第5章同步电机5.1基本要求1.了解三相同步电机的基本结构、励磁方式、基本类型，掌握三相同步电机的额定值。2.理解三相同步电机的电枢反应，掌握三相同步电机的工作原理。3.理解三相同步发电机的基本方程式、等效电路和相量图。4.掌握三相隐极和凸极同步发电机的基本分析方法。5，掌握三相同步发电机的功率和转矩，理解三相同步发电机的功角特性和矩角特性6.了解三相同步发电机的外特性、调整特性和效率特性7.掌握三相同步发电机并联运行的条件，了解并联运行的方法。8.了解三相同步发电机并联运行时有功功率和无功功率的调节方法，理解三相同步发电机功率因数调节的原理。9.掌握三相同步电动机的基本方程式、等效电路和相量图。10.掌握三相同步电动机的功率和转矩。11.了解三相同步电动机的工作特性，理解三相同步电动机功率因数调节的原理。12.了解同步补偿机的工作原理。13.了解三相同步发电机突然短路时的物理过程，理解瞬态电抗和超瞬态电抗的物理意义及其与稳态同步电抗的大小关系。5.2学习指导1.三相同步电机的基本组成和额定值三相同步电机的基本组成如图5-1所示。「定子铁心、定子绕组箱定子（电板）【机座、端盖同【转子铁心、转子绕组步转子【阻尼绕组、转轴电机励磁系统图5-1三相同步电机的基本组成同步电机的定子称为电枢（而直流电机的转子称为电枢），定子铁心和定子绕组称为电枢铁心和电枢绕组。同步电机一般采用旋转磁极式结构。按转子主磁极形状的不同，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本型式。同步电机的转子绕组为励磁绕组，工作时需要励磁系统为其励磁，以产生同步电机的主极磁场。同步电机的主要额定值有：额定容量或额定功率、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定频率和额定转速等
第 5章 同 步 电 机 5。1 基 本要求 1.了 解三相同步电机的基本结构 、励磁方式 、基本类型 ,掌 握三相 同步电机的额定值 c 2.理 解三相 同步电机的电枢反应 ,掌 握三相 同步电机的工作原理 。 3.理 解三相同步发 电机的基本方程式 、等效电路和相量 图。 4.掌 握三相隐极和凸极 同步发电机的基本分析方法 。 5.掌 握三相 同步发 电机的功率和转矩 ,理 解三相 同步发电机的功角特性和矩角特性 。 6.了 解三相 同步发 电机的外特性 、调整特性和效率特性 。 7.掌 握三相 同步发电机并联运行 的条件 ,了 解并联运行 的方法 ⊙ 8.了 解三相同步发 电机并联运行时有功功率 和无功功率 的调节方法 ,理 解三相 同步发 电机功率 因数调节的原理 。 9.掌 握三相 同步电动机的基本方程式 、等效 电路和相量图。 10.掌 握 三相 同步 电动机的功率和转矩 。 11.了 解三相 同步 电动机 的工作特性 ,理 解三相 同步电动机功率因数调节的原理 c 12.了 解 同步补偿机 的工作原理 。 13.了 解三相 同步发 电机突然短路时的物理过程 ,理 解瞬态 电抗 和超瞬态 电抗 的物理意 义及其与稳态 同步电抗 的大小关系。 5.2 学 习指导 定子绕组 同步电机的定子称为电枢 (而 直流电机 的转子称为电枢 ),定 子铁心和定子绕组称为电 枢铁心和电枢绕组 ⊙同步 电机一般采用旋转磁极式结构 。按转子主磁极形状的不 同,同 步电 机又分为隐极式和凸极式两种基本型式 。同步电机的转子绕组为励磁绕组 ,工 作时需要励磁 系统为其励磁 ,以 产生 同步电机的主极磁场 。 同步电机 的主要额定值有 :额 定容量或额定功率 、额定 电压 、额定 电流 、额定 功率 因 数 、额定频率和额定转速等。 本组成 胴 渺 〓一 相 ⒈ 一 二
