新聞主題	隱極與凸極發電機的同步電抗

 

摘要： 發電機同步電抗是表征對稱穩態運行時電樞旋轉磁場和電樞漏磁場的一個綜合參數，是對稱電樞電流所產生的全部磁通在某一相中所感應的總電勢（E_σ+E_a）與相電流之間的比例常數。在不計飽和時，它是一個常值。常用標么值表示，以每相額定電壓為電壓的基值，以相額定電流為電流基值，以這兩基值的比值為阻抗的基值。隱極同步發電機的同步電抗標么值在0.9~3.5之間；凸極式同步電機的直軸同步電抗在0.6~1.6之間，交軸同步電抗在0.4~1.0之間。

 

一、隱極發電機的同步電抗

      在電力系統中，發電機是電能轉換的核心設備。為確保電力系統的穩定運行，需要確保發電機的輸出電壓始終與電網的電壓保持同步。同步電抗是發電機保持同步的重要特性參數之一。同步電抗是指在特定條件下，發電機輸出電壓與電網電壓之間的虛功率。它是發電機內部電磁參量與穩態電力系統之間的交流電學特性參數。同步電抗的大小取決于發電機的勵磁系統、轉子結構以及輸出功率等因素。

1、隱極同步電機的定義

      隱極轉子外表呈圓柱形，在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組，并用金屬槽楔固緊，使電機具有均勻的氣隙。由于高速旋轉時巨大的離心力，要求轉子有很高的機械強度。隱極式轉子一般由高強度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵磁繞組。

2、狀態區別

      隱極同步電機的結構特點是氣隙均勻，下面分別對不考慮飽和和考慮飽和兩種情況進行討論。

（1）不考慮飽和時

      不考慮飽和時可認為主磁路為線性，可應用疊加原理，認為f₁和a各自單獨產生磁通Φ和Φ_a，并在定子繞組中感應出勵磁電動勢E和電樞反應電動勢E_a，再把Φ和Φ_a相量相加得出合成氣隙磁通Φ_δ，同理將E和Ea相量相加得出合成電動勢E_δ，稱為氣隙電動勢。此外電樞電流所生漏磁場還將產生每相漏磁通Φ_σ和每相的漏電動勢E_σ。電樞繞組任一相電動勢平衡方程為：

∑E=E+E_a+E_σ=E_δ+E_σ=U+IRa

式中：U為電樞一相繞組的端電壓，IRa為電阻壓降。

（2）考慮飽和時

      實際的同步電機都在一定飽和程度下運行。這時磁路是非線性的，疊加原理不再適用，應當先求出作用在主磁路上的合成磁動勢，然后利用電機的磁化曲線（空載特性曲線）求出負載時的氣隙磁通及相應的合成電動勢E_δ。此時氣隙中合成磁動勢的基波分量(簡稱氣隙磁動勢)δ為

δ=f₁+a

      而電樞某一相的電動勢方程為

E_δ=U+I(Ra+jX_σ)

3、電抗計算公式

      電樞反應磁場在定子每相繞組中所感應的電樞反應電勢Ea，可以把它看作相電流所產生的一個電抗電壓降這個電抗便是電樞僅應電抗X_a。即E_a=-jIX_a，進一步再把X_a與漏磁X_a合并為一個電抗X_s=X_a+X_σ，這個X_s就稱為同步電抗?？紤]定子的銅耗，則可寫出同步阻抗Z_s=ra+jX_s的表示式。

      就物理意義而言，同步電抗包含兩部分一部分對應于定子繞組的漏磁通，另一部分對應于定子電流所產生的空氣隙旋轉磁場。在實際應用上，我們通常不把它們分開，而把X_a+X_σ當作一個同步電抗來處理。其原因為：

（1）在計算同步電機的各種性能時，一般只需要應用同步電抗，無需把它的兩個組成部分分開；

（2）在實際測量時，直接測定同步電抗要較分別測定X_a及X_σ更為方便。

      電樞反應電抗對應于通過空氣隙的互磁通，亦即對應于定子旋轉磁場，因此它的數值很大。顯然要大于和定子繞組漏磁通相應的定子漏抗。因為漏抗X數值甚小，所以同步電抗與電樞反應電抗在數值上相差不大。

      電樞反應磁場與轉子都以同步速同方向旋轉。定子磁場并不切割轉子繞組，同步電抗也就為定子方面的總電抗。雖然轉子繞組在電路方面不起副繞組的作用，但轉子鐵芯為旋轉磁場所經磁路的一個組成部分，所以在磁路方面卻起著重要作用。如把轉子抽去，則定了電流所遇到的電抗將不再是電樞反應電抗或同步電抗，而將接近于漏抗Xσ。

 

圖1 隱極同步發電機相量圖

圖2 隱極同步發電機等效電路圖

 

二、 凸極發電機的同步電抗

 

