發(fā)電機(jī)的滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)定
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發(fā)電機(jī)的滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)定
發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，如發(fā)生突然短路或斷路器跳閘甩負(fù)荷后，即進(jìn)入暫態(tài)過程。此時(shí)定子電壓、電流都按一定的規(guī)律變化。反應(yīng)定子電壓和電流的轉(zhuǎn)子回路磁鏈也將按同一規(guī)律變化。通過發(fā)電機(jī)滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)可以來研究和分析這種暫態(tài)變化規(guī)律，可以求取勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)和阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)，試驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單易行。由于發(fā)電機(jī)各繞組都不是孤立存在的，相互間有互感，在確定時(shí)間常數(shù)時(shí)應(yīng)采用考慮了互感影響后的有效電感。
一、一般概念
在轉(zhuǎn)子繞組切換至滅磁電阻的瞬間，根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾阍恚D(zhuǎn)子繞組中流過的電流等于原始狀態(tài)（即滅磁前瞬間）時(shí)繞組中的電流ie0。如果忽略發(fā)電機(jī)磁路飽和的影響，并在無阻尼繞組的條件下，此電流將按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減至零，即
..................................... （公式1）
式中，t——滅磁時(shí)間常數(shù)；
ie0——在原始狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中的電流，a。
轉(zhuǎn)子繞組的滅磁過程對(duì)應(yīng)于定子繞組是開路還是短路可分為兩種情況，定子繞組開路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)t'0為
t’0 = le/ re+ rm= te0（re/ re+ rm）.....................................（公式2)
式中 te0——轉(zhuǎn)子繞組本身的時(shí)間常數(shù)；
re——轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻，ω；
rm——滅磁電阻，ω；
le——轉(zhuǎn)子繞組本身的自電感，h。
而te0 = le/ re
定子繞組短路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)t'k為
t'k = lek/ re+ rm.....................................（公式3)
式中的lek可根據(jù)圖2中xek的等值電路圖求得。
圖1和圖2為定子繞組開路和短路條件下滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)時(shí)從轉(zhuǎn)子繞組看進(jìn)去的電抗等值回路。
圖1 發(fā)電機(jī)定子繞組電抗xe0等值回路圖
圖2 發(fā)電機(jī)定子繞組電抗xek等值回路圖
根據(jù)圖1和圖2可得以下關(guān)系式
xe0＝xad十xeσ
xek＝x2σ十xσ•xad／（xσ十xad）
式中，xσ——定子繞組漏電抗；
xeσ——轉(zhuǎn)子繞組漏電抗；
xad——縱軸電樞反應(yīng)電抗
根據(jù)發(fā)電機(jī)理論，發(fā)電機(jī)的縱軸同步電抗為xd＝xσ十xad，而發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗為x'd＝xσ十xeσ•xad／（xeσ十xad），于是可得到
xek=xe0（x'd / xd）
由此可得
t'k= t'0（x'd/ xd）....................................（公式4）
從式（16—34）得到，定子繞組開路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)比定子繞組短路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)要長(zhǎng)。
在滅磁后，定子電壓和定子電流也將按轉(zhuǎn)子電流一樣的規(guī)律衰減。
在定子繞組開路的滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)．時(shí)
..................................... （公式5)
式中 u0——滅磁試驗(yàn)開始時(shí)的定子電壓，v；