第5章同步电机712.三相同步电机的工作原理三相同步电机为双边励磁电机，工作时，一方面，转子励磁电流产生励磁磁动势F。形成同步电机的主极磁场；另方面，电枢（定子）三相绕组上的对称三相电流产生同步转速为n，的旋转磁动势F，而形成电枢旋转磁场；转子主极磁场与电枢旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，转子以同步转速n，恒速旋转，从而实现机电能量的转换。司步电机空载时，电枢电流为零，气隙磁场仅由转子励磁电流激励。此时电枢绕组感应产生的空载相电动势（励磁电动势）与励磁电流的关系称为同步电机的空载特性，该特性与电机的磁化曲线只差一个比例系数。空载特性曲线是同步电机最基本的特性曲线。同步电机负载时，气隙磁场由转子励磁电流和电枢电流共同激励，即由主极磁场和电磁场合成。因此，负载时的气隙磁场与空载时的气隙磁场完全不同，这种电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场发生畸变，还有去磁或增磁效应。电枢反应的性质取决于电枢电流i，与励磁电动势E。的相位关系，将E。与i，的相位差称为内功率因数角出。在同步发电机中，有如下关系：E。与i,同相位，即亚=0°时，F.与F。正交，即F，=F为交轴电枢磁动势，此种电枢反应称为交轴电枢反应。E。超前于i,90°，即业=90°时，F，与F。反方向，即F，=F.为直轴去磁性电枢磁动势，此种电枢反应称为直轴电枢反应。E。滞后于i，90°，即=-90°时，F与F。同方向，即F，=F。为直轴增磁性电枢磁动势，此时的电枢反应也为直轴电枢反应。-般情况下，0°<业<90°，F，=F+F，即直轴和交轴电枢反应同时存在。其中，一Fad为电枢磁动势的直轴分量，Fad=F,sind；F..为电枢磁动势的交轴分量，F.=F,cost。交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，气隙合成磁动势F滞后或超前于励磁磁动势F。，这是产生电磁转矩、实现机电能量转换的关键，而去磁性和增磁性的直轴电枢反应会对同步电机的运行性能产生重要的影响。气合成磁动势F与励磁磁动势F。的空间角度差称为同步电机的功率角6。功率角6的正负，代表了同步电机的运行状态。当F。超前于F时（6>0°），同步电机为发电机运行状态；当F。与F同方向时（9=0°），同步电机为理想空载运行状态（或补偿机状态）；当F。滞后于F时（6<0°），同步电机为电动机运行状态。3.三相同步发电机的稳态分析同步电机的分析方法因转子结构的不同而不同，但是，可以将隐极同步电机看成是凸极同步电机的特例。凸极同步电机采用“双反应理论”分析，在分析中一般也不考虑磁路饱和的影响。通过分析同步发电机的电磁关系，并用各种电抗表征磁场对电路的影响后，可以列写出同步发电机的电路方程，进而得到等效电路和相量图。同步电抗是同步电机的重要参数，其大小直接影响到同步电机的性能。隐极同步电机的同步电抗为X，=X，+X，即同步电抗由两部分组成：一部分是与电枢反应磁通Φ。相对应的电枢反应电抗X。，另一部分是与电枢漏磁通相对应的漏电抗X。电
