第14章 同步发电机的运行特性

1、第十四章 同步发电机的运行特性14-1 同步发电机的空载特性、短路特性和同步同步发电机的空载特性、短路特性和同步电抗的测定电抗的测定14-2 同步发电机零功率因数负载特性及普梯尔同步发电机零功率因数负载特性及普梯尔电抗的测定电抗的测定14-3 同步发电机的外特性和调整特性同步发电机的外特性和调整特性14-4 转差法和取出转子法求参数转差法和取出转子法求参数第十四章 同步发电机的运行特性 基本要求：基本要求：1.了解了解同步发电机的空载特性、短路特性、零功率因数负载同步发电机的空载特性、短路特性、零功率因数负载特性特性的定义及各特性曲线的特点的定义及各特性曲线的特点2.掌握利用掌握利用空载特性、

2、短路特性空载特性、短路特性测量同步电抗的方法测量同步电抗的方法3.掌握利用掌握利用空载特性、零功率因数负载特性空载特性、零功率因数负载特性测量定子漏电抗测量定子漏电抗的方法的方法4.了解了解同步发电机的外特性和调整特性同步发电机的外特性和调整特性5.了解低转差法测量同步电抗的原理和方法了解低转差法测量同步电抗的原理和方法0Eofi1.同步发电机空载特性曲线的测定14-1 同步发电机的空载特性、短路特性和同步电抗的测定 空载特性：空载特性：在同步转速下，空在同步转速下，空载电动势载电动势E0与励磁电流与励磁电流if之间的之间的关系，即关系，即E0=f(if)。 空载特性的测定：空载特性的测定：定

3、子绕组开定子绕组开路，用原动机把同步发电机拖动路，用原动机把同步发电机拖动到同步转速，改变励磁电流到同步转速，改变励磁电流if ，并记取相应的电枢端电压并记取相应的电枢端电压U0，可，可得空载特性曲线。得空载特性曲线。b校正曲线校正曲线空载特性空载特性0Eofi 磁路的饱和因数：磁路的饱和因数：当当E0=UN时，时，磁路饱和时的励磁电流磁路饱和时的励磁电流if0和磁路和磁路不饱和时的励磁电流不饱和时的励磁电流ifs之比，用之比，用k 表示，即表示，即0ffsiki气隙线气隙线一般，一般， k =1.11.25。同步发电机的标准空载特性同步发电机的标准空载特性0.51.01.52.02.53.0

4、3.50.581.01.211.331.401.461.51fi00UEfsi0fiNU 短路特性：短路特性：n=n1，U=0（定子绕组三相短路）时，定子短（定子绕组三相短路）时，定子短路电流路电流Ik 与励磁电流与励磁电流 if 的关系的关系Ik=f(if)。2.同步发电机的短路特性 短路特性分析短路特性分析kIofi短路短路特性特性0sinarctancosqUUIXUIRarctan90qqRXXR短路特性的测定短路特性的测定电枢电枢励磁励磁AAAA即即短路特性曲线是一条过原点的直线短路特性曲线是一条过原点的直线。()sEUI RjXksEjI XkIakFI1ffFikfIi短路运行时

5、，电枢反应为直轴去磁电枢反应。短路运行时，电枢反应为直轴去磁电枢反应。 0E1fFkIFaFEksjI XsRX0U 1faFFF1faFFFE 很小很小 很小很小磁路不饱和磁路不饱和FE1fakFFFI气隙线气隙线0Eofi空载空载特性特性短路短路特性特性1）隐极同步发电机隐极同步发电机三相短路时，有三相短路时，有3.同步发电机的同步电抗和短路比0()kcEIRjXkcjI X同步电抗同步电抗fi0EkI00NkNkEE UIII()NccNIXXU不饱和值0NkNEIIU0()ckEXI不饱和值adF2）凸极同步发电机凸极同步发电机三相短路时，如果忽略电枢电阻三相短路时，如果忽略电枢电阻R