ur——滅磁試驗(yàn)結(jié)束后的定子殘壓，v。
當(dāng) t＝t'0 時(shí)
u（t-t’0）=（u0-ur）e1+ur
由于定子殘壓ur一般很小，可以忽略不計(jì)，所以
u（t-t'0）＝u0e-1＝0.368u
因此，定子繞組開路滅磁時(shí)間常數(shù)t'0就等于發(fā)電機(jī)開路滅磁時(shí)，其定子電壓從其起始值u0降到0.368u0時(shí)所需的時(shí)間。
定子繞組短路滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)時(shí)
..................................... （公式5)
式中 i0——滅磁試驗(yàn)開始時(shí)的定子電流，a；
ir——滅磁試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的定子電流，a。
當(dāng)t＝t'k時(shí)
ⅰ（t=t'k）＝（ⅰ0—ⅰr）e-1+ⅰr
忽略定子繞組殘流時(shí)可得
ⅰ（t-t'k）＝ⅰ0?-1＝0.368ⅰ0
因此，定子繞組短路滅磁時(shí)間常數(shù)t'k就等于發(fā)電機(jī)短路滅磁時(shí)，其定子電流從起始值衰減到0.368倍所需的時(shí)間。
如果發(fā)電機(jī)有阻尼繞組，將使磁場(chǎng)的衰減變慢，滅磁時(shí)間常數(shù)相應(yīng)變大，具體的理論和數(shù)學(xué)分析比較復(fù)雜，這里不再贅述。但從試驗(yàn)來求取滅磁時(shí)間常數(shù)的方法是一樣的。
轉(zhuǎn)子繞組上電壓的衰減也具有同樣的規(guī)律，即
....................................（公式6）
由此可見，轉(zhuǎn)子繞子上電壓的最大值出現(xiàn)在滅磁開始瞬間，即為
uem = ⅰe0× re= ue0（rm/ re）
ue0= ⅰe0× re
式中,re——轉(zhuǎn)子繞組直流電阻。
此電壓與滅磁電阻成正比，并等于滅磁前轉(zhuǎn)子電壓的rm／re倍。滅磁電阻越大，轉(zhuǎn)子繞組上的過電壓越高，但過電壓的衰減也越快。實(shí)際上的過電壓比理論計(jì)算值小，因?yàn)樽詣?dòng)滅磁開關(guān)觸頭之間產(chǎn)生的電弧限制了過電壓的升高。經(jīng)驗(yàn)證明，滅磁電阻的大小應(yīng)為熱狀態(tài)轉(zhuǎn)子繞組電阻的4～5倍。在現(xiàn)場(chǎng)可采用雙臂電橋來測(cè)量其直流電阻。
二、滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量
測(cè)量滅磁時(shí)間常數(shù)一般與發(fā)電機(jī)空載、短路特性試驗(yàn)一起進(jìn)行，可采用光線示波器或其他數(shù)字式錄波裝置進(jìn)行測(cè)量。
1、定子繞組開路滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量
（1）在發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)時(shí)，將定子電壓、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓等信號(hào)接入光線示波器。
（2）發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)結(jié)束，將定子電壓保持在額定值，并記錄定子電壓，勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)值作為基準(zhǔn)。
（3）先磨動(dòng)光線示波器，隨后跳開滅磁開關(guān)，錄取發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流的衰減波形。
（4）測(cè)量結(jié)束，可從示波圖上量得定子繞組滅磁時(shí)間常數(shù)。具體就是確定定子電壓從un衰減到0.368un所需的時(shí)間。
2、定子繞組短路滅磁常數(shù)測(cè)量
（1）在發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)時(shí)，將定子電流、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓等信號(hào)接人光線示波器。
（2）發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)結(jié)束后，將定子電流保持在額定值，并記錄定子電流、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓穩(wěn)態(tài)值作為基準(zhǔn)。
（3）先啟動(dòng)光線示波器，隨后跳開滅磁開關(guān)，錄取發(fā)電機(jī)定子電流、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓的衰減波形。
（4）測(cè)量結(jié)束可從示波圖上量得定子繞組短路滅磁時(shí)間常數(shù)。具體就是確定定子電流從ⅰn衰減到0.368ⅰn所需的時(shí)間。
3、機(jī)端三相金屬性短路