第 5章 同 步 电 机 ∷冖 1 2.三 相 同步电机的工作原理 三相 同步电机为双边励磁 电机 ,工 作 时 ,一 方 面 ,转 子励磁 电流产生励磁磁 动势 FO, 形成 同步 电机 的主极磁场 ;另 一方 面 ,电 枢 (定 子 )三 相绕组上 的对称 三相 电流产生 同步 转速为 屁1的 旋转磁动势 Fa而 形成 电枢旋转磁场 ;转 子主极磁场与 电枢旋转磁场相互作用 , 产生电磁转矩 ,转 子 以同步转速 Ⅱ1恒 速旋转 ,从 而实现机 电能量的转换 。 同步电机空载时 ,电 枢电流为零 ,气 隙磁场仅 由转子励磁 电流激励 。此时电枢绕组感应 产生的空载相 电动势 (励 磁 电动势 )与 励磁 电流 的关 系称为 同步 电机 的空载特性 ,该 特性 与电机 的磁化 曲线只差一个 比例系数 。空载特性 曲线是 同步电机最基本 的特性 曲线 。 同步电机负载时 ,气 隙磁场 由转子励磁 电流和电枢电流共 同激励 ,即 由主极磁场和电枢 磁场合成 。因此 ,负 载时的气隙磁场与空载时的气隙磁场完全不同 ,这 种 电枢磁动势对气 隙 磁场的影响称为电枢反应 。 电枢反应不仅使气隙磁场发生畸变 ,还 有去磁或增磁效应 。电枢反应 的性质取决于电枢 电流 JI与 励磁 电动势 EO的 相位关系 ,将 ε0与 Jl的 相位差称为内功率 因数角 ψ。在同步发 电机 中,有 如下关系 : E。与 rl同 相位 ,即 Ψ=0° 时 ,Fa与 FO正 交 ,即 Fa=F叫 为交轴电枢磁动势 ,此 种 电枢 反应称为交轴 电枢反应 。 E。超前于 f190° ,即 Ψ〓⒇ °日寸,Fa与 FO反 方 向 ,即 Fa〓 Fad为 直轴 去磁性 电枢磁动 势 ,此 种 电枢反应称为直轴电枢反应 c E。滞后于 J190° ,即 Ψ=-⒇ °时 ,Fa与 FO同 方 向,即 Fa=F扪 为直轴增磁性 电枢磁动 势 ,此 时的电枢反应也为直轴 电枢反应 。 一般情况下 ,0° <Ψ (90° ,Fa=Fad+Faq,即 直轴 和交 轴 电枢 反应 同时存 在 。其 中, Fad为 电枢磁动势的直轴分量 ,Fad〓 Fa葫nψ ;Faq为 电枢磁动势 的交轴分量 ,Faq=Fa∞ ψ o 交轴 电枢反应使气隙磁场发生 畸变 ,气 隙合成磁动势 F滞 后或超前 于励磁磁动势 F。, 这是产生电磁转矩 、实现机电能量转换 的关键 ,而 去磁性和增磁性的直轴 电枢反应会对 同步 电机的运行性能产生重要 的影响。 气隙合成磁动势 F与 励磁磁动势 FO的 空 间角度差称为 同步 电机 的功率角 ε。功率角 ε 的正负 ,代 表 了同步 电机的运行状态 ⊙当 F。超前于 F时 (ε)0° ),同 步 电机为发 电机运行 状态 ;当 FO与 F同 方 向时 (ε=0° ),同 步 电机为理想空载运行状态 (或 补偿机状态 );当 FO滞 后于 F时 (ε(0° ),同 步 电机为电动机运行状态 。 3.三 相同步发 电机的稳态分析 同步电机的分析方法 因转子结构的不同而不 同,但 是 ,可 以将隐极 同步电机看成是 凸极 同步电机的特例。凸极 同步 电机采用 “双反应理论 ” 分析 ,在 分析 中一般也不考虑磁路饱 和的影响。通过分析同步发电机 的电磁关系 ,并 用各种电抗表征磁场对 电路的影响后 ,可 以 列写出同步发 电机的电路方程 ,进 而得到等效 电路和相量 图。 同步电抗是 同步 电机 的重要参数 ,其 大小直接影响到同步电机的性能。 隐极 同步电机的同步电抗为 Xs=Xa+Xσ ,即 同步 电抗 由两部分组成 :一 部分是 与 电枢 反应磁通 Φa相 对应 的电枢反应 电抗 Xa,另 一部分是与 电枢漏磁通相对应 的漏 电抗 Xσ。电
