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新闻主题	自动励磁调节发电机的外特性

 

摘要：同步发电机的外特性是指在转速额定值n_N下运行，励磁电流If不变，负载功率因数一定时，发电机端电压和负载电流的关系，即U=f(I)。并且不管负载性质如何，发电机端电压U均随负载电流I变化而变化。电压变化不仅取决于电枢电流在电枢绕组电阻上的压降及漏电抗压降，而且还取决于负载性质。

 

一、同步发电机的外特性分类

 

      同步发电机的外特性是指在某一励磁电流下端电压U_G与输出无功电流I_Q（无功功率Q）的关系曲线，用U_G＝f（I_Q）或U_G＝f（Q）表示。当发电机具有自动励磁调节时，励磁电流将随机端电压发生变化，因此外特性也要发生变化。发电机安装自动励磁调节器后，随无功电流变动时，一般电压有一定变化量，即发电机外特性U_G＝f（I_Q）稍有下倾，用斜线表示，见图1。

1、外特性的分类

      具有调差环节的发电机外特性（或调节特性）分为以下三种类型。

（1）正调差：调差系数δ＞0，发电机端电压随无功增大而降低；

（2）负调差：调差系数δ＜0，发电机端电压随无功增大而升高；

（3）无差：调差系数δ＝0，发电机端电压不受无功影响，恒定不变。

2、发电机的负载外特性

      发电机的负载外特性‌是指在不同负载情况下，发电机的输出电压和转速之间的关系。‌外特性‌是描述发电机整体性能的一个重要参数，用于评估发电机的质量和可靠性。外特性曲线通常呈现一个下凸弧形，即在低负载时输出电压较高，而在高负载时输出电压呈下降趋势‌，如图2所示。

（1）感性负载时的外特性

      发电机端电压随着负载电流增加而下降，这是因为感性负载时，既有交轴电枢反应，又有直轴去磁电枢反应，使得气隙的有效合成磁通Φ减小，所以发电机端电压有所下降。

（2）电阻负载时的外特性

      发电机端电压下降慢，这是因为纯电阻负载的电枢反应是交轴电枢反应，使得气隙的有效合成磁通Φ略有减小，发电机端电压有所下降。

（3）容性负载时的外特性

      发电机端电压随负载电流增加而增加，这是因为容性负载时，既有交轴电枢反应又有直轴增磁电枢反应，使得气隙的有效合成磁通增加。

      在相同额定电压U_N、额定电流I_N的情况下，不同负载性质，其对应的空载电动势E₀不一样，感性负载时，E₀>UN，容性负载时E₀<U_N。可用发电机的静态电压变化率ΔU%来描述这种电压变化量。

 

图1  同步发电机调差系数的定义

图2  同步发电机不同负载性质时的外特性曲线

 

二、外特性计算公式和运行曲线

 

1、发电机外特性计算公式

      外特性下倾的程度是表征发电机励磁控制系统运行特性的一个重要参数，称为调差系数，其定义为

 

δ=（U_G0-U_G2）/U_GN=U_G0*-U_G2*=ΔU_G*..................（公式1）

 

式中，U_G0——发电机空载（无功负载为零时）电压；

U_G2——发电机额定无功负载为Q_N时的机端电压，一般为额定电压；

δ——发电机调差系数。

      由式（1）可见，调差系数δ表征无功电流从零增加到额定值时，发电机电压的相对变化。

      由于发电机运行需要，调差系数需要调整。通过调差环节的设置可以改变调差系数δ，以适应发电机各种运行方式。在发电机励磁调节器中需要设置调差环节，以获得所需的调差系数。不同调差系数的发电机外特性如图3所示。

2、外特性的运行曲线

      当设发电机并网运行时，系统母线电压维持不变，增大励磁给定值U_ref，即平移发电机外特性曲线可以改变发电机所承担的无功功率，见图4。

（1）设发电机并入系统时机端电压为U_M，外特性曲线如图4中特性曲线3所示，此时发电机不承担无功功率；

（2）当给定电压逐渐增大时，发电机外特性曲线由特性曲线3上移到特性曲线2、特性曲线1，相应的发电机的无功功率上升到Q₁、Q₂。可见，增大励磁调节器的给定电压，并列于系统上的发电机所承担的无功功率逐渐增大，此时的机端电压由系统电压确定。

（3）当发电机停机时，可先减小给定电压，将外特性曲线向下移动，无功功率逐渐减小。当外特性曲线为图3中特性曲线3时，无功功率已减至零，此时断开发电机不会造成对系统无功功率的冲击。可以看出，减小给定电压，并列在系统上的发电机所承担的无功功率会逐渐减小。

      由以上分析可见，增大或减小励磁调节器的给定电压，可平稳增大或减小发电机的无功功率，实现发电机无功功率的转移。

 

图3  不同调差系数的发电机外特性曲线图

图4  外特性平移与无功功率关系图

 

 总结：

      在实际应用中，发电机的外特性对其性能有重要影响。为了保持电压的稳定，随着负载电流的增大，必须相应地调整励磁电流。虽然调整特性的变化趋势与外特性相反，但对于感性和纯电阻性负载，调整特性是上升的，而在容性负载下一般是下降的。此外，发电机的空载转速和满载转速是判断发电机性能良好与否的重要参数。

 

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