發(fā)電機(jī)原理及運行new課件

發(fā)電機(jī)原理及運行注意事項

萬安水力發(fā)電廠2010年7月26號萬安水力發(fā)電廠P1

導(dǎo)體切割磁力線導(dǎo)體切割磁力線（磁感線），在導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，這是發(fā)電機(jī)最根本的原理，中學(xué)都學(xué)過的。磁力線：是人為引入的假想曲線，實際上并不存在。磁力線從N極指向S極，是閉合的線，如下圖所示。導(dǎo)體切割磁力線，可以用兩種方式：導(dǎo)體動，磁力線不動?；蛘叽帕€動，導(dǎo)體不動。P1

導(dǎo)體切割磁力線導(dǎo)體切割磁力線（磁感線），在導(dǎo)體中就會產(chǎn)P2導(dǎo)體動，磁力線不動的發(fā)電機(jī)。原理如下圖所示：P2導(dǎo)體動，磁力線不動的發(fā)電機(jī)。原理如下圖所示：P3

導(dǎo)體動，磁力線不動的發(fā)電機(jī)問題：圖中發(fā)電機(jī)輸出的電壓（eAB)是交流電還是直流電？P3導(dǎo)體動，磁力線不動的發(fā)電機(jī)P4

電磁鐵導(dǎo)體切割磁力線才能發(fā)電，所以發(fā)電機(jī)里面肯定有磁鐵。小發(fā)電機(jī)里面可以用永磁鐵，功率大點的發(fā)電機(jī)，就只能用電磁鐵了。電磁鐵三個要素：線圈、鐵芯、電流。只要有線圈，沒有鐵芯也會有磁場，為啥一定要有鐵芯？空心的線圈通上電流，也會產(chǎn)生磁場，電流越大，磁場越強(qiáng)。但是，磁場強(qiáng)度和磁力線經(jīng)過的磁路的磁阻有關(guān)，空氣磁阻太大，所以空心線圈產(chǎn)生磁場太弱。電磁鐵的鐵芯采用容易磁化的鐵或鋼，才能減小磁路的磁阻，產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場。鐵心要用容易磁化,又容易消失磁性的軟鐵或硅鋼來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性,斷電后磁性就隨之消失，但不會完全消失，還會剩下點，這叫“剩磁”。軟鐵:就是純鐵,含碳非常低，放入磁場中容易被磁化，出磁場后，又立刻退磁。

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電磁鐵導(dǎo)體切割磁力線才能發(fā)電，所以發(fā)電機(jī)里面肯定有磁鐵P5

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子——旋轉(zhuǎn)的電磁鐵發(fā)電時，轉(zhuǎn)子就是旋轉(zhuǎn)的電磁鐵。每個磁極就是一個電磁鐵。左圖：水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。問題:轉(zhuǎn)子上少畫了什么部件？下圖：據(jù)說是車用發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。（什么車？我不知道?。㏄5

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子——旋轉(zhuǎn)的電磁鐵發(fā)電時，轉(zhuǎn)子就是旋轉(zhuǎn)的電磁續(xù)：P5

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子——旋轉(zhuǎn)的電磁鐵續(xù)：P5

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子——旋轉(zhuǎn)的電磁鐵發(fā)電機(jī)原理及運行new課件P6

發(fā)電機(jī)定子——被磁力線切割的導(dǎo)體。定子鐵芯構(gòu)成磁路的一部分，由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽，來嵌放定子線圈。上圖，定子線槽未安放線圈導(dǎo)體

定子線圈（紅色）嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞組。

P6

發(fā)電機(jī)定子——被磁力線切割的導(dǎo)體。定子鐵芯構(gòu)成磁路的一P7左圖，轉(zhuǎn)子滑環(huán)位置在蓋板上部。和5號機(jī)一樣。下圖：汽車發(fā)電機(jī)的定子。P7左圖，轉(zhuǎn)子滑環(huán)位置在蓋板上部。和5號機(jī)一樣。P8

磁極個數(shù)和機(jī)械轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的額定機(jī)械轉(zhuǎn)速是由磁極個數(shù)決定的，磁極個數(shù)越多，水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速越小。為什么？額定機(jī)械轉(zhuǎn)速是由電網(wǎng)電壓的額定頻率決定的。電網(wǎng)電壓的額定頻率是國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，中國是50HZ（美國是60HZ）。額定頻率50HZ，對應(yīng)一個電氣周期是20ms。如上圖，磁極從N轉(zhuǎn)到S，此時線棒D切割磁力線剛好從曲線中的A點轉(zhuǎn)到B點，對應(yīng)于感應(yīng)電壓，剛好是半個周期，即10ms。所以，不管哪個廠的水輪發(fā)電機(jī)，不管它有多少個磁極，從一個磁極旋轉(zhuǎn)到相鄰的下一個磁極，一定是10ms。我們廠是78個磁極，旋轉(zhuǎn)一周，必定是780ms（0.78s），折算每分鐘為：60/0.78＝76.92轉(zhuǎn)。汽輪發(fā)電機(jī)只有2個磁極，所以轉(zhuǎn)一圈必定為20ms，即每分鐘3000轉(zhuǎn)。P8