电机与拖动MATLAB仿真与学习指导72枢旋转磁场在电枢绕组中感应产生的相电动势称为电枢反应电动势E。，显然E。正比于Φ忽略磁路饱和影响时，Φ正比于电枢磁动势F。和电枢电流1，因此，E，正比于1，即-jx,i,凸极同步电机的同步电抗分为直轴同步电抗X，和交轴同步电抗X。，其中X。=X，+>X。=X。+X。，式中，X.和X.分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗。隐极同步发电机的电压方程为U, = E。-(R +jx,)i,凸极同步发电机的电压方程为u. - Ea-Ri, - jxig-jx.i.或用虚拟电动势表示U = E。-(R, + jX,)i,E。=E-jX -X,)i.根据同步发电机的相量图，可得如下关系：U,sin +X,lE.=U,coso+X,ltant:U.cose+R4.三相同步电机的功率、转矩与运行特性三相同步发电机的功率平衡方程为P, = Pfu + Pad + Pe. + Pcu + P2P =P。+Pcu +P2P, =P. +P.三相同步发电机的转矩平衡方程为T, =T, + T三相同步发电机的电磁功率、功角特性和矩角特性分别为凸极同步发电机隐极同步发电机P.=3E.1cosV=3E.1P,=3E.l,cosy电磁功率(1.)E.U,E.U,sin20sing+3-P=3P=3sing功角特性2(XX)X.X.(lE.U,1E.U,sin2T, =3sin+3sinfT =3矩角特性20X.X.X.2,X,2凸极同步发电机的功角特性比隐极同步发电机多一个因凸极效应（X。*X）而磁阻分量（附加分量）。三相同步发电机的电磁转矩和矩角特性与其电磁功率和功角特性只相差一个步转速2,）。三相同步发电机的运行特性包括外特性、调整特性和效率特性。根据外特性，电机的电压调整率。一般，凸极同步发电机V，=18%~30%；隐极同步发电机V48%。调整特性说明了在为固定功率因数负载供电时，若负载轻重变化，为保持额
″ ∷∷∷ 电 机与拖动 MATLAB仿 真与学习指景 枢旋转磁场在电枢绕组中感应产生的相电动势称为电枢反应电动势 Ea,显 然 Ea正 比于 Φ 忽略磁路饱和影响时,Φ a正 比于电枢磁动势 Fa和 电枢电流 Jl,因 此 ,Ea正 比于 fl,即 =-jXaJ1。 凸极 同步电机的同步电抗分为直轴同步 电抗 Xd和 交轴 同步电抗 Xq’ 其 中 Xd=Xad+’ Xq=Xaq+xσ ’式 中 ,Xad和 X叩分别称为直轴 电枢反应电抗 和交轴电枢反应 电抗 。 隐极同步发电机的电压方程为 rlI 〓 E0 _(Rl +jXs)J1 ° 凸极同步发电机的电压方程为 I/1 = E。 -RIfl -jXdfd-jXqrq 或用虚拟 电动势表示 IFl =EQ -(Rl +jXq)Jl EQ=E0-j(Xd-Xq)Jd 根据 同步发 电机的相量 图 ,可 得如下关系 : 铷 ψ =:;i;;羊 :i∶ :|钅 |,几 =已 1c° 喝"仙 4.三 相同步 电机的功率、转矩与运行特性 三相同步发电机的功率平衡方程为 Pl=Pfw+Pad+PFe+Pcu+P2 P1=PO+Pcu+P2 P1=PO+Pe 三相同步发 电机的转矩平衡方程为 rl=民 +re 三相同步发电机的电磁功率 、功角特性和矩角特性分别为 隐极 同步发电机 凸 极同步发电机 电 磁 功 率 Pe=3E° Jl∞ sΨ Pe=3EQfl∞ sΨ =3EQrq 功 角 特 性 凡 =3气 竿 ‰ 田 凡 =3铧 “⒄ +3争 彘 -扣 砣 矽 矩 角 特 性 几 =3曩 务 卜 田 飞 =3耢 ⒍溺 +3翔 岢 -扣 砣 凸极同步发电机的功角特性 比隐极 同步发 电机多一个 因凸极效应 (Xd≠ Xq)雨 磁阻分量 (附 加分量 )。 三相同步发电机的电磁转矩 和矩 角特性 与其 电磁功率 和功角特性 只相差一个 俏 步转速 Ωl)。 三相同步发电机的运行特性包括外特性 、调整特性和效率特性 。根据外特性 , 电机的电压调整率 。一般 ,凸 极同步发 电机 yR=18%~3o%;隐 极 同步发 电机 yR 48%。 调整特性说 明了在为固定功率 因数负载供 电时 ,若 负载轻重变化 ,为 保持额