負(fù)載額定下三相機(jī)端短路。當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載工況時(shí)，機(jī)端突然三相短路，由于為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，故陽(yáng)極電壓也突然為0，然后延時(shí)0.1秒跳負(fù)荷開關(guān)（短路點(diǎn)在負(fù)荷開關(guān)內(nèi)側(cè)），同時(shí)聯(lián)跳滅磁開關(guān)進(jìn)行滅磁。
圖3 三相交流發(fā)電機(jī)機(jī)端短路滅磁曲線圖
4、試驗(yàn)記錄的整理
在錄取電壓（電流）衰減波形后，可以用作圖法來求取時(shí)間常數(shù)。按定子電壓（或電流）的額定值作為基準(zhǔn)，量取各時(shí)間間隔的定子電壓（電流）值，將這些點(diǎn)畫在坐標(biāo)紙上，可得到一衰減曲線，如圖4。
圖4 發(fā)電機(jī)定子繞組開路滅磁電壓衰減曲線圖
在縱坐標(biāo)上取0.368un（或0.368in）得到c點(diǎn)，過c點(diǎn)作平行于橫坐標(biāo)的直線，與所畫曲線相交于a點(diǎn)，再經(jīng)a點(diǎn)作垂線，與橫坐標(biāo)相交于b點(diǎn)，則ob所代表的時(shí)間就是所求的滅磁時(shí)間常數(shù)t0（或tk0）。
三、發(fā)電機(jī)定子滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量試驗(yàn)記錄表
設(shè)備名稱
1．發(fā)電機(jī)參數(shù)
型號(hào)
額定容量（kva）
額定電壓（kv）
額定電流（a）
額定轉(zhuǎn)速
額定頻率（hz）
絕緣等級(jí)
冷卻方式
空載勵(lì)磁電壓
空載勵(lì)磁電流
額定勵(lì)磁電壓
額定勵(lì)磁電流
接法
產(chǎn)品編號(hào)
出廠日期
制造廠
2．試驗(yàn)依據(jù)
3．試驗(yàn)數(shù)據(jù) 環(huán)境溫度： ℃，濕度： %
勵(lì)磁方式
滅磁方式
滅磁前轉(zhuǎn)子電壓
滅磁前轉(zhuǎn)子電流
滅磁前發(fā)電機(jī)電壓
滅磁時(shí)間常數(shù)
轉(zhuǎn)子過電壓倍數(shù)
滅磁時(shí)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子電壓波形（圖）
4．試驗(yàn)儀器及儀表名稱、規(guī)格、編號(hào)
5．試驗(yàn)結(jié)
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發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，如發(fā)生突然短路或斷路器跳閘甩負(fù)荷后，即進(jìn)入暫態(tài)過程。此時(shí)定子電壓、電流都按一定的規(guī)律變化。反應(yīng)定子電壓和電流的轉(zhuǎn)子回路磁鏈也將按同一規(guī)律變化。通過發(fā)電機(jī)滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)可以來研究和分析這種暫態(tài)變化規(guī)律，可以求取勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)和阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)，試驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單易行。由于發(fā)電機(jī)各繞組都不是孤立存在的，相互間有互感，在確定時(shí)間常數(shù)時(shí)應(yīng)采用考慮了互感影響后的有效電感。
一、一般概念
在轉(zhuǎn)子繞組切換至滅磁電阻的瞬間，根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾阍恚D(zhuǎn)子繞組中流過的電流等于原始狀態(tài)（即滅磁前瞬間）時(shí)繞組中的電流ie0。如果忽略發(fā)電機(jī)磁路飽和的影響，并在無阻尼繞組的條件下，此電流將按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減至零，即
..................................... （公式1）
式中，t——滅磁時(shí)間常數(shù)；
ie0——在原始狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中的電流，a。
轉(zhuǎn)子繞組的滅磁過程對(duì)應(yīng)于定子繞組是開路還是短路可分為兩種情況，定子繞組開路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)t'0為
t’0 = le/ re+ rm= te0（re/ re+ rm）.....................................（公式2)
式中 te0——轉(zhuǎn)子繞組本身的時(shí)間常數(shù)；
re——轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻，ω；
rm——滅磁電阻，ω；