磁極個數(shù)和機(jī)械轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的額定機(jī)械轉(zhuǎn)速是由磁極個數(shù)決定P9

定子電壓的相序定子電壓的相序：由定子繞組的空間布局和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向決定。如圖，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，A相繞組最先達(dá)到最高電勢，然后依次是B—C相繞組。三相繞組間空間分布角度相差120度。（如果旋轉(zhuǎn)方向反一下，相序就會反過來，變成C-A-B，輸出負(fù)序電壓。）

P9

定子電壓的相序定子電壓的相序：由定子繞組的空間布局和轉(zhuǎn)P10

定子電壓的幅度發(fā)電機(jī)最根本的原理就是導(dǎo)體切割磁力線，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。此感應(yīng)電勢的大小和磁場強(qiáng)度以及導(dǎo)體切割磁力線的速度成正比。發(fā)電機(jī)空載運行時，定子電壓的幅度正比于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子線圈勵磁電流的大小。勵磁電流的大小決定了磁場的強(qiáng)度。有個問題，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行時，轉(zhuǎn)子電流有時大，有時小，例如發(fā)電機(jī)在后夜經(jīng)常進(jìn)相運行，此時轉(zhuǎn)子電流較小。但在高峰負(fù)荷下，發(fā)電機(jī)通常是遲相運行，此時轉(zhuǎn)子電流又比較大。但這兩種情況下，定子電壓都能維持在額定電壓附近。那上面說定子電壓和轉(zhuǎn)子電流大小成正比是不是錯了呢？進(jìn)相運行：發(fā)電機(jī)帶負(fù)的無功，即從系統(tǒng)吸收無功。遲相運行：發(fā)電機(jī)帶正的無功，即向系統(tǒng)送出無功。P10

定子電壓的幅度發(fā)電機(jī)最根本的原理就是導(dǎo)體切割磁力線，P11

閉合線圈的磁通量守恒

1前面老是說導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其實還有另一種說法：上圖中，ABDC構(gòu)成一個閉合的電路（閉合線圈），此線圈處于一個外部磁場中，磁場的磁力線方向（圖中黑色×，穿入紙面)。當(dāng)導(dǎo)體AB向右運動時，ABDC構(gòu)成的閉合線圈中通入的外部磁力線增加，就是說此線圈中通入的磁通量增大。由于閉合線圈磁通量守恒原則，為抵消此磁通量增大，線圈感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁場（圖中紅色圓點，方向穿出紙面）與原有外部磁場互相抵消，以維持線圈中通入的磁通量總量不變。P11

閉合線圈的磁通量守恒1前面老是說導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生P12

閉合線圈的磁通量守恒2左圖所示，線圈L1通入交流電I1，此時I1在線圈L1中產(chǎn)生磁通量Φ1是交變的。由于Φ1交變，根據(jù)磁通量守恒原則，線圈L2將產(chǎn)生一個交變的感應(yīng)電勢E2和電流I2，感應(yīng)電流I2產(chǎn)生的交變磁場Φ2抵消Φ1的變化。Φ1的變化產(chǎn)生了E2，先確定一下Φ1與E2之間的相位關(guān)系：（1）E2的幅度與Φ1的變化速度成正比：在圖中Φ1曲線的O點、b點，Φ1的變化速度最大，在曲線的a點，Φ1的變化速度最小。而且，O點為正方向變化，b點為負(fù)方向變化。（2）E2的產(chǎn)生是為了阻止Φ1的變化的。因此E2的方向與Φ1的變化相反。根據(jù)上述2點，可以確定，對應(yīng)于Φ1的O點、a點、b點，E2曲線分別為負(fù)的最大，最小，正的最大。即：磁通Φ1超前感應(yīng)電勢E290度。P12

閉合線圈的磁通量守恒2左圖所示，線圈L1通入交流電I題外話：關(guān)于矢量圖我們打交道的是三相交流電系統(tǒng)，搞電的人都知道，發(fā)電機(jī)送出的是UA,UB,UC三相交流電壓，波形是正弦波，UA,UB,UC的幅度變化之間是不同步的，UA超前UB120度，UB超前UC120度，UC超前UA120度。這種不同步是時間上的不同步。在平面上用三個帶箭頭的直線表示UA,UB,UC，直線長度代表電壓幅度，直線之間的120度夾角代表它們之間在時間上相差120的度，右旋方向代表超前/滯后關(guān)系，就得到發(fā)電機(jī)UA,UB,UC電壓的矢量圖。(右旋是種習(xí)慣，你非要左旋也行）有兩種矢量關(guān)系應(yīng)該記住。純電感電路中，電壓和電流之間，電壓超前電流90度。純電容電路中，電壓和電流之間，電流超前電壓90度。其矢量圖如下。題外話：關(guān)于矢量圖我們打交道的是三相交流電系統(tǒng)，搞電的人都知P13

閉合線圈的磁通量守恒3（1）假定I1為純電感電流，即E1超前I190度，I1與Φ1同步，相位相同，前面分析了，Φ1超前E290度，于是得到E1、I1、E2之間相位關(guān)系，用矢量圖表示如圖（1）；（2）假定I1為純電容電流，即I1超前E190度，I1與Φ1同步，相位相同，按前面分析，Φ1超前E290度，于是得到E1、I1、E2之間相位關(guān)系，用矢量圖表示如圖（2）注意右圖中反映出來的兩個重要關(guān)系：當(dāng)I1為純電感電流時，E2與E1方向相反。當(dāng)I1為純電容電流時，E2與E1方向相同。P13

