培训大纲

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同步发电机的空载 1、空气隙中只有一个由转子激磁的磁场，它截切定子绕组产生感应 电势E0。 2、空载运行是讨论直流激磁电流if与空载电势E0的关系。 3、凸极式同步发电机的激磁绕组是集中绕组；隐极式同步发电机的 激磁绕组为分 布绕组。 4、饱和系数：当空载电势为额定电压时的总磁势和空气隙磁势之比 为电机的饱和系数kμ。 空载特性曲线开始时为一条直线，因为这时φ很小，铁磁部分未饱和， 转子磁势全消耗在空气隙中，d为气隙线。随着φ的增加铁磁部分迅速 饱和，它所需磁势FFe迅速增大，空载特性开始向下弯曲。 由于存在磁滞现象，试验时从曲线顶部开始，逐步向一个方向减少激 磁电流，曲线交于原点左侧。向右平移，通过原点即为发电机的空载 特性。 磁通路径大部分为铁芯时，磁阻小，产生一定数量的磁通比磁通路径 大部分为空气时所用到的电流要小得多。磁通路径为铁芯时比磁通路 径为空气时电抗大得多。
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（转子磁极的轴线为直轴（d）,二极之间的中线为交轴（q）） 我们可以把电枢 磁势分解为直轴 分量和交轴分 量，直轴分量起 去磁作用或磁化 作用。 当0＜ψ＜π/2时， Fa滞后Ff一个
ψ+π/2角。
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同步电抗、交轴电抗、直轴电抗 （电枢磁场的磁轴和转子磁场的磁轴之间的空间相角为 π/2+ψ，ψ为内功率因数角，即负载电流I和空载电势E0之 间的角度。） 由三相绕组产生的旋转磁势以同步速度旋转截切定子绕组 产生的电枢反应电势Ea与负载电流成I正比，它们之间的 比例常数称为电枢反应电抗Xa。 I产生Fa，Fa与Φa同相，电枢反应电势Ea滞后Φa 90度。 （隐极机，凸极机Fa与Φa相差一个角度） Xa为电枢反应电抗； 对于隐极机，定子旋转磁势在任何位置所走的磁通路径相 同，所以交轴电抗Xq和直轴电抗Xd相等。 由于定子旋转磁势截切定子绕组时所走的磁通路径不同， 所走直轴路径时，Xd电抗大，走交轴路径时Xq电抗小。
Iq δ θ ψ Icosθ U I*Ra
E0(Ff)
jI*Xs
Ea
Isinθ I(Fa) Id
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凸极式同步电机的功角特性 E0=U+Ira+jIdxd+jIqxq =U+Ira+jIdxd+jIqxq+ jIdxq - jIdxq = U+Ira+jIqxq+ jIdxq+jIdxd - jIdxq = U+Ira+jIxq +jId(xd -xq) E0-jId(xd -xq)= U+Ira+jIxq
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1、同步发电机的励磁方式
励磁系统是同步发电机的重要组成部分， 一个良好的励磁系统不仅为发电机组在电 力系统中可靠和稳定运行所必需，而且可 以有效地提高发电机及其相联的电力系统 的技术经济指标。
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1．直流励磁机 D.C. exciter 一台使用换向器与电刷提供直流电流的旋转励磁机。 在目前，仍有许多运行中的同步电机装有这类励磁机。
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E0和定子电流的角度叫内功率因数角。 Ff和E0同相； 上图E0和A相定子电流I同相； 当A相电流最大时，在A相绕组中感应电势为0，当A相电 流最小时，在A相绕组中感应电势最大，所以定子旋转磁 场在定子绕组中感应电势落后定子电流90度。 上图：定子旋转磁场所走的磁通路径在交轴。对于凸极机 磁势所遇磁阻较大，磁通较小。在定子绕组中感应电势：
ψ3 δ 3 δ 2=ψ 2 δ 1 θ 1 ψ1 θ 3
I3 I2 U
jI1*Xs
E0sinδ
I1 Icosθ
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U型曲线： 在有功功率保持不变时，表示电枢电流和 激磁电流的关系的曲线I=f(if)，称为U形曲 线。 由上页向量图可见：对应某一有功值，当 励磁电流从很小到大，定子电流从大到小， 无功从负至0，当无功为0时，定子电流最 小，然后定子电流又随转子电流的增加而 增加。（见下图）
转子磁场Ff在定子绕组产生感应电势E0，称为空载电势。 定子磁场Fa在定子绕组产生感应电势Ea，称为电枢反应 电势。 合成磁场的磁轴和转子磁轴间的空间相角用δi来表示，则 δi就是发电机定子电压U和E0之间的角度用δ表示。也就 是功角δ； （空气隙合成旋转磁场在定子绕组中的感应电势E等于 E0+Ea，忽略定子绕组的电阻和漏抗后，等于发电机定子 电压） 同步转矩：直流激励的旋转磁场与定子磁场产生相互吸引 力，从而产生电磁转矩。 同步转矩随着空气隙磁场与转子间的相对位置而变化。与 sinδ成正比。
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图2表示交流励磁机带不可控静止整流器的 简图。由交流发电机供给静止整流器电源， 整流器的输出经电刷和滑环给同步发电机 的磁场绕组。励磁机的旋转磁场绕组到励 磁控制设备也是通过滑环和电刷进行电联 接的。
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2、同步发电机的原理简介
线圈中的感应电势频率： 定子线圈中的感应电势：
f p
n 60
d e m sin t dt
E0(Ff) jI*Xs θ
E0U cos U 2 Q UI sin xs xs
Isinθ I(Fa) Id
此式即为无功功率的功角特性。当激磁不变时，Q与δ的关系为余弦函 数