L73第5章同步电机输出，励磁电流的调节方式。效率特性反映了同步发电机效率的高低。现代大型同步发电机的效率都很高。5.同步电机的井网运行与功率调节三相同步发电机一般都是并联运行的，其并联运行的条件为：①发电机的相序与电网相序一致：②发电机的频率与电网频率相同：③发电机的端电压与电网电压相等。三相同步发电机并联运行时有功功率的调节方法是调节原动机的输人功率（或输入转矩），使功率角6变化，电磁功率和输出功率便会得到相应调节。但是，功率角9不能超过一定的范围，否则，超过同步发电机的最大负载能力，同步发电机将失去稳定运行状态三相同步发电机并联运行时无功功率的调节方法是调节其转子的励磁电流。当励磁电流从小到大变化（欠励磁状态）时，同步发电机先输出较大的电容性无功功率，并随着励磁电流的增大该电容性无功功率逐渐减小：当励磁电流增大到某值（正常励磁状态）时，同步发电机输出的无功功率为零：当励磁电流继续增大（过励磁状态）时，同步发电机输出电感性无功功率，该电感性无功功率随着励磁电流的增大而逐渐增大。6.三相同步电动机与同步补偿机三相同步电动机是三相同步发电机的可逆运行，其分析方法与同步发电机完全相同。但须注意：由于电动机与发电机的功率传输方向不同，故等效电路中各个电量的参考方向的选取有所不同。三相凸极同步电动机的电压方程为U,=-E.+Ri, +jxia+jxi或U, =-E。+(R, +jX,)i式中，虚拟电动势E。的定义与同步发电机的虚拟电动势相同。三相同步电动机特别适用于驱动大功率的恒速机械，其最大的优点是功率因数可以调节。调节励磁电流，即可改变电枢电流的无功分量，从而改变同步电动机的功率因数。在过励状态下，同步电动机不仅从轴上输出机械功率，同时还向电网输送电感性无功功率（或说输人电容性无功功率）以提高电网的功率因数同步补偿机是专门用于改善电网功率因数的同步电机，运行时只输出无功功率，不产生有功功率输出。7.三相同步发电机的三相突然短路同步发电机的突然短路是短路的瞬态过程，与稳态短路时的电磁关系完全不同。根据磁链等恒原理，发电机在突然短路瞬间，各绕组为了维持其磁链不变，电枢绕组和励磁绕组以及阻尼绕组之间产生了稳定运行或稳态短路时所没有的感应关系，使电枢反应磁通经励磁绕组和阻尼绕组的漏磁路闭合，从而使该瞬间限制电枢电流的电抗值（瞬态电抗和超瞬态电抗）远小于稳态时的同步电抗值，造成了很大的突然短路电流。5.3典型题分析【例5-1]一台三相汽轮发电机与无穷大电网并联运行，其额定值为P=600MW，U
第 5章 同 步 电 机 输 出 ,励 磁 电流的调节方式 。效率特性反映了同步发 电机效率的高低 。现代大型同步发 电机 的效率都很高 。 5.同 步电机的并网运行与功率调节 三相 同步发 电机一般都是并联运行的 ,其 并联运行的条件为 :① 发 电机的相序与电网相 序一致 ;② 发 电机的频率与电网频率相 同 ;③ 发 电机的端 电压与电网电压相等 。 三相 同步发 电机并联运行 时有功功率 的调节方法是调节原动机 的输人功率 (或 输入转 矩 ),使 功率角 ε变化 ,电 磁功率和输 出功率便会得到相应调节 。但是 ,功 率角 ε不能超过 一定 的范 围,否 则 ,超 过 同步发 电机的最大负载能力 ,同 步发电机将失去稳定运行状态 。 三相 同步发 电机并联运行时无功功率 的调节方法是调节其转子的励磁电流。