閉合線圈的磁通量守恒3（1）假定I1為純電感電流，即P14

定子的電樞反應(yīng)1繼續(xù)用前面的電路圖，稍微變一下：把L2線圈去掉，只留下L1線圈。線圈L1通入交流電I1，此時I1在線圈L1中產(chǎn)生磁通量Φ1是交變的。由于Φ1交變，根據(jù)磁通量守恒原則，線圈L1本身也要產(chǎn)生一個交變的自感應(yīng)電勢E2和電流I2，自感應(yīng)電流I2產(chǎn)生的交變磁場Φ2抵消Φ1的變化。把L1看成發(fā)電機(jī)定子線圈，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷后，產(chǎn)生定子電流I1，電路中E1對應(yīng)于發(fā)電機(jī)電勢（空載電勢），E1是由轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組產(chǎn)生的，E1與轉(zhuǎn)子電流成正比。根據(jù)磁通量守恒原則，定子電流I1的變化導(dǎo)致定子繞組L1產(chǎn)生自感應(yīng)電勢E2。根據(jù)前面得分析可知：當(dāng)發(fā)電機(jī)帶純電容負(fù)載時，E2與E1同方向，即增大了合成電勢，這叫做“助磁作用”。當(dāng)發(fā)電機(jī)帶純電感負(fù)載時，E2與E1反方向，即抵消了合成電勢，叫做“去磁作用”。P14

定子的電樞反應(yīng)1繼續(xù)用前面的電路圖，稍微變一下：把L

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定子的電樞反應(yīng)2電樞反應(yīng)定義：定子繞組（電樞繞組）電流所產(chǎn)生的基波磁勢對轉(zhuǎn)子主極磁場基波的作用和影響。同步電機(jī)正常對稱運行時，按所帶負(fù)荷-性質(zhì)(感性或容性)的不同，產(chǎn)生去磁或助磁作用的電樞反應(yīng)。（1）純電感性負(fù)載時的電樞反應(yīng)：電樞磁場的電流滯后于電動勢90度，電樞磁場產(chǎn)生的電動勢與主磁場（轉(zhuǎn)子磁場）產(chǎn)生的電動勢方向相反，因此削弱了主磁場電動勢；（2）純電容性負(fù)載時的電樞反應(yīng)：電樞磁場的電流超前于電動勢90度，因電樞磁場與主磁場成90度，電樞磁場產(chǎn)生的電動勢與主磁場（轉(zhuǎn)子磁場）產(chǎn)生的電動勢方向相同，因此加強(qiáng)了主磁場電動勢；(3)純電阻性負(fù)載時的電樞反應(yīng)：電樞磁場的電動勢與電流相位相同，電樞磁場使主磁場（轉(zhuǎn)子磁場）發(fā)生畸變，一半加強(qiáng)，一半削弱；

P15

定子的電樞反應(yīng)2電樞反應(yīng)定義：P16

定子的電樞反應(yīng)3前面提了個問題：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行時，轉(zhuǎn)子電流有時大，有時小，例如發(fā)電機(jī)在后夜經(jīng)常進(jìn)相運行，此時轉(zhuǎn)子電流較小。但在高峰負(fù)荷下，發(fā)電機(jī)通常是遲相運行，此時轉(zhuǎn)子電流又比較大。為啥這兩種情況下，定子電壓都能維持在額定電壓附近？現(xiàn)在可以回答了。發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)時，轉(zhuǎn)子電流越大，定子電壓肯定越高，基本上成正比關(guān)系。但如果發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，由于定子電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)，同樣的轉(zhuǎn)子電流下不一定產(chǎn)生同樣的定子電壓。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運行是啥意思？極端的進(jìn)相運行就是發(fā)電機(jī)輸出有功為0，只從系統(tǒng)吸收無功。根據(jù)公式：P=U×I×COSΦ,Q=U×I×SINΦ，P=0，則說明COSΦ＝0，即Φ＝±90°，從系統(tǒng)吸收無功，Q<0，即SINΦ<0，因此Φ＝-90°（即U超前I-90°，即I超前U90°）。I超前U90度，即發(fā)電機(jī)帶純電容負(fù)載，根據(jù)前面分析，此時電樞反應(yīng)起到助磁作用，因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運行時，維持相同定子電壓，所需要的轉(zhuǎn)子電流就更小。發(fā)電機(jī)遲相運行是啥意思？極端的遲相運行就是發(fā)電機(jī)輸出有功為0，只向系統(tǒng)送出無功。此時根據(jù)公式：P=U×I×COSΦ,Q=U×I×SINΦ，P=0，則說明COSΦ＝0，即Φ＝±90°，向系統(tǒng)送出無功，即Q>0，即SINΦ>0，因此Φ＝+90°（即U超前I90°）。U超前I90度，即發(fā)電機(jī)帶純電感負(fù)載，根據(jù)前面分析，此時電樞反應(yīng)起到去磁作用，因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)遲相運行時，維持相同定子電壓，所需要的轉(zhuǎn)子電流就更大。注：Φ為功率因數(shù)角，即U超前I的角度。P16

