2020年云南南方电网招聘考试面试资料高频考点:同步发电机转子磁场
外特性
发电机带上负荷以后,端电压就会有所变化,外特性就是反映这种变化规律的曲线。所谓外特性,就是指励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下,变更负荷(定子电流I)时端电压U的变化曲线,即U=f(I)。如图1-5所示为几个不同功率因数下的外特性曲线。从图中可以看出,在滞后的功率因数(cos)情况下,当定子电流增加时,电压降落较大,这是由于此时电枢反应是去磁的。在超前的功率因数cos(-)的情况下,定子电流增加时,电压反应升高,这是由于电枢反应是助磁的。在cos=1时,电压降落较小。
外特性可以用来分析发电机运行中的电压波动情况,藉以提出对自动调节励磁装置调节范围的要求。
一般用电压变化率来描述电压波动的程度。从发电机的空载到额定负载,端电压变化对额定电压的百分数,称电压变化率△U,即
△U = ×100%
式中 发电机空载电势或电压;
额定电压。
汽轮发电机的△U=30 ~ 48%。
1.4.5 调整特性
电压会随负荷的变化而变动,要维持端电压不变,必须在负荷变动时调整励磁电流。所谓调整特性,就是指电压、转速、功率因数为常数的条件下,变更负荷(定子电流I)时励磁电流I1的变化曲线,即I1的变化曲线,即I1=f(I),如图1-6所示。
从图1-6所示不同功率因数下的调整特性可以看出,在滞后的功率因数情况下,负荷增加,励磁电流也必须增加。这是因为此时去磁作用加强,要维持气隙磁通,必须增加转子磁势。在超前的功率因数下,负荷增加,励磁电流一般还要降低。这是因为电枢反应有助磁作用的缘故。
调整特性可以使运行人员了解:在某一功率因数时,定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定值,并能维持额定电压。利用这些曲线,可使电力系统无功功率分配更合理一些。
1.4.6 同步发电机有功功率的输出
当发电机空载时,定子绕组中的电流I=0,即电枢不会产生磁势。此时发电机中,只有由转子主磁极的励磁磁势所建立的主磁场,如图1-7(a)所示。这时发电机的端电压等于由主磁场产生的空载电势,原动机输给发电机的功率P1只要克服空载损耗就行了。
图1-7同步发电机转子磁场与气隙磁场之间的夹角
(a)发电机空载时,=0;(b)发电机带负荷时,角的大小与负荷大小和性质有关
当发电机定子绕组端接上负荷时(假定负荷是纯电阻性的),定子绕组中就出现了电流I,发电机向负荷输出有功功率,于是发电机转子受到一个制动转矩的作用,这个制动转矩和空载转矩加起来,比原动机的拖动转矩要大,使得转子转动的速度变慢。为了保持同步发电机以同步转速运转,就必须增加原动机的拖动转矩(增加汽轮机的进汽量),于是转子又要加速,直到原动机所供给的机械功率与发电机输出的电功率(还要加上发电机内部的损耗)重新达到平衡,发电机才重新以稳定的同步转速运转。
由于定子绕组中出现了电流,则在发电机定、转子和气隙中,由绕组电流产生的磁势F建立了第二个磁场 电枢反应磁场。我们称电枢反应磁场对主磁场的影响叫电枢反应。如果负荷是纯电阻性的,气隙磁路是均匀的,那么电枢反应的结果是使发电机的气隙磁场发生向移,即气隙合成磁场对于主磁场来说,逆着转子旋转的方向偏转了一个角度,如图1-7(b)所示。
如果继续使负荷增大,即发电机输出的有功功率增加,那么原动机的输入功率也必须增加。但是负荷的增加就表示着定子绕组电流的增加,即电枢磁势要增加。因此,电枢反应作用增强,使得发电机气隙磁场轴线与主磁极磁场轴线之间的夹角继续增大。
如果发电机的负荷是纯电抗(纯电感或纯电容),那么发电机中就只有去磁或助磁电枢反应,其结果只是使发电机的磁场削弱或增强,而不会使磁场歪扭。由于感性负荷的去磁性电枢反应,使得发电机向纯电感负荷送电时,发电机气隙磁场由于去磁作用而将被消弱,端电压就要降低;当负荷为容性时,电枢反应是助磁性质的,将使端电压升高。一般情况下,负荷常常是电感性的,所以它即有使主磁场相当于电阻负荷的向移,又有相当于电感性负荷的去磁作用。这样,发电机就向负荷既送出了有功功率,又送出了无功功率。
由此可见,在同步发电机中,气隙磁场轴线与主磁极磁场轴线之间的夹角的大小,与同步发电机输出的有功功率大小有关。当同步发电机输出的有功功率增大时,原动机输入的机械功率增大,角也随着增大。所以我们把角叫作功率角。一般汽轮发电机在额定负荷下运行时,角约为25º~30º。
同步发电机的这种运行状况,就好象是发电机转子磁场和气隙磁场之间有一些橡皮筋连在一起,如图1-8所示。由转子磁场拖动气隙磁场在空间以同步速度旋转。发电机输出的有功功率越大,橡皮筋就被拉得越长,转子磁场领前于气隙磁场的角度就越大。
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