电机分析.docx
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电机分析
发电机单机运行突然加负载时端电压变化原因解释？
1.单机运行的同步发电机带COSφ=0.8的负载，负荷增大，端电压如何变化？
试从磁路和电路两方面加以分析。
要是没有自动电压校正器（调节器）的，单机电压随负荷增大是明显下降的，主要原因是有功电流的横轴扭曲和无功电流的纵轴去磁作用造成的。
要是有调节器，则是另一回事，但也要根据励磁调差特性具体分析。
负荷变化→发电机转速变化→频率变化
1）发电机单机工作---负荷增大,阻力矩增大,原动机带不动发电机,转速下降（要下降,实际没怎么降）,原动机调速器动作,加大进气量（或加大油门）,原动机加力,直到输出转矩=阻转矩为止；此时,发电机输出增加了,转速比原来略有下降,频率也略有下降（零点几赫兹）；
2）发电机与电网并联运行---负荷增大,阻力矩增大,原动机带不动发电机,转速下降（要下降,实际没降,只是功率角增大了）,原动机调速器动作,加大进气量（或加大油门）,原动机加力,直到输出转矩=阻转矩为止；此时,发电机输出增加了,转速没变,频率也没变；
为什么发电机突然甩负荷会引起电压升高？
发电机突然甩负荷导致电枢反应变化而引起的工频电压升高，其原因是由于通常电网负荷为感性，感性负荷的电流对发电机的电枢反应起去磁作用。
当突然甩负荷后这一去磁电枢反应也随之消失，但根据磁链守恒原理，穿过励磁绕组的磁通来不及变化，使发电机端电压升高。
为什么水轮发电机突然甩负荷时其电压和频率都急剧增加？
水轮机甩负荷后超速引起过电压是一种正常的电磁暂态现象，一般可以由发电机的励磁系统自动控制回调到正常电压，如果出现持续的过电压，则要检查励磁系统是否有问题。
发电机过电压保护是在汽轮发电机组甩负荷后的一种保护，用来防止发电机过电压破坏绝缘。
发电机在甩负荷后，如果调速系统动作迟缓，转速会上升很快，出现不允许的过电压，可能导致发电机的绝缘损坏，因此需设置过电压保护。
过电压
发电机未必超出的V/Hz（过激磁）限制时，也可能发生过电压。
一般说来，这主要是水轮机问题，甩负荷时，转速可能是额定值的200％，如果没有投入电压调节器，将产生一个成比例升高的电压。
这一情况下，基于V/Hz特性，过激磁可能没有超过范围，但是持续的电压幅值会超出允许范围。
通常，因为调速系统的快速响应，对于汽轮机，这不是一个问题。
保护
发电机过电压保护是一个带频率补偿（或对频率不灵敏）过电压继电器。
这个继电器应该由一个瞬时动作单元和有一个反时限特性的延时单元。
瞬时动作单元整定为在130-150％额定电压下动作，而反时限单元整定为在110％额定电压下动作。
发电机甩负荷之后的现象以及产生这些现象的原因?
最明显的现象是机组转速升高,发电机电压增大.天下所有的事,能量都是守恒的.当正在并网发电的机组突然解列后,之前所带的负荷全部转换为更高的转速.这和一个人正在负重跑的过程中,突然卸下重量后跑得更快是一个道理.而转速升高后,电压也随之增大.