定子的電樞反應(yīng)3前面提了個問題：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行時，轉(zhuǎn)P17

磁路飽和與勵磁變過電流前面有句話：發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)時，轉(zhuǎn)子電流越大，定子電壓肯定越高，基本上成正比關(guān)系。為什么說是“基本上”成正比關(guān)系呢？準(zhǔn)確地說，發(fā)電機(jī)空載運行時，定子電壓應(yīng)該是與發(fā)電機(jī)氣隙磁場的強(qiáng)度成正比。氣隙磁場由轉(zhuǎn)子電流提供，轉(zhuǎn)子電流越大，氣隙磁場越強(qiáng)。但是，發(fā)電機(jī)氣隙磁場的磁路由定轉(zhuǎn)子鐵芯和定轉(zhuǎn)子之間的氣隙構(gòu)成。而定轉(zhuǎn)子鐵芯是鐵磁材料，具有磁飽和特性，因此，發(fā)電機(jī)空載勵磁特性曲線不是一條直線（如下圖所示），當(dāng)轉(zhuǎn)子電流增大到一定值時，就要出現(xiàn)飽和，此后，增加勵磁電流不會使電壓同比例地升高。P17

磁路飽和與勵磁變過電流前面有句話：發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)時，續(xù)：P17之（1）

磁路飽和與勵磁變過電流事故實例：我廠2F進(jìn)行正常的解列停機(jī)操作，920斷路器解列后的自動停機(jī)過程中，勵磁并聯(lián)變壓器過流保護(hù)動作，造成滅磁開關(guān)跳閘。當(dāng)時2F勵磁調(diào)節(jié)器的“發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)繼電器”K3線圈引線斷線。該繼電器失磁，2F勵磁調(diào)節(jié)器判斷發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)狀態(tài)，沒有啟動逆變程序逆變。但是，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)往下降，我們知道，定子感應(yīng)電壓應(yīng)該與導(dǎo)體切割磁力線的速度成正比，轉(zhuǎn)速下降，定子電壓就同步下降。但此時勵磁調(diào)節(jié)器不僅不啟動逆變，還繼續(xù)按恒定電壓調(diào)節(jié)原則維持機(jī)端電壓，不斷加大勵磁電流。當(dāng)勵磁電流加大到某個程度后，發(fā)電機(jī)的磁路迅速地進(jìn)入飽和區(qū)，此后，無論勵磁調(diào)節(jié)器如何調(diào)節(jié)，機(jī)端電壓都繼續(xù)與轉(zhuǎn)速同步下降，而機(jī)端電壓隨著轉(zhuǎn)速持續(xù)下降，又反過來導(dǎo)致勵磁調(diào)節(jié)器持續(xù)地加大勵磁，最終導(dǎo)致勵磁并聯(lián)變壓器過流保護(hù)動作，滅磁開關(guān)跳閘。事故時的故障錄波圖。續(xù)：P17之（1）

磁路飽和與勵磁變過電流事故實例：我廠續(xù)：P17之（2）

磁路飽和與勵磁變過電流從錄波圖可以看到,隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）的下降,轉(zhuǎn)子電流及勵磁變高壓側(cè)電流在迅速地爬升，這是典型的低頻過勵磁現(xiàn)象。

續(xù)：P17之（2）

磁路飽和與勵磁變過電流從錄波圖可以看到P18

定子中的旋轉(zhuǎn)磁場1我們開始時講轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的電磁鐵，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，就是一個巨大的磁場在旋轉(zhuǎn)。但是，發(fā)電機(jī)發(fā)電時，定子里面也有一個旋轉(zhuǎn)的磁場，沒有這個定子里面的旋轉(zhuǎn)磁場，發(fā)電機(jī)、電動機(jī)都歇菜。如下圖，發(fā)電機(jī)發(fā)電時，定子電流也要產(chǎn)生一個磁場（電樞磁場），由于發(fā)電機(jī)A-B-C三相電流在時間上依次相差120度（6.6ms），那么，三相定子繞組磁場的最大幅度ΦA(chǔ)、ΦB、ΦC也同樣按A-B-C在時間上依次相差120度，反映在定子空間分布上，最大幅度的定子繞組的磁場將按照圖中所示位置在定子鐵芯的不同位置依次出現(xiàn)。三相定子繞組磁場的最大幅度按照A-B-C三相定子繞組的分布位置依次出現(xiàn)，其效果等同于一個最大幅度定子繞組磁場沿A-B-C方向旋轉(zhuǎn)。所以說定子里面也有一個旋轉(zhuǎn)的磁場。P18

定子中的旋轉(zhuǎn)磁場1我們開始時講轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的電磁鐵，轉(zhuǎn)續(xù)：P18