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为什么改变励磁电流可以改变无功功率的大小和性质： 根据能量守恒原理，调节无功功率不改变原动机的输入，有功功率保持不 变，即有
P UI cos 常数
E0U P sin 常数 xs
当U和xS保持不变时：
I cos 常数 P E0 sin 常数
由下图可见，当E1、E2、E3（完全由转子电流决定）改变时无功相应改 变。 无功与 E0 cos 成正比。
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E3
E2
jI2*Xs
E1
jI3*Xs
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（转子磁极的轴线为直轴（d）,二极之间的中线为交轴 （q）。） 此时的定子电流叫做交轴电流，也叫有功电流。 定子旋转磁场和转子旋转磁场成90度。（交磁）
（磁通=磁势/磁阻) (交轴间隙大，磁阻大，磁势不变，磁通小。交轴电抗小。) (直轴间隙小，磁阻小，磁势不变，磁通大。直轴电抗大。)
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Ea jIxq
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同步发电机的短路： 三相短路时，端电压为0，电枢反应为纯去磁作用。 直流激磁电流所产生的磁通φ0与电枢反应磁通 φad， 大小相等，方向相 反。 三相稳定短路 时，电枢反应磁通 将直接经过转子铁 芯而闭合，磁阻较 小，定子电流所遇 到的电抗，便为数 值较大的直轴同步 电抗Xd。
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短路比 使空载电压有额定值时的励磁电流和使发电机短路时有额定定子电流 时的励磁电流之比为短路比。（短路比比不饱和同步电抗的倒数略 大。）
培训大纲
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 同步发电机的励磁方式………………………………..2 同步发电机的原理了解………………………………..3 可控硅整流介绍及可控硅故障分析…………..…….34 灭磁介绍、灭磁保护装置试验………………………70 新机组的投运试验……………………………………73 励磁系统设计和计算…………………………………74 国标和术语简介………………………………………75 向量图…………………………………………………86 自动控制原理学习……………………………………87 发电厂电气设备………………………………………88 励磁系统参数测试知识………………………………89 PSS试验………………………………………………90 继电保护学习…………………………………………91 AUTOCAD-机械制图………………………………..92 MATLAB在励磁控制中仿真…………………………93 电力英语………………………………………………94 C语言学习……………………………………………95
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下图：内功率因数角等于90度，定子旋转磁场所走的磁通 路径在直轴。对于凸极机磁势所遇磁阻较小，磁通较大。 两个磁势为代数相减。功角为0度，有功为0，定子电流起 去磁作用。
Ea jIxd
此时的定子电流叫做直轴电流，也叫无功电流。 由于磁势相减起去磁作用。
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内功率因数角ψ=-π/2（I超前E090度）：呈磁化作用。同 步电机处于欠激状态。 定子旋转磁场所走 的磁通路径在直轴。 对于凸极机磁势所 遇磁阻较小，磁通 较大。两个磁势为 代数相减。功角为 0度，有功为0， 定子电流起磁化
E0(Ff)方向
jI*Xq δ θ ψ U I*Ra
I(Fa)
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凸极机矢量图 下式中第一项是由定子电流和转子磁场之间的作用，第二项便是定子电流与 其本身所产生的磁场之间的作用。 如隐极机Xd＝Xq，第二项等于零。
E0 Iq δ θ ψ U I*Ra
jIq*Xq
Id
I(Fa)
U 2 ( xd xq ) E0U P sin sin(2 ) xd 2 xd xq
2 f m 2 2 f m 4.44 f m
一匝线圈感应电势的有效值：
Et
m
2
c匝集中绕组（整距绕组）线圈感应电势的有效值：
Ec 4.44 c qk m
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1、三相定子电流产生旋转磁势；（交流激励的旋转磁场） 2、直流激励的旋转磁场； 下图：内功率因数角等于0度。
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无功功率的调节和U形曲线: 电网的负载包含有功功率和无功功率。 同步发电机输出的无功功率为：
Q UI sin
发电机输出感性无功功率时Q取正值。
E0 cos U Ixs sin
E cos U E0 cos U I sin 0 xs xs xs
Iq δ θ ψ Icosθ U
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励磁系统对静态稳定的影响：
P= U E0/ Xs* sinδ
0 π /2 π
δ
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同步电机的功率是空气隙中的合成旋转磁 场与转子轴间的相对位置而定，即决定于 它们之间的空间位移角δ，同步发电机的功 角特性便是功率P与角度δ间的关系。