康明斯发电机的灭磁时间常数测定

康明斯发电机的灭磁时间常数测定

一、概述

康明斯发电机在运行中，如发生突然短路或断路器跳闸甩负荷后，即进人暂态过程。此时定子电压、电流都按一定的规律变化。反应定子电压和电流的转子回路磁链也将按同一规律变化。通过康明斯发电机灭磁时间常数试验可以来研究和分析这种暂态变化规律，可以求取励磁绕组的时间常数和阻尼绕组的时间常数，试验方法比较简单易行。

由于康明斯发电机各绕组都不是孤立存在的，相互间有互感，在确定时间常数时应采用考虑了互感影响后的有效电感。

二、一般概念

在转子绕组切换至灭磁电阻的瞬间，根据磁链守恒原理，转子绕组中流过的电流等于原始状态(即灭磁前瞬间)时绕组中的电流IE0。如果忽略康明斯发电机磁路饱和的影响，并在无阻尼绕组的条件下，此电流将按指数函数规律衰减至零，即

IE(t)=IE0 (16—31)

式中 T——灭磁时间常数；

IE0——在原始状态时转子绕组中的电流，A。

转子绕组的灭磁过程对应于定子绕组是开路还是短路可分为两种情况，定子绕组开路时的灭磁时间常数T’0为

T’0==TE0 (16—32)

式中 TE0——转子绕组本身的时间常数；

RE——转子绕组的直流电阻，Ω；

RM——灭磁电阻，Ω；

LE——转子绕组本身的自电感，H。

而TE0=

定子绕组短路时的灭磁时间常数T’k为

T’k= (16—33)

式中的工LEK可根据图16—19中XEX的等值电路图求得。

图16—19为定子绕组开路和短路条件下灭磁时间常数试验时从转子绕组看进去的电抗等值回路。

根据图16—19可得以下关系式

XE0＝Xad十XEσ

XEK＝X2σ十Xσ·Xad／(Xσ十Xad)

根据康明斯发电机理论，康明斯发电机的纵轴同步电抗为Xd＝Xσ十Xad，而康明斯发电机的暂态电抗为X’d＝Xσ十XEσ·Xad／(XEσ十Xad)，于是可得到

XEK=XE0

由此可得

T’k=T’0 (16—34)

从式(16—34)得到，定子绕组开路时的灭磁时间常数比定子绕组短路时的灭磁时间常数要长。

在灭磁后，定子电压和定子电流也将按转子电流一样的规律衰减。

在定子绕组开路的灭磁时间常数试验．时

U(t)＝(U0—Ur)+Ur(16—35)

式中 U0——灭磁试验开始时的定子电压，V；

Ur——灭磁试验结束后的定子残压，V。

当t＝T’0。时

U(t=T’0)＝(U0—Ur)e-1十Ur

由于定子残压Ur一般很小，可以忽略不计，所以

U(t＝T’0)＝U0e-1＝0.368U

因此，定子绕组开路灭磁时间常数T’0就等于康明斯发电机开路灭磁时，其定子电压从其起始值U0降到0.368U0时所需的时间。

定子绕组短路灭磁时间常数试验时

I(t)=(I0-Ir)+Ir

式中 I0——灭磁试验开始时的定子电流，A；

Ir——灭磁试验结束时的定子电流，A。

当t＝T’k时

I(t=T’k)＝(I0—Ir)e-1十Ir

忽略定子绕组残流时可得

I(t＝T’K)＝I0e-1＝0.368I0

因此，定子绕组短路灭磁时间常数T’k就等于康明斯发电机短路灭磁时，其定子电流从起始值衰减到0.368倍所需的时间。

如果康明斯发电机有阻尼绕组，将使磁场的衰减变慢，灭磁时间常数相应变大，具体的理论和数学分析比较复杂，这里不再赘述。但从试验来求取灭磁时间常数的方法是一样的。

转子绕组上电压的衰减也具有同样的规律，即

UE(t)=IE0×RM(16—37)

由此可见，转子绕子上电压的最大值出现在灭磁开始瞬间，即为

UEM＝IE0×RE=UE0

UE0=IE0×RE

式中 RE——转子绕组直流电阻。

此电压与灭磁电阻成正比，并等于灭磁前转子电压的只RM／RE倍。灭磁电阻越大，转子绕组上的过电压越高，但过电压的衰减也越快。实际上的过电压比理论计算值小，因为自动灭磁开关触头之间产生的电弧限制了过电压的升高。经验证明，灭磁电阻的大小应为热状态转子绕组电阻的4～5倍。在现场可采用双臂电桥来测量其直流电阻。

三、灭磁时间常数测量

测量灭磁时间常数一般与康明斯发电机空载、短路特性试验一起进行，可采用光线示波器或其他数字式录波装置进行测量。

1.定子绕组开路灭磁时间常数测量

(1)在康明斯发电机空载特性试验时，如图16—1所示，将定子电压、励磁电流和励磁电压等信号接入光线示波器。

(2)康明斯发电机空载试验结束，将定子电压保持在额定值，并记录定子电压，励磁电流和励磁电流稳态值作为基准。

(3)先磨动光线示波器，随后跳开灭磁开关，录取康明斯发电机定子电压、励磁电压和励磁电流的衰减波形。

(4)测量结束，可从示波图上量得定子绕组灭磁时间常数。具体就是确定定子电压从UN衰减到0.368UN所需的时间。

2.定子绕组短路灭磁常数测量

(1)在康明斯发电机短路试验时，如图16—2所示，将定子电流、励磁电流和励磁电压等信号接人光线示波器。

(2)康明斯发电机短路试验结束后，将定子电流保持在额定值，并记录定子电流、励磁电流和励磁电压稳态值作为基准。

(3)先启动光线示波器，随后跳开灭磁开关，录取康明斯发电机定子电流、励磁电流和励磁电压的衰减波形。

(4)测量结束可从示波图上量得定子绕组短路灭磁时间常数。具体就是确定定子电流从IN衰减到0.368IN所需的时间。

3.试验记录的整理

在录取电压(电流)衰减波形后，可以用作图法来求取时间常数。按定子电压(或电流)的额定值作为基准，量取各时间间隔的定子电压(电流)值，将这些点画在坐标纸上，可得到一衰减曲线，如图16—20。在纵坐标上取0.368UN(或0.368IN)得到C点，过C点作平行于横坐标的直线，与所画曲线相交于A点，再经A点作垂线，与横坐标相交于B点，则OB所代表的时间就是所求的灭磁时间常数T0(或TK0)。

康明斯发电机设备的安装程序