定子中的旋轉(zhuǎn)磁場2把定子旋轉(zhuǎn)磁場看成一個旋轉(zhuǎn)的電磁鐵，那么可以得到2個圖：圖（1）發(fā)電機(jī)輸出有功功率時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場Φf超前定子旋轉(zhuǎn)磁場Φa一個δ角，轉(zhuǎn)子“電磁鐵”"拖"著定子“電磁鐵”轉(zhuǎn)。圖（2）發(fā)電機(jī)吸收有功功率時，定子旋轉(zhuǎn)磁場超前轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場δ角，定子“電磁鐵”"拖"著轉(zhuǎn)子“電磁鐵”轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)發(fā)電時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場必須超前定子旋轉(zhuǎn)磁場一個δ角，這個δ角叫做功角。定子旋轉(zhuǎn)磁場Φa也要看成是一個直流電磁鐵，磁場的強(qiáng)度由定子電流幅度（有效值）決定，這個虛擬的“電磁鐵”沿著定子鐵芯旋轉(zhuǎn)。

基本上可以這樣認(rèn)為：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場Φf與轉(zhuǎn)子電流幅度成正比。定子旋轉(zhuǎn)磁場Φa與定子電流幅度成正比。終于把發(fā)電機(jī)變成了兩塊電磁鐵了。續(xù)：P18

定子中的旋轉(zhuǎn)磁場2把定子旋轉(zhuǎn)磁場看成一個旋轉(zhuǎn)的電P19

發(fā)電機(jī)等效電路1先整一個發(fā)電機(jī)等效電路。當(dāng)然，這是一個單相電路。如上圖：發(fā)電機(jī)送出有功P、無功Q，定子電流I，定子相電壓U;電路中的P、Q、U、I這幾個量都可以從發(fā)電機(jī)外部測量到，當(dāng)然，你不需要去測，因為可以直接從監(jiān)控畫面上看到。電路中的E0、Ea你是測不到的。E0是發(fā)電機(jī)電勢，由轉(zhuǎn)子磁場決定，可以認(rèn)為E0與轉(zhuǎn)子電流正比?！?/p>

Ea：Xt上的電壓降，ea則是xt電感元件的感應(yīng)電勢，兩者反方向】發(fā)電機(jī)作為一個電源，一定有電源內(nèi)阻，Xt就是它的內(nèi)阻，內(nèi)阻中電阻分量由定子繞組的電阻決定，很小，為了簡化分析，所以忽略掉。Ea是電流I在Xt上產(chǎn)生的電壓降，因為Xt是個純電感元件（純電抗），所以，Ea一定是超前電流I90度角。Xt是反映了定子電樞反應(yīng)、定子繞組電抗的綜合作用，穩(wěn)定運行時，基本上是常數(shù)。圖中方框代表發(fā)電機(jī)機(jī)端以外電網(wǎng)的全部電路（負(fù)載），它可能是電感性的，也可能是電容性的，也可能是電阻性的，具體是啥，要看發(fā)電機(jī)的工況了，就是看發(fā)電機(jī)送出的P，Q功率值。P19

發(fā)電機(jī)等效電路1先整一個發(fā)電機(jī)等效電路。當(dāng)然，這是一P19

發(fā)電機(jī)等效電路2電路中：E0=Ea+U(Ea：Xt上的電壓降，ea則是xt電感元件的感應(yīng)電勢，兩者反方向）第1種工況：P>0，Q=0。也就是說發(fā)電機(jī)只發(fā)有功，無功為0。根據(jù)功率計算公式：P=U×I×COSΦ，Q=U×I×SINΦ，可知此時Φ＝0°，其中Φ為U超前I的相位角。記住Ea總是超前I90°，得到圖（a）矢量圖。E0與U之間有個夾角δ，此夾角就是前面講到的發(fā)電機(jī)的功角。第2種工況：P=0，Q>0。也就是說發(fā)電機(jī)只發(fā)無功，有功為0。根據(jù)功率計算公式。可知此時Φ＝90°，U超前I90°。得到圖（b）矢量圖。注意此時功角δ＝0。第3種工況：P=0，Q<0。也就是說發(fā)電機(jī)只從系統(tǒng)吸收無功，有功為0。根據(jù)功率計算公式?？芍藭rΦ＝-90°，I超前U90°。得到圖（c）矢量圖。注意此時功角δ＝0。第1種工況，是最佳運行工況，功率因數(shù)COSΦ＝1，所謂高功率因數(shù)運行。此時電網(wǎng)負(fù)載是純電阻性。第2種工況，只發(fā)無功，電網(wǎng)負(fù)載是純電感性。第3種工況，發(fā)電機(jī)只從系統(tǒng)吸收無功（進(jìn)相運行），電網(wǎng)負(fù)載是純電容性。機(jī)端電壓U是不變的，第2種工況下E0幅度最大，意味著需要更大的轉(zhuǎn)子電流來維持機(jī)端電壓。第3種工況下E0幅度最小，意味著需要更小的轉(zhuǎn)子電流來維持機(jī)端電壓。這和前面說的電樞反應(yīng)一致：純電感負(fù)載下電樞反應(yīng)去磁，純電容負(fù)載下電樞反應(yīng)助磁。P19