6、，则，则 =90 ，即即0ddqqEjI XjI XkdjI X0()dkEXI不饱和值0qI 0(dkEXI不饱和值）,dkII0E1fFkIFkdjI X直轴同步电抗直轴同步电抗3）短路比短路比 短路比：短路比：同步发电机在空载额定电压所对应的励磁电流同步发电机在空载额定电压所对应的励磁电流if0励磁下，三相稳态短路时的短路电流励磁下，三相稳态短路时的短路电流IkN与额定电流与额定电流IN之比，之比，用用Kc表示，表示，kNcNIKIkNcNIKI0ffkii气隙线气隙线fsi0Eofi空载空载特性特性0fiNU短路短路特性特性NIkNIkEfki0ffsfsfkiiiiNkUkENNdU

7、kI X1dkX产生额定短路产生额定短路电流的励磁电流电流的励磁电流 短路比短路比Kc对同步电机性能和成本的影响：对同步电机性能和成本的影响：当当Kc大时，大时，Xd小小U小，并联运行时稳定性好；小，并联运行时稳定性好；气隙大，造价高，经济性差。气隙大，造价高，经济性差。当当Kc小时，小时，Xd大大U大，并联运行时稳定性差；大，并联运行时稳定性差；气隙小，造价低，经济性好。气隙小，造价低，经济性好。1cdKkX 负载特性：负载特性：当当n=n1，cos =常数常数且且I=常数常数时，时，U=f(if)。1.零功率因数负载特性 零功率因数负载特性：零功率因数负载特性：当当n=n1，cos =0且

8、且I=常数常数时，时，U=f(if)。14-2 同步发电机零功率因数负载特性及普梯尔电抗的测定零功率因数负载特性的测定零功率因数负载特性的测定纯感性负载纯感性负载电枢电枢励磁励磁AAVAA纯去磁作用纯去磁作用0E1fFIFUsjIXEadFsEUIRjIX1fadFFFaadFF0Eo,ffF i空载特性空载特性U零功率零功率因数特性因数特性Ulqnmadadk FF ：补偿漏电抗压降作用所需补偿漏电抗压降作用所需增加的磁动势。增加的磁动势。lm ：补偿电枢反应去磁磁动势补偿电枢反应去磁磁动势所需增加的励磁磁动势；所需增加的励磁磁动势；mnsIXk1fadFFFsEUIXfFcos0sinar

9、ctan90cosqUIXUIRE结论：结论：在在零功率因数负载特性与空载特性之间相差一个特性零功率因数负载特性与空载特性之间相差一个特性三角形三角形 kmn，其垂直边为定子漏电抗压降，其水平边为与，其垂直边为定子漏电抗压降，其水平边为与电枢反应等效的励磁磁动势。电枢反应等效的励磁磁动势。adadmnk FIskmIXII不变时，不变时， kmn 不变不变 特性特性三角形三角形 kmn0Eo,ffF i空载特性空载特性U零功率零功率因数特性因数特性Ulqnmadadk FFsIXkfFEmnmk2.由空载和零功率因数特性测定定子漏电抗作图法求定子漏电抗作图法求定子漏电抗Xs:在零功率因数负载特

10、性在零功率因数负载特性上任取一点上任取一点n （一般取额定（一般取额定电压点），作电压点），作 ； o non 过过o 作气隙线的平行线，作气隙线的平行线，交空载特性于交空载特性于k 点；点； 连接连接k n ，过，过 k 点点作作o n 的的垂线，交垂线，交o n 于于m 点，得特点，得特性三角形性三角形 k m n ； 。sk mI X 0Eo,ffF i空载特性空载特性U零功率零功率因数特性因数特性n气隙线气隙线kno m定子漏电抗定子漏电抗sk mXI 代表的相电势mk0Eo,ffF i空载特性空载特性U零功率零功率因数特性因数特性n气隙线气隙线kno m理论曲线理论曲线3.普梯尔电抗

11、由零功率因数负载试验测得由零功率因数负载试验测得的的电抗称为电抗称为普梯尔电抗普梯尔电抗Xp。psXXpk mXI 代表的相电势原因：原因：零功率因数负载时，主极漏磁通较大，磁极饱和程度零功率因数负载时，主极漏磁通较大，磁极饱和程度较空载时高，因此同样的气隙合成磁动势产生的气隙磁通和较空载时高，因此同样的气隙合成磁动势产生的气隙磁通和气隙电动势时较空载时略有减小。气隙电动势时较空载时略有减小。fFfFadadk F试验曲线试验曲线kmno14-3 同步发电机的外特性和调整特性1.同步发电机的外特性1）外）外特性：特性：n=n1，if =常数常数且且cos =常数常数时，时，U=f(I)。IUN