      對凸極同步發電機，因磁路并不是均勻的，所以電樞電流需要分解為直軸分量I_d和交軸分量I_q來分別討論。

1、交軸同步電抗X_q

      電樞反應的存在是實現能量傳遞的關鍵，假如β=0，I與E0同相，根據左手定則，電磁力將構成反轉子方向的轉矩，此時的電流為有功電流I=I_q，I_q所產生的電磁轉矩與原動轉矩相平衡。此時電樞反應在定子繞組中產生的電勢E_aq與I（或I_q）成正比，它們之間的比例常數為電樞反應交軸電抗X_aq，于是有E_aq=-jX_aqI_q?？紤]定子的漏磁，交軸同步電流X_q= X+X_aq。

2、直軸同步電抗Xd

     同理當β=90º，則得到直軸同步電抗X_d，直軸同步電抗X_d= X+X_ad。

      對凸極同步發電機而言，d軸的磁路和q軸的磁路是不相同的，而且磁勢所產生的磁密分布波也已不再是正弦波，我們這里討論的均為正弦基波參數的同步電抗，對隱極機而言兩個軸向的磁路基本相同，因而電樞反應也就無需分解為直軸分量和交軸分量了，X_d=X_q，需用一個參數X_s= X +X_a來代表同步電抗就可以。

3、電抗參數的測量方法

      電樞反應電抗是分析永磁同步電機的一組重要參數，按照雙反應理論，負載運行時永磁同步電機直軸上有永磁體磁動勢和直軸電樞反應磁動勢兩個激磁源，交軸方向上有交軸電樞反應磁動勢一個激磁源。由于交軸和直軸部分磁路是相互重合的，直軸方向的磁動勢必然會影響交軸磁路的飽和程度，反之亦然。即使磁路不飽和，鐵芯仍有磁壓降，且主磁場對電樞反應產生較大的影響。因此，對永磁電機來說，飽和的電樞反應電抗更具有實際意義和實用價值。

       例：如圖4所示，一臺凸極同步發電機的直軸和交軸同步電抗分別為X*d=1.0，X*q=0.6，電樞電阻略去不計。試計算在額定電壓、額定電流和額定功率因數cosφN＝0.8(滯后)時的勵磁電動勢E*，并畫出相量圖。上標*表示為標么值。

 

圖3 凸極發電機曲線圖

圖4 凸極發電機電抗相量圖

 

      電抗參數的測量方法主要有3種：

① 直接負載法

      凸極式發電機帶純阻性負載時的相量圖。E₀為每相空載電動勢；U 為每相輸出電壓；I為每相電流；R為每相電樞電阻；X_d為直軸同步電抗，X_q為交軸同步電抗；θ為功率角；I_d為直軸電流分量，I_q為交軸電流分量。

      當永磁同步電機負載運行時，測得空載反電勢E₀，電樞端電壓U，電流I和功率角θ，由相量圖可知，I_d＝Isinθ，Iq＝Icosθ。

② 直軸衰減法

      直流衰減法原理的推導是在假定直流電流衰減過程中發電機的參數保持不變基礎上的。實際上，在直流電流衰減過程中，發電機的飽和程度是不斷變化的，其電抗參數也是不斷變化的，這樣通過處理直流衰減曲線得不到正確的飽和參數值。為了考慮磁路飽和程度對電抗參數的影響，將直流衰減法進行改進、發展成小電流直流衰減法。該方法是使電樞繞組中決定磁路飽和程度的大直流電流保持不變，而在該電流的d或q軸分量中疊加一個幅值較小的直流衰減電流，通過對該小直流電流衰減曲線的辨識來確定飽和參數。

③ 電壓積分法

       電壓積分法測試發電機電抗參數的裝置，包括數字磁通計、無感電阻、整流橋、滑線變阻箱、空氣開關、電流表。無感電阻組成網絡，其中每四個相等阻值的無感電阻組成一個電阻網絡來作為一個測量檔，且測量檔的大小與無感電阻阻值相同，例如，四個0.1Ω無感電阻組成的電阻網絡作為0.1Ω測量檔。當被測發電機的定子電阻阻值不超過2.74Ω時，利用三個電阻網絡形成的測量檔(即0.1Ω檔、0.5Ω檔、2Ω檔)來測量，每檔內的電阻通過空氣開關的不同方式組合(即S4、S3、S2、S1匹配)來實現。本裝置具有操作簡單、測量精度高、測試范圍大，適應性強等優點。同時，考慮飽和及交叉飽和因素，將發電機與實際運行狀態很好地結合起來。

 

總結：

      同步電抗的大小受到發電機內部電磁參量、轉子結構、電力系統負荷和電網電壓等多種因素的影響。其中，發電機的勵磁系統是影響同步電抗的主要因素之一。當勵磁電流越大，同步電抗也就越大。此外，發電機轉子結構的復雜度和輸出功率也會對同步電抗產生影響。此外，負荷和電網電壓也會對同步電抗產生影響。當負荷增加時，同步電抗會降低；而當電網電壓下降時，同步電抗會增加。綜上所述，發電機同步電抗是電力系統中發電機保持同步的重要特性參數，其大小受到多種因素的影響。為確保電力系統穩定運行，需要對發電機的同步電抗進行精確的測量和控制。

----------------
以上信息來源于互聯網行業新聞，特此聲明！
若有違反相關法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關柴油發電機組技術數據與產品資料，請電話聯系銷售宣傳部門或訪問我們官網：http://www.nkcyfdjpj.cn