le——轉(zhuǎn)子繞組本身的自電感，h。
而te0 = le/ re
定子繞組短路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)t'k為
t'k = lek/ re+ rm.....................................（公式3)
式中的lek可根據(jù)圖2中xek的等值電路圖求得。
圖1和圖2為定子繞組開路和短路條件下滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)時(shí)從轉(zhuǎn)子繞組看進(jìn)去的電抗等值回路。
圖1 發(fā)電機(jī)定子繞組電抗xe0等值回路圖
圖2 發(fā)電機(jī)定子繞組電抗xek等值回路圖
根據(jù)圖1和圖2可得以下關(guān)系式
xe0＝xad十xeσ
xek＝x2σ十xσ•xad／（xσ十xad）
式中，xσ——定子繞組漏電抗；
xeσ——轉(zhuǎn)子繞組漏電抗；
xad——縱軸電樞反應(yīng)電抗
根據(jù)發(fā)電機(jī)理論，發(fā)電機(jī)的縱軸同步電抗為xd＝xσ十xad，而發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗為x'd＝xσ十xeσ•xad／（xeσ十xad），于是可得到
xek=xe0（x'd / xd）
由此可得
t'k= t'0（x'd/ xd）....................................（公式4）
從式（16—34）得到，定子繞組開路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)比定子繞組短路時(shí)的滅磁時(shí)間常數(shù)要長(zhǎng)。
在滅磁后，定子電壓和定子電流也將按轉(zhuǎn)子電流一樣的規(guī)律衰減。
在定子繞組開路的滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)．時(shí)
..................................... （公式5)
式中 u0——滅磁試驗(yàn)開始時(shí)的定子電壓，v；
ur——滅磁試驗(yàn)結(jié)束后的定子殘壓，v。
當(dāng) t＝t'0 時(shí)
u（t-t’0）=（u0-ur）e1+ur
由于定子殘壓ur一般很小，可以忽略不計(jì)，所以
u（t-t'0）＝u0e-1＝0.368u
因此，定子繞組開路滅磁時(shí)間常數(shù)t'0就等于發(fā)電機(jī)開路滅磁時(shí)，其定子電壓從其起始值u0降到0.368u0時(shí)所需的時(shí)間。
定子繞組短路滅磁時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)時(shí)
..................................... （公式5)
式中 i0——滅磁試驗(yàn)開始時(shí)的定子電流，a；
ir——滅磁試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的定子電流，a。
當(dāng)t＝t'k時(shí)
ⅰ（t=t'k）＝（ⅰ0—ⅰr）e-1+ⅰr
忽略定子繞組殘流時(shí)可得
ⅰ（t-t'k）＝ⅰ0?-1＝0.368ⅰ0
因此，定子繞組短路滅磁時(shí)間常數(shù)t'k就等于發(fā)電機(jī)短路滅磁時(shí)，其定子電流從起始值衰減到0.368倍所需的時(shí)間。
如果發(fā)電機(jī)有阻尼繞組，將使磁場(chǎng)的衰減變慢，滅磁時(shí)間常數(shù)相應(yīng)變大，具體的理論和數(shù)學(xué)分析比較復(fù)雜，這里不再贅述。但從試驗(yàn)來求取滅磁時(shí)間常數(shù)的方法是一樣的。
轉(zhuǎn)子繞組上電壓的衰減也具有同樣的規(guī)律，即
....................................（公式6）
由此可見，轉(zhuǎn)子繞子上電壓的最大值出現(xiàn)在滅磁開始瞬間，即為
uem = ⅰe0× re= ue0（rm/ re）
ue0= ⅰe0× re
式中,re——轉(zhuǎn)子繞組直流電阻。
此電壓與滅磁電阻成正比，并等于滅磁前轉(zhuǎn)子電壓的rm／re倍。滅磁電阻越大，轉(zhuǎn)子繞組上的過電壓越高，但過電壓的衰減也越快。實(shí)際上的過電壓比理論計(jì)算值小，因?yàn)樽詣?dòng)滅磁開關(guān)觸頭之間產(chǎn)生的電弧限制了過電壓的升高。經(jīng)驗(yàn)證明，滅磁電阻的大小應(yīng)為熱狀態(tài)轉(zhuǎn)子繞組電阻的4～5倍。在現(xiàn)場(chǎng)可采用雙臂電橋來測(cè)量其直流電阻。
二、滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量
測(cè)量滅磁時(shí)間常數(shù)一般與發(fā)電機(jī)空載、短路特性試驗(yàn)一起進(jìn)行，可采用光線示波器或其他數(shù)字式錄波裝置進(jìn)行測(cè)量。
1、定子繞組開路滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量
