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同步发电机的空载运行

发布时间:2019-02-23 07:30      浏览次数:
当同步发电机被原动机拖动到同步转速,转子励磁而定子绕组开路或电流为零时称为空载运行。此时电机气隙中只有励磁电流If所生的励磁磁动势Ff建立的励磁磁场。图6-11为一台凸极同步发电机空载运行时励磁磁场分布的示意图。图中,励磁磁通分成主磁通Φ和主极漏磁通Φfσ两部分。Φ通过气隙并与定、转子绕组交链,其磁密波形沿气隙圆周近似

图6-11 凸极同步发电机的空载磁场
作正弦分布(凸极同步电机通常选用极弧系数为0.68~0.72,气隙比值为1.3~1.8),以同步转速n1旋转;Φfσ不通过气隙,仅与励磁绕组交链,并不参与定、转子间的机电能量转换过程。需要指出的是所有谐波磁通均被归属为漏磁通。凸极电机主极漏磁通占主极磁通的10%~20%。

 
 图6-12 发电机空载特性曲线
 由主磁通切割定子绕组,感应出一组对称的三相空载电动势,其有效值为E=4.44fNkw1Φ(6-3)式中:Φ的单位为Wb时,E的单位为V。改变励磁电流If,即可得到不同的Φ和E值。在同步转速下,E与If的关系曲线E=f(If)称为发电机的空载特性曲线,如图6-12所示。由于E∝Φ,Ff∝If,换以适当比例尺后,空载特性曲线E=f(If)即可表示为Φ=f(If),为电机的磁化曲线。和前面磁化曲线的讨论相同,空载特性(磁化曲线)的开始段为一直线,其延长的直线(图6-12中曲线2)称为气隙线。随着Φ的增大,铁芯逐渐饱和,主磁路中铁芯段所需的磁压降很快上升,使空载特性逐渐变弯。取图中oa代表额定电压,ac为空载磁动势,ab为消耗于气隙段的磁动势,则可得到此时电机磁路的饱和系数为(6-4)通常同步电机的饱和系数kμ值(对应额定电压时)约在1.1~1.25左右。由式(6-4)可见空载磁通饱和后,空载磁通和空载电动势都降低为未饱和时的1/kμ。图6-13为同步电机空载时的时空相量图。与异步电机一样,图中磁通Φ、电动势E各时间相量均为综合相量,各代表一组对称的三相相量,E在时间上滞后Φ90°电角度;忽略磁滞效应,励磁磁动势f1和由它产生的气隙磁密基波f1同相位,以同步角速度ω1=2πf旋转。各相的时轴都重叠在其相轴上,在时空相量图上,Φ与f1同相位。
实际电机中,由于气隙磁密波形不可能为理想正弦,定子绕组实际线电动势(空载线电压)波形与正弦波形总有一定的偏差,其偏差程度一般用电压波形正弦性畸变率(简称电压波形畸变率)来表示。电压波形正弦性畸变率ku为(6-5)即该电压波形中不包括基波在内的所有各次谐波幅值平方和的平方根值与该波形基波分量的幅值的百分比。为了衡量电压波形中各次谐波对电讯线路的干扰,规定了电话谐波因数THF,(6-6)式中:U为线电压的有效值;Un为线电压中n次谐波的有效值,λn为谐波的权衡系数。对于额定容量在300kVA以上者,要求ku<5%,THF%<1.5%。

 图6-13 同步电机空载时的时-空矢量图 


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