12、IONUcos =0.8cos =1cos( )=0.8 影响外特性曲线的因素：影响外特性曲线的因素：电枢反应；电枢反应；定子的定子的漏阻抗压降。漏阻抗压降。在感性负载或纯电阻性负载时，在感性负载或纯电阻性负载时，外特性是一条向下倾斜的曲线；外特性是一条向下倾斜的曲线；在容性负载时，外特性可能是一在容性负载时，外特性可能是一条上翘的曲线。条上翘的曲线。I if 不变不变IZs Ff1 不变不变Fa ，电枢反应电枢反应的去磁作用增强的去磁作用增强F E U sEUIRjIX1faFFFcos=0.8IUEsjIXajIXIR0E在感性负载或纯电阻性负载时，由于电枢反应的去磁作用，在感性负载或纯电

13、阻性负载时，由于电枢反应的去磁作用，及感性电流引起的漏阻抗压降，及感性电流引起的漏阻抗压降，随电枢电流随电枢电流I的增大，电枢端的增大，电枢端电压电压U是下降的。是下降的。当当n=n1，if =常数常数且且cos =常数常数时，时，容性负载且容性负载且0时时, 由于电枢反应的助磁作用，及容性电由于电枢反应的助磁作用，及容性电流引起的漏阻抗压降，随电枢电流流引起的漏阻抗压降，随电枢电流I的增大，电枢端电压的增大，电枢端电压U是上升的。是上升的。I if 不变不变IZsFf1 不变不变Fa，电枢反应电枢反应的助磁作用增强的助磁作用增强F E U当当n=n1，if =常数常数且且cos =常数常数时

14、，时，cos()=0.8IUsjIX0EajIXEIR2）电压调整率：）电压调整率：保持额定运行时保持额定运行时的励磁电流的励磁电流ifN和转速和转速nN不变，对应不变，对应的的发电机空载电动势发电机空载电动势E0和额定电压和额定电压UN之差与额定电压的比值，即之差与额定电压的比值，即0100%NNEUUUNIIfiocos =1cos( )=0.8cos =0.8 调整特性：调整特性：当当n=n1，U=常数且常数且cos =常数常数时，时，if =f(I)。2.同步发电机的调整特性IUONUif = ifN，cos = cos N0E14-4 转差法和取出转子法求参数1.用转差法试验测同步电

15、机的同步电抗1）方法：方法：由原动机将凸极同步电机拖动至接近同步转速由原动机将凸极同步电机拖动至接近同步转速（s1），转子励磁绕组开路，在定子端子上外施额定频），转子励磁绕组开路，在定子端子上外施额定频率的相序与转子转向一致的对称三相低电压，测量定子电率的相序与转子转向一致的对称三相低电压，测量定子电压压U、定子电流、定子电流I 。降降压压变变压压器器交流电源交流电源n1nAV电枢磁场轴线与转子直轴重合电枢磁场轴线与转子直轴重合ddqqUjI XjI X 0dqIII，此时同步电抗最大为此时同步电抗最大为Xd ，有，有mindIIImaxUU2）原理：）原理：R0000fiE，ddUjI X

16、maxmindUXI直轴同步电抗直轴同步电抗d 轴轴d 轴轴q 轴轴UImax2LUmin2LImin2LUmax2LI转差试验时的电枢端电压转差试验时的电枢端电压和电枢电流波形和电枢电流波形电枢磁场轴线与转子交轴重合电枢磁场轴线与转子交轴重合此时同步电抗最小为此时同步电抗最小为Xq，有，有maxqIIIminUUminmaxqUXI交轴同步电抗交轴同步电抗0qdIII，qqUjI X 注意：由于外加电压注意：由于外加电压U 很低，磁路不饱和，所以转差法测很低，磁路不饱和，所以转差法测得的得的Xd、Xq均为不饱和值。均为不饱和值。d 轴轴d 轴轴q 轴轴UImax2LUmin2LImin2LUmax2LI转差试验时的电枢端电压转差试验时的电枢端电压和电枢电流波形和电枢电流波形2.取出转子法1）方法：方法：试验接线同转差法，取出同步电机的转子，定试验接线同转差法，取出同步电机的转子，定子绕组外施三相对称低电压（子绕组外施三相对称低电压