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APCUPS电源与发电机同步有哪些电枢不良反应应该注意 。


 同步发电机的电枢反应

同步发电机运转,并接上三相对称负载后,定子饶组中会产生三相对称电流,及三相旋转磁场,此磁场称为电枢磁场。这样在气隙中就同时存在着两个旋转磁场,一个是由直流励磁电流产生的转子主磁场,另一个则是电枢磁场。这两个磁场以相同的转速,相同的方向旋转,两者之间没有相对运动。它们叠加在一起形成同步发电机气隙中的合成磁场。这时同步发电机的感应电势是由气隙中的合成磁场感应产生的。因此,定子绕组电势不仅决定于转子磁场的强弱,而且还受电枢磁场的影响。由此可知,当同步发电机接负载运行时,由于电枢磁场的出现,气隙中的磁场由空载时的主磁场(磁极磁场)变为合成磁场,无论大小和位置都发生了变化,这种现象称为电枢反应。如果发电机所接的负载性质不同,那么定子绕组中的电流和电势的相位也不同,所以同步发电机电枢反应的程度不仅和定子电流大小有关,而且与负载性质有关。

下面以四种负载的不同情况,进一步来分析同步发电机的电枢反应。

1.纯电阻性负载时的电枢反应

为便于分析说明问题,设定子每相绕组只由一匝组成;三相绕组对称布置,励磁绕组磁势 Fl

在空间按正弦分布。在发动机的带动下,以同步转速 n1 按逆时针方向旋转,图 4-1l(a) 所示。

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(a)励磁磁势巧和电枢磁势八的方向@(b)Eo 和 is 的正方向@

(c)B0 和 7s 的向 T 图;(d)由 Ff 和爪求出合成磁场砧图 4-11 纯电阻性负载时的电枢反应


 旋转的主磁场将在定子三相绕组中产生三相对称的感应电势 E0,在图 4-1l(a)中转子所画位置瞬间,A 相绕组内的感应电势最大,电势方向用右手定则确定。其三相感应电势的向量图,如图 4-11(c)所示。由于接的是纯电阻性负载,电流和电势同相位,即=0,因此,三相定子绕组各导体中的电流方向与电势方向一致,此时 A 相电流也达到最大值,图 4-1l(a)中⊙和×同时表示电势和电流的方向。根据绕组中电流方向可以判断电枢旋转磁场磁势轴线的方向与转子磁极轴线相垂直。又由于电枢磁场与转子磁场都以同步转速 nl 旋转,因此,它们之间的相对位置在任一瞬间都维持不变。从图 4-1l(a)可见,电枢磁势 FS 在空间总是滞后于励磁磁势 FF90。,两者相叠加,得合成磁势 FR,图 4 一 1l(d)所示。

   由此可知,当发电机接纯电阻性负载时,FS 的轴线与 FF 的轴线互相垂直,故称为横轴(或交轴)电枢磁势。由它产生的电枢反应叫做横轴电枢反应。电枢反应的结果,不但使气隙中的合成磁势 FR 的轴线方向逆转子旋转方向偏转一个角度θ,而且因转子磁极的前一半(即前极端)被电枢磁极削弱,转子磁极的后一半(即后极端)被电枢磁加强。

   主磁极半边增强半边减弱,在发电机铁心末饱和时,增加的磁通等于减少的磁通,使总的合成磁通保持不变。但是,通常同步发电机在正常运行时,其磁路总是呈饱和状态的,因而就使得磁路增加的磁通稍小于减少的磁通,使总的合成磁通稍有减少,然而,更主要的是使主磁场发生畸变(即歪扭),使同步发电机造成一定的影响。

2.纯电感性负载时的电枢反应

当发电机接于电感性负载时,若不考虑电枢绕组的电阻,那么,在这种负载下的电枢电流,必然在相位上将滞后电势 90。,即=900。其向量图如图 4-12(a)所示。在这种情况下,如果转子磁极的位置仍和图 4-11 所示的瞬时位置一样,即仍然是 A 相绕组申的感应电势最大, 其电势方向如图 4-12(b)中线圈内层符号所示。但由于电流 IS 眠的相位比电势 EO 滞后 90。,所以电流 Is 的最大值要向后(顺时针方向)移动 90。,此时绕组中电流的实际方向用图 4-12(b), 线圈外层符号表示,A相绕组中的电流为零,IS 所产生的电枢磁势 FS 的方向,用右手螺旋定则来判断。可见 FS 的方向也是在主磁极的轴线上,但与 Ff 的方向相反,图 4-12(c)所示,男, 对主磁极产生去磁作用。显然合成磁势 FR 与励磁磁势 Ff 方向相同,但数值上减小了。这是同步发电机接人电感性负载时,端电压下降的主要原因。这时的电枢反应叫做纵轴(或直轴) 去磁电枢反应。(a)E。和 Is 的向量图;(b)由定子电流产生的磁场与转子磁场方向相反;;

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(c)Ff 和Fs,求出合成磁场研 FR

图 4-12 纯电感性负载时的电枢反应

3.纯电容性负载时的电枢反应

   在纯电容性负载的情况下,如果不考虑电枢绕组电阻的作用,那么 Is 在相位上就比 EO 超前90。,即=-90。,如图 4-13(a)所示。和前面讨论情况一样,当 A 相绕组正好在转子主磁极轴线上时,A 相绕组申感应电势最大。但由于电流 Is 超前于电势 EO90。,所以三相电枢电流产生的电枢磁势 FS 的轴线在空间前移 90。,如图 4-13(b)所示。于是,电枢磁势 FS 也与主磁极轴线相重合,并且 FS 与 Ff 方向相同,如图 4-13(c)所示。对主磁极磁场产生助磁作用,这就是同步发电机接电容性负载时,端电压上升的主要原因。这时的电枢反应叫做纵轴助磁电枢反应。

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图 4-13纯电容性负载时的电枢反应

以上所描述的不是完全现实的情况,因为负载不可能是100%纯感性或100%纯容性。发电机输出端所接的负载可能是独立的,也可能是并联的,这决定于自动切换柜工作的定时和设置。在某些应用中,市电中断时 APCUPS电源系统是发电机接入的第一个负载。APCUPS电源本身需一段时间(称为软启动周期),将负载从蓄电池转向发动机,使其输入功率因数提高。然而,APCUPS电源的输入滤波器并不参与软启运过程,它们连接在 UPS 的输入端,是 UPS 的一部分。因此, 在某些情况下停电时首先接到发电机输出端的主要负载是APCUPS电源的输入滤波器,它们是高容性的(有时是纯容性的)。纯电容负载代表了 UPS 软启动时的真实情况。事实上所有输入滤波器都使用电容器和电感来吸收 UPS 输入端最具破坏性的电流谐波。而绝大多数滤波器要消耗 1%左右的APCUPS电源功率。输入滤波器的设计一直在有利和不利因素之间寻求平衡。为了尽可能提高APCUPS电源系统的效率,目前APCUPS电源用输入滤波器的功耗问题随着技术进步得以解决。滤波器效率的提高在很大程度上取决于 IGBT 技术在 UPS 设计中的应用。输入滤波器可以吸收某些电流谐波,同时吸收很小一部分有功功率。总之,滤波器中感性因素对容性因素的比降低了,APCUPS电源的体积变小了,效率提高了。


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