1.由零功率因數(shù)和空載特性確定定子漏抗和電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)
由于在空載特性曲線與零功率因數(shù)特性曲線之間存在著一個(gè)不變的特性三角形,因此,前面已介紹過(guò)由已知特性三角形和一條特性曲線(設(shè)為空載特性)求另一條特性曲線(設(shè)為零功率因數(shù)特性)的方法?,F(xiàn)在,如果已知條件為兩條特性曲線,那么,可不可以由此求出它們之間的特性三角形呢?答案是肯定的,具體作法如下。
圖1 零功率因數(shù)和空載特性確定定子漏抗和電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)
設(shè)圖1 中的曲線1和2分別為已知空載特性曲線(i=0)和理想的零功率因數(shù)特性曲線(i=in)。這里的所謂“理想”,指的是零功率因數(shù)特性與空載特性之間嚴(yán)格存在一個(gè)大小恒定的特性三角形?,F(xiàn)在曲線 2 上取額定電壓點(diǎn) a′(也可任選),過(guò) a′作 ao 的平行線 a′o′,且使 a′o′= ao ,再過(guò) o′作平行于空載特性起始段的直線o′b′交曲線 1 于 b′,連 b′a′ 并作b′c′垂直于 a′o′并交 a′o′于 c′,則三角形 a′b′c′即為所求。平移至短路點(diǎn)即為三角形abc,于是有 ac =ifa, bc = inxσ 或 xσ= bc / in 。
2.保梯電抗xp(potierreacfance)
首先考慮空載且 if=od的情況。此時(shí)勵(lì)磁電流除產(chǎn)生氣隙磁通并在定子繞組感應(yīng)出空載氣隙電動(dòng)勢(shì) eδ=e0= db′外,還產(chǎn)生少量的主極漏磁通。
當(dāng)電機(jī)在純電感負(fù)載下運(yùn)行且 if=ok、ifa=kadfa/nf= dk時(shí),雖然產(chǎn)生氣隙合成磁通所對(duì)應(yīng)的等效勵(lì)磁電流 if 依然是od,與空載時(shí)相同,但主極漏磁情況卻發(fā)生了變化??蛰d時(shí)主極漏磁對(duì)應(yīng)于od,純感性負(fù)載時(shí)對(duì)應(yīng)于ok,而ok>od,說(shuō)明主極漏磁增多,轉(zhuǎn)子磁極和磁軛兩段磁路的實(shí)際飽和程度增高,整個(gè)主磁路上的磁阻也就變大,盡管氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)相同,但氣隙合成磁通會(huì)略有減少,致使實(shí)際的 eδ< db′,在扣除漏抗壓降 b′c′之
后使端電壓小于 dc′ 。這說(shuō)明同樣勵(lì)磁電流下實(shí)際零功率因數(shù)特性曲線會(huì)低于理想化曲線,并隨主磁路飽和程度加深而更趨明顯。
由此可見(jiàn),當(dāng)用實(shí)測(cè)零功率因數(shù)特性作圖求得特性三角形 a″b″c″時(shí),結(jié)果會(huì)是a″c″ < a′c′ ,即所得電樞反應(yīng)等效勵(lì)磁電流 ifa′<ifa,但 b″c″> b′c′,說(shuō)明所求漏抗較 xσ大,為區(qū)別起見(jiàn),用 xp表示,稱為保梯電抗,且 xp= b″c″ /in。
綜上,考慮主磁路飽和對(duì)轉(zhuǎn)子漏磁的影響,特性三角形不是恒定不變的。對(duì)應(yīng)于短路點(diǎn),稱之為短路三角形(即圖中的三角形 abc),而對(duì)應(yīng)于額定點(diǎn)處稱之為保梯三角形。保梯電抗大于漏電抗。對(duì)隱極機(jī),xp=(1.05~1.10)xσ;對(duì)凸極機(jī),有 xp=(1.1~1.3)xσ。
圖2 零功率因數(shù)和空載特性確定保梯電抗
3.短路比的概念
當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí),空載電動(dòng)勢(shì)等于額定電壓un時(shí),所加的勵(lì)磁電流 if0,保持此勵(lì)磁電流不變,在穩(wěn)態(tài)短路時(shí)所對(duì)應(yīng)電流為ik,ik與發(fā)電機(jī)額定電流in之比,稱為短路比kc 。
圖3 空載特性和短路特性確定短路比
短路比和發(fā)電機(jī)的性能
分析:短路比略大于不飽和同步電抗的倒數(shù)
短路比大,則同步電抗小,負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化就小,并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較高;設(shè)計(jì)上,電機(jī)氣隙較大,轉(zhuǎn)子的額定激磁磁勢(shì)和用銅量增大,成本增加。
短路比小,同步電抗大,負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化就大——電壓調(diào)整率大,發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較差。
工程上:
隨著單機(jī)容量的增大,為了提高材料利用率,隨機(jī)組容量增大短路比降低。
由于采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置,大大提高了運(yùn)行穩(wěn)定性,降低短路比可以提高電機(jī)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
4.xd的不飽和值
由空載及短路特性求取同步電抗
從特性曲線圖上我們可以看出:在不飽和區(qū)間,即當(dāng)if=if1很小時(shí),運(yùn)行于空載特性不飽和部分(直線部分),那么e01與ik1之比求得的是同步電抗的不飽和值。
短路時(shí)不計(jì)飽和
圖4 空載特性和短路特性確定xd的不飽和值
在凸極電機(jī)中,通過(guò)開(kāi)路試驗(yàn)及短路試驗(yàn)只能求出直軸同步電抗。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,可以得到交軸同步電抗為:
5.xd的飽和值由空載特性和零功率因數(shù)特性確定
飽和同步電抗
磁路飽和決定于空氣隙中的合成磁場(chǎng),
圖5 由空載特性和零功率因數(shù)特性確定xd的飽和值
6.電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的求法
(1)由矢量圖求取凸極同步電機(jī)的電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。
圖6 由矢量圖求取凸極同步電機(jī)的電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)
(2)由矢量圖求取隱極同步電機(jī)的電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁電流
圖7 由矢量圖求取隱極同步電機(jī)的電壓調(diào)整率和額定勵(lì)磁電流
已知額定負(fù)載時(shí)u=un,i=in,conn, ra, xp, kad, kaq
(1)求氣隙電動(dòng)勢(shì)
(2)確定am的長(zhǎng)度,即確定q軸的位置。(q軸不飽和,利用空載特性的氣隙線)
(3)d軸合成電動(dòng)勢(shì)ed:連接om,過(guò)a作om的垂直線ab,ob即為ed
(4)由合成電動(dòng)勢(shì)ed確定d軸的合成磁動(dòng)勢(shì)fd′(利用空載特性)
(5)確定額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)ff, e0