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1、第18卷第4期青海大学学报(自然科学版)Vol.18No.42000年8月JournalofQinghaiUniversityAug.2000用相量图分析同步发电机稳态运行时的功率特性张金霞(青海大学水电系,青海西宁810016)摘要通过相量图分析同步发电机稳态运行时的有功功率和无功功率的调节,总结出随有功功率及无功功率变化而变化的量及其变化曲线。关键词相量图同步发电机功率特性中国分类号:TM341文献标识码:A同步发电机在正常运行中有时需要调整各种参数。如要根据调度制定的负荷曲线来调整有功功
2、率和无功功率,用调速器调整有功功率,用励磁调节器调整无功功率。同步发电机稳态运行时的功率特性就是用以说明发电机与电网并联运行时功率的传递情况。本文运用相量图来分析同步发电机的功率传递情况。1电压平衡方程式及相量图的导出空载时,同步发电机(旋转磁极式)内只有转子磁通势产生的磁场,它是由励磁电流IL产生的。该磁场可分为主磁通0和转子漏磁通0。可以证明,主磁通0在每相定子绕组感应出来的电动势的有效值为E0=444KWfN0(伏)式中f电动势的频率(赫)N每相定子绕组串联的匝数0转子磁极主磁通(韦)kW
3、定子绕组的绕组系数在相位上E0落后090(图1a),即,空载时调节励磁电流IL就可以改变主磁通0,从而改变E0。通常把空载时E0=f(IL)曲线称为同步发电机的空载特性(图1b)。同步发电机带上负载以后,电枢绕组有电流流过,气隙中出现第二个磁场,称为电枢磁场。电枢电流I产生电枢磁场s和漏磁场s,如果负载对称则电枢磁场为旋转磁场。由此可见,同步发电机负载时电机空气隙中的磁场是主场和电枢磁场共同作用而形成的。两磁场同向且相对静止。电枢磁场对主磁场的作用称为电枢反应。当同步发电机带上感性负载时,它的电枢反应既有使合成磁场扭斜的作用
4、,又有去磁作用,当同步发电机带上容性负载时,它的电枢反应既有使合成磁场扭斜的作用,又有增磁作用,在电枢绕组中就出现了三个感应电动势:a空载电动势E0由主磁通0产生。b电枢电动势ES由电枢主磁通S产生。若不计铁芯损耗ES=-jIXS。c电枢漏电势Es由电枢漏磁通S产生。ES=-JIX0。收稿日期:2000-04-09作者简介:张金霞(1965-),女,青海西宁人,讲师。第4期张金霞:用相量图分析同步发电机稳态运行时的功率特性5I电枢电流。XS电枢每相绕组的电枢电抗。XS电枢每相绕组
5、的漏磁电抗。考虑到电枢电流I在电枢每相绕组电组RS上的压降IRS,则电压平衡方程式为:U=E0+ES+E-IR=E0-jIXS-jIXS-IR=E0-jIXt-IR。式中:Xt=XS+XS称为同步发电机的同步电抗。由于同步发电机特别是大容量同步发电机中RS远小于Xt,因此,IRS可略。这样电压平衡方程式为E=U+jIXt(图2)。电机中电流、磁通、电动势的产生过程可用下图表示:图22简单电力系统的功角特性2同步发电机中有:P1=P+P0;而P=P2+3IRsP2=3UIcos!。!是U与I的夹
6、角。式中:P1输入机械功率。P电磁功率。P=3E0Icos∀。∀是E0与I的夹角。P2输出功率。P0空载损耗I、U、Rs分别为电枢电流、电压、电阻。若不计电枢电阻,则:P=P2=3UIcos!=3E0Icos∀。从上面相量图中3E0U可看出:UIsin#=IX1cos∀。由上两式可得:P=sin#功角特性。参X1P=f(#)图。#功率角。它是0、R的夹角,也是E0与U的夹角(图2)。3同步发电机稳态运行的调整图33.1调整有功功率维持励磁电流不变从P1=P+P0可知,P1增大,则P(P
7、2)、#增大。反之相类同。从电压平衡相量图(图5)可知:jIXt在纵轴上的投影IXtcos!是有功电流Icos!在Xt上的压降。因此,IXtcos!反映有功功率的大小。同理,IXt在横轴上的投影IXtsin!反映无功功率的大小。维持励磁电流不变(即E0不变)调整有功功率相量图(图4)。6青海大学学报第18卷图5图4以下就相量图详细分析。1)参图6,该状态为同步发电机空载状态。输入的机械功率P1与空载损耗P0平衡。ajIxt在纵轴上的投影为零,P=0。#=0。bjIxt在横
8、轴上的投影最大。向电网输出最大无功功率(感性)。ccos!=0,电枢电流I落后U90,完全去磁。2)参图7,该状态为同步发电机有载状态(以下均同)。P1=P+P0。#>0且增大。ajIxt在纵轴上