發(fā)電機(jī)等效電路2電路中：E0=Ea+U(Ea：P20

發(fā)電機(jī)等效電路3前面提了個問題，萬安電廠向虎崗變送出有功，萬安電廠母線電壓就一定比虎崗變母線電壓高嗎？回答這個問題之前，我們再用前面的等效電路分析另一種工況：P>0，Q<0。也就是說發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功，但同時也向系統(tǒng)送出有功。根據(jù)功率計算公式，可知此時：-90°<Φ<0°，即I超前U一個銳角。得到上面所示矢量圖。在這個矢量圖中，E0小于U，即電源電勢小于負(fù)載的電壓，但此時發(fā)電機(jī)仍然向負(fù)載輸出有功。注意此時E0和U之間功角δ>0。δ>0表明發(fā)電機(jī)電勢E0超前于負(fù)載的電壓U。答案：在電網(wǎng)中，從A點向B點是否送出有功功率，不取決于UA是否大于UB，而是取決于UA是否超前UB，只要UA超前UB0～180°，那么就可以從A點向B點送出有功功率。P20

發(fā)電機(jī)等效電路3前面提了個問題，萬安電廠向虎崗變送出P21

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（1）前面有句話：“P>0，Q<0。也就是說發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功，但同時向系統(tǒng)送出有功。根據(jù)功率計算公式，可知此時：-90°<Φ<0°，即I超前U一個銳角”可能有些人不一定清楚，解釋一下：因為P=U×I×COSΦ，而P>0，式中U，I大于0，可見COSΦ>0。COSΦ>0時，則Φ角度在-90°～+90°之間。因為Q=U×I×SINΦ，而Q<0，式中U，I大于0，可見SINΦ<0。SINΦ<0時，則Φ角度在0°～-180°之間。兩個一綜合，可見Φ角度在-90°<Φ<0之間。如果定子電壓U，I都不是0：知道P是正、負(fù)、或0，就可以確定COSΦ也是正、負(fù)、或0。知道Q是正、負(fù)、或0，就可以確定SINΦ也是正、負(fù)、或0。而知道COSΦ是正、負(fù)、或0，此時你應(yīng)該能很快判斷角度Φ的范圍。知道SINΦ是正、負(fù)、或0，此時你也應(yīng)該很快判斷角度Φ的范圍。這個在工作中也是很有用的。知道COSΦ或SINΦ是正、負(fù)、或0時，可以用三角函數(shù)單位圓很快判斷出角度Φ的范圍。P21

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（1）前面有句話：“PP22

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（2）左圖，正弦函數(shù)SINΦ的單位園，這個園的半徑為1。想像一根矢量線繞著圓點旋轉(zhuǎn)，這根矢量線與X軸夾角的正弦函數(shù)值就是它在Y軸上的投影。例如矢量線左旋于OA位置，此時OA與OX軸夾角Φ1為正。OA在Y軸上的投影OA’就等于SINΦ1。矢量線從E點向左旋到F點，夾角Φ1在0～180°之間變化，此時OA在Y軸上的投影都處于Y軸正半軸，即SINΦ1都大于0矢量線旋到B點，此時Φ1＝90°，矢量線與Y軸重合，此時矢量線在Y軸投影即為Y軸正半軸，即SINΦ1＝1矢量線繞著圓點旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它向右下旋，例如處于OC位置，此時OC與OX軸夾角Φ2為負(fù)，或者說矢量OC超前矢量OX的角度為負(fù)。OC在Y軸上的投影OC’就等于SINΦ2。顯然矢量線從E點向右下旋到F點，夾角Φ2在0～-180°之間變化，此時OC在Y軸上的投影都處于Y軸負(fù)半軸，即SINΦ2都小于0矢量線向右下旋到D點，此時Φ1＝-90°，矢量線與Y軸重合，此時矢量線在Y軸投影即為Y軸負(fù)半軸，即SINΦ1＝-1矢量線如果與X軸重合，無論重合在X軸的E點還是F點，此時矢量線在Y軸投影都落在圓點，長度為0。對應(yīng)的就是SIN0°＝0或SIN（±180°）＝0P22

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（2）左圖，正弦函數(shù)SP23

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（3）左圖，余弦函數(shù)COSΦ的單位園，這個園的半徑為1。想像一根矢量線繞著圓點旋轉(zhuǎn)，這根矢量線與X軸夾角的余弦函數(shù)值就是它在X軸上的投影。例如矢量線左旋于OA位置，此時OA與OX軸夾角Φ1為正。OA在X軸上的投影OA’就等于COSΦ1。矢量線從D點逆向旋到B點，夾角Φ1在-90～+90°之間變化，此時OA在X軸上的投影都處于X軸正半軸，即COSΦ1都為正。矢量線旋到E點，此時Φ1＝0°，矢量線與X軸重合，此時矢量線在X軸投影即為X軸正半軸，即COSΦ1＝1矢量線繞著圓點旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它向右下旋，例如處于OC位置，此時OC與OX軸夾角Φ2為一個負(fù)的鈍角，或者說矢量OC超前矢量OX一個負(fù)的鈍角。OC在X軸上的投影OC’就等于COSΦ2。顯然矢量線從D點向右上旋到B點，夾角Φ2在-90～-270°之間變化，此時OC在X軸上的投影都處于X軸負(fù)半軸，即COSΦ2都小于0矢量線旋到F點，此時Φ1＝-180°或+180°，矢量線與X軸重合，此時矢量線在X軸投影即為X軸負(fù)半軸，即COSΦ1＝-1矢量線如果與Y軸重合，無論重合在Y軸的B點還是D點，此時矢量線在X軸投影都落在圓點，長度為0。對應(yīng)的就是COS90°＝0或COS-90°＝0P23

