（與額定勵磁電流比較），稱其欠勵狀態(tài)

（3）從外特性求同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率（亦稱為調(diào)整率）

電機(jī)額定運(yùn)行時，空載勵磁電動勢與額定電壓差與額定電壓的比值。一般凸極電機(jī)18~30%，隱極電機(jī)30~48%（感性負(fù)載）

28.5.2調(diào)整特性if=f（I）

它與外特性相反，感性和純阻性負(fù)載，轉(zhuǎn)子電流隨著負(fù)載電流增加而增加（因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)去磁作用，需要增加補(bǔ)償?shù)膭畲烹娏鳎?；容性?fù)載時則電樞反應(yīng)的助磁作用要減小勵磁電流。

當(dāng)n=nN，U=constant,cosψ=constant,If=f(I)

28.6

同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行

28.6.1

同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件和方法

28.6.1.1

同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)

①提高了供電的可靠性，一臺電機(jī)發(fā)生故障或定期檢修不會引起停電事故。

②提高了供電的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，例如水電廠與火電廠并聯(lián)時，在枯水期和旺水期，兩種電廠可以調(diào)配發(fā)電，使得水資源得到合理使用。在用電高峰期和低谷期，可以靈活地決定投入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)數(shù)量，提高了發(fā)電效率和供電靈活性。

③提高了供電質(zhì)量，電網(wǎng)的容量巨大(相對于單臺發(fā)電機(jī)或者個別負(fù)載可視為無窮大)，單臺發(fā)電機(jī)的投入與停機(jī)，個別負(fù)載的變化，對電網(wǎng)的影響甚微，衡量供電質(zhì)量的電壓和頻率可視為恒定不變的常數(shù)。

電網(wǎng)對單臺發(fā)電機(jī)來說可視為無窮大電網(wǎng)或無窮大匯流排。同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)到電網(wǎng)后，它的運(yùn)行情況要受到電網(wǎng)的制約，也就是說它的電壓、頻率要和電網(wǎng)一致而不能單獨(dú)變化。

28.6.1.2無限大電網(wǎng)概念

系統(tǒng)的電壓和頻率可以看作是不變的，相當(dāng)于內(nèi)阻抗等于零的橫頻、恒壓電源

28.6.1.3

并聯(lián)投入方法

把同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)的過程稱為投入并聯(lián)，或稱為并列、并車、整步。在并車時必須避免產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以防止同步發(fā)電機(jī)受到損壞、電網(wǎng)遭受干擾。并車前必須檢查發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)是否適合以下條件：

①

雙方應(yīng)有一致的相序；

②

雙方應(yīng)有相等的電壓；

③

雙方應(yīng)有同樣或者十分接近的頻率和相位。

若以上條件中的任何一個不滿足則在開關(guān)K的兩端，會出現(xiàn)差額電壓，如果閉合K，在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)組成的回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流。上述條件中，除相序一致是絕對條件外，其它條件都是相對的，因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)可以承受一些小的沖擊電流。

并車的準(zhǔn)備工作是檢查并車條件和確定合閘時刻。通常用電壓表測量電網(wǎng)電壓，并調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓U=U1。再借助同步指示器檢查并調(diào)整頻率和相位以確定合閘時刻。

28.6.1.4

并聯(lián)投入方法

自整步法：在相序一致的情況下將勵磁繞組通過適當(dāng)?shù)碾娮瓒探樱儆迷瓌訖C(jī)把發(fā)電機(jī)拖動到接近同步速(相差2~5％)，在沒有接通勵磁電流的情況下將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，再接通勵磁并調(diào)節(jié)勵磁強(qiáng)弱，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場之間的電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速，并車過程即告結(jié)束。需要注意的是，勵磁繞組必須通過一限流電阻短接，因?yàn)橹苯娱_路，將在其中感應(yīng)出危險的高壓；直接短路，將在定、轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生很大的沖擊電流。自同步法的優(yōu)點(diǎn)是：操作簡單，方便快捷；缺點(diǎn)是：合閘時有沖擊電流。