当励磁 电流 从小到大变化 (欠 励磁状态 )时 ,同 步发 电机先输 出较大 的电容性无功功率 ,并 随着励磁 电流的增大该 电容性无功功率逐渐减小 ;当 励磁 电流增大到某值 (正 常励磁状 态 )时 ,同 步发电机输 出的无功功率为零 ;当 励磁 电流继续增 大 (过 励磁状态 )时 ,同 步发 电机输 出 电感性无功功率 ,该 电感性无功功率随着励磁 电流的增大而逐渐增大 。 6.三 相 同步 电动机与同步补偿机 三相 同步电动机是三相 同步发 电机的可逆运行 ,其 分析方法与同步发 电机完全相 同。但 须注意 :由 于电动机与发 电机的功率传输方 向不 同,故 等效电路 中各个 电量的参考方向的选 取有所不 同。三相 凸极 同步电动机的电压方程为 tr〗 =~EO +R1Jl +jXdJd+jXqfq 或 t/l 〓 -EQ+(R1 +jXq)Jl 式 中,虚 拟电动势 EQ的 定义与同步发电机 的虚拟电动势相 同。 三相 同步电动机特别适用 于驱动大功率 的恒速机械 ,其 最大 的优点是功率 因数可 以调 节 。调节励磁 电流 ,即 可改变 电枢 电流的无功分量 ,从 而改变同步电动机的功率 因数 。在过 励状态下 ,同 步电动机不仅从 轴上输 出机械功率 ,同 时还 向电网输送 电感性无 功功率 (或 说输人 电容性无功功率 )以 提高电网的功率 因数 。 同步补偿机是专 门用于改善 电网功率因数 的同步电机 ,运 行时只输 出无功功率 ,不 产生 有功功率输出。 7.三 相 同步发 电机的三相突然短路 同步发 电机 的突然短路是短路 的瞬态过程 ,与 稳态短路时的电磁关系完全不 同。根据磁 链守恒原理 ,发 电机在突然短路瞬间 ,各 绕组为了维持其磁链不变 ,电 枢绕组和励磁绕组 以 及阻尼绕组之间产生 了稳定运行或稳态短路时所没有的感应关系 ,使 电枢反应磁通经励磁绕 组和阻尼绕组 的漏磁路闭合 ,从 而使该 瞬间限制 电枢 电流 的电抗值 (瞬 态 电抗 和超 瞬态 电 抗 )远 小于稳态时的同步电抗值 ,造 成 F很 大的突然短路 电流 。 5.3 典 型题分析 【例 ⒌1】 一 台三相汽轮发电机与无穷大电网并联运行 ,其 额定值为 PN=ω 0MW,σ N
74电机与拖动MATLAB仿真与学习指导=22kV，co54y=0.9（电感性），n、=3000r/min，f=50Hz；X，=0.92，忽略电枢电阻，总损耗为6357.9kW，发电机为星形联结，采用水氢冷却方式。试求：（1）额定运行时输出的无功功率、励磁电动势和功率角：（2）最大电磁功率和过载能力：（3）若保持励磁电流不变，当输出有功功率减小为额定有功功率的三分之一时，输出的无功功率和功率因数等于多少？（4）在输出额定有功功率时，如果故障使电网电压下降为70%U，若要保持功率角不超过额定运行时的功率角，应该怎么调节？（5）该发电机的额定效率等于多少？解额定电枢相电压、相电流和功率因数角为U、_22kV=12.7kVU,:V33Py600×10%=I:A=17495.5A/3U.cos0、/3×22×10×0.9Φ= arccos0. 9 = 25. 84（1）额定无功功率为Q、=/3U./、sin@、=/3×22×10*×17495.5×sin25.84var=290.6Mvar设ü，=12.7/0kV，则i，=17495.5/-25.84°A，于是可得励磁电动势为E。=u, +jxi,=12.7×10/0°+j0.9×17495.5/-25.84°V=24156.7/35.92V即E。=24156.7V，6、=35.92°（2）最大电磁功率和过载能力为E.U,.