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同步发电机有功功率的输出当发电机空载时,定子绕组中的电流I=0,即电枢不会产生磁势。此时发电机中,只有由转子主磁的励磁磁势所建立的主磁场,如所示。这时发电机的端电压等于由主磁场产生的空载电势,原动机输给发电机的功率P1只要克服空载损耗就行了。同步发电机转子磁场与气隙磁场之间的夹角d(a)发电机空载时,d=0;(b)发电机带负荷时,d角的大小与负荷大小和性质有关当发电机定子绕组端接上负荷时(假定负荷是纯电阻性的),定子绕组中就出现了电流I,发电机向负荷输出有功功率,于是发电机转子受到一个制动转矩的作用
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高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗,转子直径一般做得比较小,长度比较大,即采用细长的转子。是在3000转/分以上的大容量高速机组,由于材料强度的关系,转子直径受到严格的限制,一般不能超过1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度,运行中可能发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。
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发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。
由该相量图可推导出同步发电机的功率特性方程。Ed纵轴同步电势,也叫空载电势,是仅由励磁绕组的励磁磁势在定子中所感应的电势。如果不计及饱和,它是和励磁电流成正比的;uf电机的端电压;us无限大系统母线电压;I定子电流,它分解为纵轴电流Id及横轴电流Iq;Xd纵轴同步电抗;Xq横轴同步电抗;发电机的内功率因数角;wf发电机的功率因数角;ws无限大系统端的功率因数角;df功率角,df有双重的物理意义,一个意义是电势Ed和端电压uf间的相角差,另一个意义是产生电势Ed的转子主磁通0和产生端电压uf的合成磁通之间的相角差(为0与k的相量和,而k为定子电枢反应磁通加漏磁通);
当零序电流流过定子绕组时,由各相零序电流所产生的三个脉动磁势,其幅值相等,时间上同相,而三者在空间各相隔120电角度,因此三相零序基波全成磁势恰相至抵消,不形成气隙互磁通,只存在一些漏磁场,数值一般很小。零电流所遇到的电抗为带有漏抗性质的零序电抗,用代表,较更小。由于现代电力系统的规模很大,在正常运行时负载电流的严重不对称是不常见的。具有实际意义的不对称运行情况为故障状态,如单相接地短路、二相短路和二相接地短路等。同步发电机的功率特性及静态稳定限角凸同步发电机输电系统向量图是当忽略发电机定子绕组的电阻及联系电抗中的电阻成分,在不饱和情况下,凸同步发电机输电系统的相量。