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（3）左圖，余弦函數(shù)CP23

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（4）如果有功P是正，則COSΦ也是正，就可以確定Φ是正負(fù)銳角。如果有功P是負(fù)，則COSΦ也是負(fù)，就可以確定Φ是正負(fù)鈍角。如果無功Q是正，則SINΦ也是正，就可以確定Φ是0～180度的正角。如果無功Q是負(fù)，則SINΦ也是負(fù)，就可以確定Φ是0～-180度的負(fù)角。如果有功P＝0，可以確定Φ＝0度或180度。如果無功Q＝0，可以確定Φ＝90度或-90度?！偃绨l(fā)電機(jī)工況是：P>0Q>0,此時Φ的區(qū)域就如下圖所示P23

題外話：正弦函數(shù)及余弦函數(shù)的值（4）如果有功P是正，P24

發(fā)電機(jī)的電磁功率公式再用一下前面的等效電路：工況為P>0，Q＝0。發(fā)電機(jī)只向系統(tǒng)送出有功。根據(jù)功率計算公式，可知此時Φ＝0°得到上面所示矢量圖。圖中Ea=I×Xt=E0×SINδ，即I=E0×SINδ/Xt又，P=U×I×COSΦ，圖中Φ＝0，所以COSΦ＝1，于是P=U×I。綜合上述兩點，得到：P=U×E0×SINδ/Xt習(xí)慣寫成：Pe=[（U×E0）/Xt]×SINδ(注：從單相電路得到的單相功率）P=U×I×COSΦ這個式子，只反映機(jī)端外部的電氣量。而P=[（U×E0）/Xt]×SINδ里面的E0、δ角反映了轉(zhuǎn)子的勵磁和旋轉(zhuǎn)位置。這個公式就是發(fā)電機(jī)的電磁功率公式，很有用。這個式子是汽輪發(fā)電機(jī)的，水輪發(fā)電機(jī)略有不同。但它更簡潔，用它解釋水輪發(fā)電機(jī)的一些現(xiàn)象，在原理上沒有問題。P24

發(fā)電機(jī)的電磁功率公式再用一下前面的等效電路：工況為PP25

發(fā)電機(jī)的功率平衡水輪機(jī)把機(jī)械功率Pt傳遞給轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)輸出電磁功率Pe。這兩個功率平衡，發(fā)電機(jī)才能穩(wěn)定運行。前面得到電磁功率公式Pe=[（U×E0）/Xt]×SINδ，這個公式表示電磁功率Pe是功角δ的正弦函數(shù)，如圖所示。在曲線上劃一條水平線表示水輪機(jī)傳遞給轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率Pt。Pt線以上的黃色減速區(qū)：Pe>Pt，轉(zhuǎn)子受到電磁力矩的阻力大于水輪機(jī)的動力，轉(zhuǎn)子被減速。Pt線以下的灰色加速區(qū)：Pt>Pe，轉(zhuǎn)子受到電磁力矩的阻力小于水輪機(jī)的動力，轉(zhuǎn)子被加速。圖中a，b兩個點處，都有Pe＝Pt，即都是功率平衡點，但只有a點是穩(wěn)定運行點。b點處無法穩(wěn)定運行：如果運行中受到擾動使功角δ加大，則b點沿曲線下滑，進(jìn)入灰色加速區(qū)，轉(zhuǎn)子被進(jìn)一步加速，δ就繼續(xù)加大，直至發(fā)電機(jī)失步。b點處無法穩(wěn)定運行：如果運行中受到擾動使功角δ減小，則b點沿曲線向后滑，進(jìn)入黃色減速區(qū)區(qū)，轉(zhuǎn)子被進(jìn)一步減速，δ就繼續(xù)減小，最終回到穩(wěn)定運行點a。P25

發(fā)電機(jī)的功率平衡水輪機(jī)把機(jī)械功率Pt傳遞給轉(zhuǎn)子，發(fā)電P26

發(fā)電機(jī)振蕩時為什么要增加勵磁？發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩：轉(zhuǎn)子的功角δ圍著平衡運行點a來回擺動。如果功角δ加大，如圖1擺動到m點，則進(jìn)入黃色減速區(qū)，于是轉(zhuǎn)子被減速，δ角仍然往回擺向a。如果功角δ減小，如圖擺動到n點，則進(jìn)入灰色加速區(qū)，于是轉(zhuǎn)子被加速，δ角仍然往回擺向a。由于轉(zhuǎn)子有機(jī)械慣性，每次擺回到a點后，不會立即在a點平衡住，總是要擺過頭，這樣來回擺動若干次，最后才會重新穩(wěn)定在a點如果發(fā)生振蕩時，發(fā)電機(jī)δ角比較大，接近90度，如圖2。那就可能發(fā)生這種事：功角δ加大，一下子擺動到圖2

