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当电力系统发生故障,机组负荷突变时,因调速机构的时滞,使机组转速升高,为限制转速,机组需一定量的,越大,机组转速变化率越小,电力系统的稳定性就越好。与机组造价密切相关,越大,机组重量越大、制造成本越大。短路比Kc,是表征发电机静态稳定度的一个重要参数。Kc原来的意义是对应于空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比,即Kc=Iko/IN。由于短路特性是一条直线,故Kc可表达为发电机空载额定电压时的励磁电流Ifo与三相稳态短路电流为额定值时的励磁电流Ifk之比,表达式为:Kc=Ifo/Ifk≈1/Xd。Xd是发电机运行中三相突然短路稳定时所表现出的电抗,即发电机直轴同步电抗(不饱和值)。
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这样,发电机就向负荷既送出了有功功率,又送出了无功功率。由此可见,在同步发电机中,气隙磁场轴线与主磁磁场轴线之间的夹角d的大小,与同步发电机输出的有功功率大小有关。当同步发电机输出的有功功率增大时,原动机输入的机械功率增大,d角也随着增大。所以我们把d角叫作功率角。一般汽轮发电机在额定负荷下运行时,d角约为2530。同步发电机的这种运行状况,就好象是发电机转子磁场和气隙磁场之间有一些橡皮筋连在一起。由转子磁场拖动气隙磁场在空间以同步速度旋转。发电机输出的有功功率越大,橡皮筋就被拉得越长,转子磁场领前于气隙磁场的角度d就越大。
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为三相突然短路初瞬时的情形。为了简单起见,设发生短路前发电机为空载,故转子绕组只键链磁通和。短路发生瞬间,按照磁链不能突变的原则,转子绕组所键链的磁通不能突变,我们可以根据上节的分析来理解,即短路瞬间,转子中产生了一个磁化方向与电枢磁场相反的感应电流,该电流产生的磁通恰巧抵消了要穿过转子绕组的电枢反应磁通;于是保持了转子绕组所键链的磁通“守恒”。我们也可以换一种分析方法来理解,即在短路初瞬,由于磁链不变原则,短路电流所产生的电枢反应磁通不能通过转子铁芯去键链转子绕组,被挤到转子绕组外侧的漏磁路中去了。定子短路电流所产生的磁通所经路线的磁阻变大,这就意味着,此时限制电枢电流的电抗变小,使突然短路初瞬有较大的短路电流。这个限制电枢电流的电抗称为直轴瞬态电抗或直轴暂态电抗,用表示,可见远较为小。由于转子绕组有电阻,上述感应电流将因电阻的阻尼作用而衰减消失,然后电枢磁通便将穿过转子铁芯,其路径又将。
异步发电机由于没有独立的励磁绕组,其结构简单,操作方便,但是不能向负载提供无功功率,而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联,或者并接相当数量的电容器。
转子由原动机驱动,转速由机组调速器进行调节,这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示。定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组(按120°对称布置)产生,其转速由式确定(式中:p为转子磁对数;f为电力系统频率;n为机组转速)。从式中可见,对某一具体的发电机,其磁对数是固定不变的,而我国电力系统的频率也是固定的,即50Hz(也称工频),可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的转速在发电机制造完成后就是“定值”。当然,电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理论值,而是允许在这个值的上下有微小的波动,也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的。