（1）在發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)時(shí)，將定子電壓、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓等信號(hào)接入光線示波器。
（2）發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)結(jié)束，將定子電壓保持在額定值，并記錄定子電壓，勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)值作為基準(zhǔn)。
（3）先磨動(dòng)光線示波器，隨后跳開滅磁開關(guān)，錄取發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流的衰減波形。
（4）測(cè)量結(jié)束，可從示波圖上量得定子繞組滅磁時(shí)間常數(shù)。具體就是確定定子電壓從un衰減到0.368un所需的時(shí)間。
2、定子繞組短路滅磁常數(shù)測(cè)量
（1）在發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)時(shí)，將定子電流、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓等信號(hào)接人光線示波器。
（2）發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)結(jié)束后，將定子電流保持在額定值，并記錄定子電流、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓穩(wěn)態(tài)值作為基準(zhǔn)。
（3）先啟動(dòng)光線示波器，隨后跳開滅磁開關(guān)，錄取發(fā)電機(jī)定子電流、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓的衰減波形。
（4）測(cè)量結(jié)束可從示波圖上量得定子繞組短路滅磁時(shí)間常數(shù)。具體就是確定定子電流從ⅰn衰減到0.368ⅰn所需的時(shí)間。
3、機(jī)端三相金屬性短路
負(fù)載額定下三相機(jī)端短路。當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載工況時(shí)，機(jī)端突然三相短路，由于為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，故陽(yáng)極電壓也突然為0，然后延時(shí)0.1秒跳負(fù)荷開關(guān)（短路點(diǎn)在負(fù)荷開關(guān)內(nèi)側(cè)），同時(shí)聯(lián)跳滅磁開關(guān)進(jìn)行滅磁。
圖3 三相交流發(fā)電機(jī)機(jī)端短路滅磁曲線圖
4、試驗(yàn)記錄的整理
在錄取電壓（電流）衰減波形后，可以用作圖法來求取時(shí)間常數(shù)。按定子電壓（或電流）的額定值作為基準(zhǔn)，量取各時(shí)間間隔的定子電壓（電流）值，將這些點(diǎn)畫在坐標(biāo)紙上，可得到一衰減曲線，如圖4。
圖4 發(fā)電機(jī)定子繞組開路滅磁電壓衰減曲線圖
在縱坐標(biāo)上取0.368un（或0.368in）得到c點(diǎn)，過c點(diǎn)作平行于橫坐標(biāo)的直線，與所畫曲線相交于a點(diǎn)，再經(jīng)a點(diǎn)作垂線，與橫坐標(biāo)相交于b點(diǎn)，則ob所代表的時(shí)間就是所求的滅磁時(shí)間常數(shù)t0（或tk0）。
三、發(fā)電機(jī)定子滅磁時(shí)間常數(shù)測(cè)量試驗(yàn)記錄表
設(shè)備名稱
1．發(fā)電機(jī)參數(shù)
型號(hào)
額定容量（kva）
額定電壓（kv）
額定電流（a）
額定轉(zhuǎn)速
額定頻率（hz）
絕緣等級(jí)
冷卻方式
空載勵(lì)磁電壓
空載勵(lì)磁電流
額定勵(lì)磁電壓
額定勵(lì)磁電流
接法
產(chǎn)品編號(hào)
出廠日期
制造廠
2．試驗(yàn)依據(jù)
3．試驗(yàn)數(shù)據(jù) 環(huán)境溫度： ℃，濕度： %
勵(lì)磁方式
滅磁方式
滅磁前轉(zhuǎn)子電壓
滅磁前轉(zhuǎn)子電流
滅磁前發(fā)電機(jī)電壓
滅磁時(shí)間常數(shù)
轉(zhuǎn)子過電壓倍數(shù)
滅磁時(shí)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子電壓波形（圖）
4．試驗(yàn)儀器及儀表名稱、規(guī)格、編號(hào)
5．試驗(yàn)結(jié)
柴油機(jī)主軸承蓋漏油和座孔磨損的故障分析
柴油發(fā)電機(jī)組使用預(yù)熱器進(jìn)行冷啟動(dòng)有哪些步驟？
柴油發(fā)電機(jī)組油耗跟負(fù)載的關(guān)系
驚蟄以致 陰雨連綿|柴油發(fā)電機(jī)該如何防潮及保養(yǎng)？
渦輪增壓在柴油發(fā)電機(jī)組中起什么作用？
柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)要求及特點(diǎn)
如何調(diào)整道依茨單體泵柴油機(jī)的供油正時(shí)？
冬季上柴發(fā)電機(jī)組被“冷藏”,這些保養(yǎng)技巧你知多少？