首先甩负荷，一开始原动机的惯性，输入转矩不变，但是负荷减少，电磁功率减少，不再平衡，转子加速，功角变大（引起震荡）。
之后由于调速器等作用，减少了原动机出力，又达到了新的平衡，此时频率升高。
在开始瞬间，由于发电机的感性较大，为了维持此联守恒，空载电动势不变，由于负荷减少，电流减少，由机端表达式可知电压升高。
首先甩负荷，一开始原动机的惯性，输入转矩不变，但是负荷减少，电磁功率减少，不再平衡，转子加速（一般的大型水轮发电机组由于调速系统的作用，机组转速会上升至50至70HZ范围内，但一般不超过57.5HZ），功角变大（引起震荡）。
之后由于调速器等作用，减少了原动机出力，转速又回到了正常的50HZ。
切割磁力线越快，电压也就越高。
这一点从开机过程中不难发现，一般的小型机组（没有励磁系统的那种），在开机时机组转速从0到额定，电压也随之转速从0上升到额定。
所以如果转速更快的话，电压也会继续升高，至到过电压动作。
通常在甩负荷后，发电机过电压保护会动作。
发电机甩负荷有什么后果？
发电机甩负荷有什么后果？
答：
由于误操作使断路器或直流系统接地造成继电保护误动等原因，可能造成发电机突然失去负荷即甩负荷的情况，对发电机本身来说，后果有二个：
（1）引起端电压升高。
（2）若调速器失灵或汽门卡，有“飞车”现象即转子转速升高产生巨大的离心力使机组机件有损坏的危险。
发电机端电压升高有二方面原因：
（1）转子转速升高使端电压升高，原因是发电机的电动势与转速成正比的。
（2）发电机甩负荷时定子的磁通和漏磁通消失，此时端电压等于全部的励磁电流产生的磁场所感应的电动势，则电压升高的幅度较大，因此在甩负荷时应紧急减励磁。
为什么发电机在并网后，电压一般会有些降低？
对于发电机来说，一般都是迟相运行，它的负载也一般是电阻性和电感性负载。
1.对于发电机来说，一般都是迟相运行，它的负载也一般是电阻性和电感性负载。
2.当发电机升压并网后，定子绕组流过电流，此电流是感性电流，感性电流在发电机内部的电枢反应作用比较大，它对转子磁场起削弱作用，从而引起端电压下降。
3.当流过的只是有功电流时，也有相同的作用，只是影响比较小。
4.这是因为定子绕组流过电流时产生磁场，这个磁场的一半对转子磁场起助磁作用，而另一半起去磁作用，由于转子磁场的饱和性，助磁一方总是弱于去磁一方。
5.因此，磁场会有所减弱，导致端电压有所下降。
发电机并网后网上就有所需的电压，为什么还要加负荷？
发电机并网的目的就是发电（向电网输送电能），我们知道电功率等于电压乘以电流，如果只有电压没有电流发电机就不能输出有功功率，因此加负荷的目的就是要增加发电机的输出电流。
多说两句：
如果你在电厂工作，你应该知道发电机有发无功和发有功两项调整工作（由于发电机电压和电流的相位存在夹角），无功和有功之间需要一定的配合，以保证发电机与电网之间出于稳定的供电状态，所谓加负荷指的是增加有功负荷（增加从发电机轴输入的机械功率），改变无功需要调整发电机的励磁电流。
电网电压突变时为什么会引起发电机负荷波动？
小发电机，跟电网并着，，每次电网调压是，负荷就波动的很厉害。
电网升压，无功就自动地减小，有功就自动的增大，功率因数就自动的升高
电网降压，无功就自动地增大，有功就自动的减小，功率因数就自动的降低
并网发电机，在电网电压变化时，发电机输出的有功和无功出力都会变化的，这是很正常的事，严重时会引起振荡跳闸。
有功波动可从并网发电机的功角特性方面理解，功率不变但电压变了，必然会引起功角的变化，所以发电机的转速有瞬时的波动。
电压变了，发电机的无功变了则更好理解，但是若是电压很小的波动（如小于2.5%）引起发电机电流大幅波动，则说明发电机的励磁调节器有问题了（重点是调差的问题）。
负载电流增加时,并励直流发电机的端电压下降得比他励直流发电机快为什么?