δm點，進(jìn)入灰色加速區(qū)，于是轉(zhuǎn)子被繼續(xù)加速，功角δ繼續(xù)加大，最后發(fā)電機(jī)就失步。假如此時運行人員加大發(fā)電機(jī)勵磁，根據(jù)電磁功率公式Pe=[（U×E0）/Xt]×SINδ，加大發(fā)電機(jī)勵磁時，則E0加大，于是電磁功率曲線的高度加大，變成如圖3的藍(lán)色曲線。此時黃色減速區(qū)區(qū)域加大，即使擺動到δm點，由于處于黃色減速區(qū)，于是轉(zhuǎn)子被減速，δ角往回擺。P26

發(fā)電機(jī)振蕩時為什么要增加勵磁？發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩：轉(zhuǎn)子的P27

轉(zhuǎn)子磁極表面的阻尼繞組一提起發(fā)電機(jī)的繞組，大家熟知的就是定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組，其實還有一付繞組，叫做轉(zhuǎn)子阻尼繞組，布置在磁極表面。如左圖，短路環(huán)把磁極表面的那些個垂直導(dǎo)體串起來，整個轉(zhuǎn)子的表面形成的阻尼繞組，它的結(jié)構(gòu)和異步電動機(jī)的鼠籠轉(zhuǎn)子一樣發(fā)電機(jī)同步穩(wěn)定運行時，定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，阻尼繞組相對定子旋轉(zhuǎn)磁場是靜止的，此時阻尼繞組不起作用。發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩時，定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間就有轉(zhuǎn)速差，定子旋轉(zhuǎn)磁場將切割阻尼繞組，在阻尼繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時阻尼繞組的作用與異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子一樣。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速慢于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，定子旋轉(zhuǎn)磁場將拉著阻尼繞組加速。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速塊于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，定子旋轉(zhuǎn)磁場將拖著阻尼繞組減速。沒有阻尼繞組，發(fā)電機(jī)振蕩時，功角來回擺動的時間會很長，阻尼繞組使功角來回擺動的時間大大減小。問題：異步電動機(jī)運行時，定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是否一樣？P27

P28

無功調(diào)整1調(diào)整發(fā)電機(jī)的無功就是調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁電流，加大勵磁電流，無功增加，減少勵磁電流，無功減少。問題：有功功率不變時，加大勵磁電流，發(fā)電機(jī)的定子電流是不是也要增大？上圖等效電路中：E0=Ea+U，而Ea＝I×Xt，由于Xt不變，所以Ea與Ia成正比變化。發(fā)電機(jī)調(diào)整勵磁電流時，認(rèn)為U不變。（聯(lián)在系統(tǒng)上，調(diào)整勵磁時要保證電壓變化不會超過額定值10%）根據(jù)電磁功率公式Pe=[（U×E0）/Xt]×SINδ，由于式中U、Xt都不變，調(diào)整勵磁時，E0與勵磁電流成正比變化，如果有功功率Pe也不變，則E0×SINδ也應(yīng)該不變。假如一開始發(fā)電機(jī)無功＝0，得到下圖1所示矢量圖，此時由于E0×SINδ保持不變，則調(diào)整勵磁時，E0矢量箭頭只能沿著圖中所示綠色直線運動。如果減磁，則E0減小。發(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運行，如圖2，E0矢量箭頭沿著圖中所示綠色直線向左運動，E0減小，Ea加大，而Ea與Ia成正比，所以此時減少勵磁導(dǎo)致定子電流增加。如果加磁，則E0增大。發(fā)電機(jī)進(jìn)入遲相運行，如圖3，E0矢量箭頭沿著圖中所示綠色直線向右運動，E0增大，Ea加大，而Ea與Ia成正比，所以此時加大勵磁導(dǎo)致定子電流增加。P28

無功調(diào)整1調(diào)整發(fā)電機(jī)的無功就是調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁電流，P29

無功調(diào)整2以上圖無功＝0的工況1為起點：減磁，則發(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運行，如果繼續(xù)減少勵磁電流，功角δ逐步加大，當(dāng)功角δ加大到90度后發(fā)電機(jī)就會失步。所以答案是：發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運行時，定子電流和勵磁電流是反方向變化的，加大勵磁電流會導(dǎo)致定子電流減小。而發(fā)電機(jī)在遲相運行時，定子電流和勵磁電流是同方向變化的，加大勵磁電流會導(dǎo)致定子電流加大。左圖所示V形曲線：發(fā)電機(jī)無功調(diào)整V形曲線。V形曲線底部A點對應(yīng)發(fā)電機(jī)只發(fā)有功，無功為0的工況；A點左側(cè)為發(fā)電機(jī)進(jìn)相運行區(qū)，A點右側(cè)為發(fā)電機(jī)遲相運行區(qū)。（注意左側(cè)有一條功角δ90度限制線）A點左側(cè)，I和If成反比。A點右側(cè)，I和If成正比。P29

無功調(diào)整2以上圖無功＝0的工況1為起點：減磁，則發(fā)電P30

關(guān)于PSS之11、什么叫電力系統(tǒng)低頻振蕩：發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列于電力系統(tǒng)中運行時,在小擾動作用下,各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間會發(fā)生相對搖擺,這時電力系統(tǒng)如果缺少必要的系統(tǒng)阻尼就會失去動態(tài)穩(wěn)定,發(fā)生不衰減的電磁振蕩現(xiàn)象,其頻率ｆ＝０.２～２.５ＨZ,稱為低頻振蕩(另一說為0.1～3HZ)。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小、互聯(lián)