=3 ×24156.712700w=1022.6MWP.M =3X.0.911x=snmosim35.92 =1.7（3）当P，=200MW时，由于保持1,不变，且忽略R，，故E。不变，P。=P2。即E.U,P, =3sing=200MWX.解出6=11.28°电枢电流为2415672812710/A = 13291.9/- 66.730AjX,j0. 9功率因数和输出的无功功率为cosp=cos66.73°=0.395Q,=/3Ul,sing=/3×22×10°×13291.9×sin66.73°var=465.3Mvar由此可见，当输出的有功功率减小时，若保持励磁电流不变，则输出的无功功率将堆大，发电机的功率因数将下降。（4）当U=70%U、时，如果不做任何调节，发电机的电磁功率将下降，若超过其过载能力，即3>90°，发电机将失去同步。为此，应该增强励磁，以提高其过载能力，从而
〃 ∷ 电 机与拖动 MATLAB仿 真与学 习指导 =22kⅤ ,cos♀ N〓 0·9(电 感性 ),屁 、=3000〃 min,^=50Hz;Xs=0,9Ω ,忽 略电枢电阻 ,拦 损耗为 6357.9kW,发 电机为星形联结 ,采 用水氢冷却方式 。试求 :(1)额 定运行时输 出邵 无功功率 、励磁电动势和功率角 ;(2)最 大 电磁功率 和过载能力 ;(3)若 保持励磁 电流不 变 ,当 输 出有功功率减小为额定有功功率的二分之一时 ,输 出的无功功率和功率 因数等于纟 少?(4)在 输 出额定有功功率时 ,如 果故障使 电网电压下降为 70%σ N,若 要保持功率角不 超过额定运行时的功率角 ,应 该怎么调节?(5)该 发 电机的额定效率等于多少? 解 额 定 电枢相 电压 、相 电流和功率因数角为 叱 =拾 =静 Ⅴ =1⒉ 7" 几 =∫ 、=7茹 fl∶ 乖T= A=1"9⒌ 5A 22× 103 × o.9 (1)额 定 无 功 功 率 为 田 x=arccos0.9=25.84° oN=^/了 tf、 厶 sin♀ 、 =^√ t× 22× 1o3× 17495.5× sin25.84° var〓 290.6Mvar 设 σ 1〓 12.7匹 °kⅤ ,则 Jl=17495.5/-25.84° A,于 是 可 得 励 磁 电 动 势 为 E0=〃 1+jXsJ1 =12.7× 103Zn三 +j0.9× 17495 5/-25 84° Ⅴ =24156.7/35 92° Ⅴ 即 E。 =24156.7V, 汐 、=35.92° 。 (2)最 大电磁功率和过载能力为 凡 M=3竿 〓3× 竺 缶 型 W刘 Ⅱ ⒉ 6Mw ‰ =ξ Ⅰ÷歹T=而 缶 扪 (3)当 P2=⒛ 0MW时 ,由 于 保 持 Jf不 变 ,且 忽 略 Rl,故 E0不 变 ,Pe=P2。 即 凡 =3毛 笋 · 昭 =⒛ 0嘟 解 出 ε 〓 1.28° 。 电枢电流为 ∴ 〓 年 责 土 =翌 垩 堕 ≌ 箦 ≠ 二 型 塑 戥 ∷ "叽 〃 二 狁 73。 A 功率因数和输 出的无功功率为 cos【 /’ =cos66.73° =0.395 02=√ tI/N rl sin♀ =^√ t× 22× 1o3× 13291.9× sin6673° var〓 4653Mvar 由此可见 ,当 输 出的有功功率减小时 ,若 保持励磁 电流不变 ,则 输 出的无 功功率将耀 大 ,发 电机的功率 因数将下降。 (4)当 σ1L=70%〃 、时 ,如 果不做任何调节 ,发 电机 的电磁功率将下降 ,若 超过其刑 载能力 ,即 e)90。 ,发 电机将失去 同步。为此 ,应 该增强励磁 ,以 提 高其过载能 力 ,从 雨