它励式发电机的励磁由其它电源供电，励磁电压电流和负载大小没关系。
并励式发电机的励磁电压电流和端电压有关，负载电流增大时，端电压会下降，励磁电流也会下降，促使端电压下降更多。
并励发电机的励磁线圈是并接在发电机出口的，负载电流增大，发电机内阻上的压降增大，端电压就会下降，相当于励磁电压下降，励磁电流也就下降，发电机感应电动势下降，促使端电压下降明显。
磁动势
磁动势（MMF，magneticmotiveforce）的标准定义是电流流过导体所产生磁通量的势力（force）[2]，是用来度量磁场或电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。
它被描述为线圈所能产生磁通量的势力[2]，这样科学家就能够用它来衡量或预见通电线圈实际能够激发磁通量的势力[2]。
此外，永久磁铁也会有磁动势。
一、F=Φ·Rm，Φ=B*S（S为与磁场方向垂直的平面的面积），Rm=L/μA（L表示磁路长度，A表示磁路横截面积）。
二、F=N·I，N表示线圈匝数，I表示线圈中的电流大小。
三、F=H·L，（H为磁场强度，与磁密度B和磁路材料等有关）L表示磁路长度。
公式一、作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Φ与磁阻Rm的乘积。
公式二、通电线圈产生的磁动势F等于线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积，也叫磁通势，磁动势F的单位是安培（A）。
公式三、F 是磁场强度H在磁路L上的积分。
感应电机的磁动势为:
N-绕组匝数，单位为次数（turns）
1）I-绕组中的电流，单位为安培（A）
2）Φ-磁通量，单位为韦伯（Wb）
3）Rm-磁路的磁阻，单位为安培/韦伯（A/Wb）
公式一又被称为霍普金斯定律或磁路欧姆定律.
安培-匝数（At）,国际单位制。
代表一匝导线线圈流过1安培电流时所产生的磁势。
磁动势的公式F=NIN是线圈匝数，I是线圈中的电流 。
方向是右手螺旋四指顺着电流环绕拇指的指向就是磁动势的方向。
同步电机中电枢磁动势Fa的方向是和电流方向相同的。
在空间上，磁动势与产生它的电流以右手螺旋去判断，在时序上，由于F=NI，则F与I是同方向的。
为什么一般情况下采用线电压而不用相电压来描述电压等级？
因为发电厂的发电机送到电网只有三根相线，输电线路也是ABC三相，所以用三根线之间的电压（线电压）表示比较明确，再说35KV以下的小电流接地系统，三相之间是线电压，相对地之间并不一定是相电压（中性点不接地时）。
所以是习惯用直观的线电压来描述电压等级。
电源输出功率与总功率
电源有总功率和输出功率.总功率就是电源所提供的所有的功率,包括内阻上消耗的功率和外电路上消耗的功率（输出功率）.输出功率就是单指外电路的功率,等于总功率减输出功率.
电源的总功率为EI电源的输出功率为UI（或I^2*R）输出功率：
P=I^2*R=E^2/（R+r）^2*R=E^2/[（R-r）^2/R+4r],所以当R=r时输出功率最大,为：
Pmax=E^2/（4r）。
电网的负载突然减少,电流或电压就会急剧上升?
电网的负载突然减少,电流或电压就会急剧上升?
众所周知，发电机输出的功率不变的情况下，要是电网的负载突然减少，电流或电压就会急剧上升，电网就会过压，要是超过了电网承受最大值，联着的电器就可能烧毁。
关1小时灯根本节约不了能源（因为电厂仍按原计划在发电，多出来的电无法储存起来，只会造成灾难.
大电机在刚启动时会使电网电压短暂下降的原因：
当电动机启动时，电机的启动电流比较大，也就是电路的电流比较大。
较大的电流，会使有阻抗的载流元件，如线路、变压器等损耗增加，压降增大，（v=iz，其中z为阻抗，i为电流，v为压降），因此导致整个电源电压降下来。
三相电机的瞬时启动电流可达电机额定电流的5-7倍，会造成线路电压降低，从而拉低电网电压和周波。
因此大功率电机启动一般应该采用星/角启动的方式来降低启动电流，避免电网电压出现较大的波动。
电机启动电流大和电网电压下降的关系是:
当电动机启动电流过大时，电机的压降增大（v=iz，其中z为电机的阻抗，i为电机启动电流，v为电机压降），我们知道，电源是有内阻的，当电动机启动电流过大时，流过电源内阻的压降也会增大，因此导致整个电源电压降下来。
电机启动器，是用于辅助电机启动的设备，使电机启动平稳，对电网的冲击小，还能实现对电机的软停车、制动、过载和缺相保护等。
电机启动器主要用于大型电机和异步电机中。
电机启动电流很大,会下拉局部电网的电压,如果局部电网容量不大,这种电压的下拉会使一些电压继电器失灵,所以一般容量小的局部电网,使用大容量电机的时候要采用减小启动电流的启动方式,待电机正常运行后,再切换到运行方式,典型的是星-三角启动.
1、当电源频率一定时，电源电压的高低将直接影响电动机的启动性能。
2、当电源电压过低时，定子绕组所产生的旋转磁场减弱。
由于电磁转矩与电源电压的平方成正比，所以，电动机启动转矩不够，造成电动机启动困难。
3、当电动机轻负载运行时，端电压较低对电动机没有什么太大影响。
但当负载较重特别是满载运行时，端电压过低将引起负载电流分量增大的数值大于激磁电流分量减少的数值。
因此，定子电流增加，功率损耗加大，定子绕组过热，时间过长甚至会烧毁电动机。
4、当电源电压过高时，同样会使定子电流增加，导致定子绕组过热而超过允许范围。
5、所以国家标准规定，电动机只有在电源电压波动范围为±5％之内的情况下，方可长期运行。
负载一定,电网电压降低时,电动机电流为什么会增加？
可以通过能量守恒做个简单的定性分析。
负载一定，说明电动机的输出功率P一定。
根据功率公式P=U*I，如果电网电压降低，此时，电流确实会增加。
供电中的有功与无功
在电网对用户输电的过程中，电网要提供给负载的电功率有两种：
有功功率和无功功率。
有功功率（p）是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量（机械能，光能，热能等）的电功率；
而无功功率（Q）是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电功率。
无功功率比较抽象，它主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换，在电气设备（电路系统）中建立和维护磁场的功率。
它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁场转化为电能，周而复始，并无能量损耗。
特别指出的是无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量，作用却十分重要。
解释一：
1无功功率在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。
比如：
5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。
有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。
凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。
由于它不对外做功，才被称之为“无功”。
无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。
电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。
变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。
因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。
为了形象地说明这个问题，现举一个例子：
农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。
如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
（1）降低发电机有功功率的输出。
（2）降低输、变电设备的供电能力。
（3）造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
（4）造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。
这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
2功率因数电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。
电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。
cosφ称为功率因数，又叫力率。
功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。
三相功率因数的计算公式为：
式中cosφ——功率因数；P——有功功率，kW；Q——无功功率,kVar；S——视在功率,kV。
A；U——用电设备的额定电压,V；I——用电设备的运行电流,A。
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
（1）自然功率因数：
是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。
自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1，而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。
（2）瞬时功率因数：
是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。
瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
（3）加权平均功率因数：
是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：
提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。
解释二：
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。
有功功率过低导致线损增加、容量下降、设备使用率下降，从而导致电能浪费加大。
无功功率:
电网中的感性负载（如电机，扼流圈，变压器，感应式加热器及电焊机等）都会产生不同程度的电滞，即所谓的电感。
感性负载具有这样一种特性-----即使所加电压改变方向，感性负载的这种滞后仍能将电流的方向（如正向）保持一段时间。
一旦存在了这种电流与电压之间的相位差，就会产生负功率，并被反馈到电网中。
电流电压再次相位相同时，又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场，这种磁场反向电能就被称作无功功率。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。
它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。
凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。
无功功率过高1）无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致系统容量下降；2）无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加；3）使线路的压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。
功率的计算公式⑴有功功率三相交流电路的功率与单相电路一样，分为有功功率、无功功率和视在功率。
不论负载怎样连接，三相有功功率等于各相有功功率之和，即：
当三相负载三角形连接时：
当对称负载为星形连接时因UL=Up，IL=Ip所以P＝=ULILcosφ当对称负载为三角形连接时因UL=Up，IL=Ip所以P＝=ULILcosφ对于三相对称负载，无论负载是星形接法还是三角形接法，三相有功功率的计算公式相同，因此，三相总功率的计算公式如下。
P＝ULILcosφ⑵三相无功功率：
Q＝ULILsinφ（3）三相视在功率
电力系统中有功功率与电压，无功功率与频率之间有什么关系？
在正常情况下，电力系统中发电机发出的总的有功功率和负载消耗的总的有功功率是平衡的，系统频率可以保持在额定值。
系统频率的变化直接反映了有功功率的平衡状况。
发的大于用的，系统频率升高。
用的大于发的，系统频率降低。
所以电网调度人员要不停地向发电厂下达调频命令（汽机的调速系统有一定的调节功能，但还是需要人为调节），以保证频率在合格范围。
在极端情况下，频率过高可以减负荷停机，频率过低出力加足时只能拉路停电。
一、有功功率与电压之间的关系：
当电网发出的有功功率等于用户有功负荷时，频率保持不变；小于有功负荷时，频率下降；大于有功负荷时，频率上升。
因此，改变发电机输出的有功功率可以调整电网频率。
二、无功功率与频率之间的关系：
当电网发出的无功功率等于用户的无功负荷时，电压保持不变；小于无功负荷时，电压下降；大于无功负荷时电压上升。
所以，改变发电机输出的无功功率可以调整电网电压。
电机磁路饱和是什么意思
硅钢片把电能转化成磁能再转化成动能的能力是有限的。
当电机电流超过一定范围后，电能无法再转化成更多的磁能，只能转化成热能，导致电机迅速升温，这是磁密饱和的后果。
通俗的比喻：
把硅钢片当作是一个水桶，水桶下面有根水管可以往外流水，水管上面有根水管可以加水。
当加水的速度等于出水的速度，就是磁密饱和了。
如果加水的速度大于出水的速度并且持续一段时间，水就会漫出来，这就是电机迅速发热的原因了
欠电流保护
1、什么情况下会发生欠电流？
2、哪些电机一定需要欠电流保护？
3、如果没有欠电流保护，会有什么隐患或危险？
4、可否用欠压保护替代欠电流保护。
2、哪些电机一定需要欠电流保护？
直流电动机的激磁一定需要欠电流保护
3、如果没有欠电流保护，会有什么隐患或危险？
直流电动机的激磁如果没有欠电流保护，万一发生欠激磁，
直流电动机就会超速，严重时就是飞车事故。
4、可否用欠压保护替代欠电流保护。
不可以，如果是磁场回路断线，
虽说激磁供电端有电压，但已没有激磁电流。
1、什么情况下会发生欠电流？
激磁电源内部故障，不能提供足够的激磁电流，
励磁回路（线路导线、励磁绕组，励磁电阻等）断线。
磁能与磁共能之间的区别与联系？
从物理意义上解释。
磁能表示该磁场具有的能量，个人理解磁共能是表示在理想状况下该磁场所具有的的储存磁能的能力，该理想状况下是磁链在时间上是电流i的阶跃函数。
磁场能
磁铁能够吸引铁磁物质，说明了磁铁能做功，即磁场中有能量。
以上面这个电磁铁来做个例子说明。
假设上面带有绕组的部分为固定贴心，下面为活动铁心。
然后我们给线圈通电，当线圈中的电流达到一定值得时候，下面的活动铁心就会被吸引到上面去。
说明上下两个铁心和气隙组成的这个简单的磁路系统是有能量的。
接着往下分析，
1）如果假设活动铁心和固定铁芯之间的气隙长度x是个定值。
我们可以推导出t1时刻的磁场能。
如果以电流i和磁链为坐标轴，我们可以得到磁化曲线如下：
图中0ab0的面积就是磁场能Wm。
当气隙长度x固定时，磁场能是磁链的函数。
2）如果假设活动铁心和固定铁芯之间的气隙长度x是个可变值。
TE时间的定义是什么？
在防爆电机参数中有TE时间，TE时间的具体定义是：
在最高环境温度下，达到额定运行最终稳定温度的交流绕组，从开始通过堵转电流时计起，直至上升到极限温度的时间。
TE时间应不小于转子堵转时热过载保护装置能够切断防爆电机电源所需的时间。
若防爆电机TE值大于按IA/IN比确定的tEmin值，则可以满足上述要求。
否则，则要按较小的TE值重新设置继电保护装置的参数。
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