同步发电机的运行特性

同步发电机的运行特性第1页，共24页，2023年，2月20日，星期五目录第一节12第二节3第三节第2页，共24页，2023年，2月20日，星期五第9章同步发电机的运行特性运行特性：在转速为n1恒定、负载功率因数cos不变时，定子端电压U、负载电流I和励磁电流If

三者之一保持为常数，其他两个量之间的函数关系。空载特性：I＝0时，E0＝f(If)。短路特性：U＝0时，I＝f(If)。负载特性：I＝const时，U＝f(If)。电压调整特性（外特性）：If＝const时，U＝f(I)。调整特性：U

＝const时，If

＝f(I)。第3页，共24页，2023年，2月20日，星期五9.1同步发电机空载特性、短路特性和同步电抗的测定空载特性E0＝f(If)由于铁磁材料的磁滞效应，励磁电流If由零增至最大值和If由最大值减到零时，将测得2条特性：上升分支下降分支第4页，共24页，2023年，2月20日，星期五空载特性一般取下降分支作为空载特性。电压最大值一般测到额定电压的1.2～1.3倍。上升分支与下降分支差别不大线性段斜率差不多饱和段很接近第5页，共24页，2023年，2月20日，星期五空载特性电机的基本试验之一。能够检验：励磁系统的工作情况电枢绕组联结的正确性（三相对称、相序）电机磁路饱和程度磁路过于饱和，励磁绕组用铜量增加，电压调节困难。磁路不饱和，铁磁材料用量增加，负载运行时电压变化较大。第6页，共24页，2023年，2月20日，星期五短路特性发电机以同步转速旋转，定子绕组短接；改变励磁电流If

，测量电枢绕组的短路电流Ik

与If

的关系曲线，就是短路特性Ik＝f(If)。短路特性是一条直线。测量短路特性的试验称为短路试验，是电机的基本试验之一。第7页，共24页，2023年，2月20日，星期五短路特性利用同步电机（隐极）的电磁关系来分析短路特性。气隙电动势E与电枢电流I成正比；故气隙合成磁动势F与电枢电流I成正比。由于R和X都较小，所以

E较小，气隙合成磁动势F也较小，因此磁路不饱和。U＝0第8页，共24页，2023年，2月20日，星期五短路特性时空相矢量图忽略R电枢反应性质为直轴去磁。忽略R，则Ik∝If

F∝Ik

，Fa

∝Ik

F＝Ff1

＋FaFf1

∝Ik

Ff1

∝If

第9页，共24页，2023年，2月20日，星期五短路特性短路试验时，电机磁路不饱和，可以采用电动势相量图和等效电路进行分析。（忽略R）第10页，共24页，2023年，2月20日，星期五短路特性用线性化后的气隙线来得到空载电动势。通过空载试验和短路试验，可以求出同步电抗Xs。第11页，共24页，2023年，2月20日，星期五短路特性对于凸极同步发电机，测量得到的是直轴同步电抗Xd

。忽略R，＝90。（E0从气隙线上得到）第12页，共24页，2023年，2月20日，星期五9.2同步发电机零功率因数负载特性和保梯电抗的测定零功率因数负载特性U＝f(If)：发电机带纯电感负载，保持负载电流为固定值，发电机端电压U与励磁电流If

的关系曲线。零功率因数负载特性就是cos＝0时的负载特性。测量此特性的目的是求电枢绕组漏电抗。试验中，发电机带纯电感负载，可以用电抗器、空载的变压器或者将电机并入电网来实现。第13页，共24页，2023年，2月20日，星期五零功率因数负载特性电磁关系第14页，共24页，2023年，2月20日，星期五零功率因数负载特性Faq＝0，E＝hk，U＝hm，km

＝IX

，mn＝kadFad

因电流I为常数，故mn、km的长度为常数。第15页，共24页，2023年，2月20日，星期五零功率因数负载特性qm的长度为产生E

的磁动势(Ff

－kadFad

)。ql的长度为产生U的磁动势；因有IX

，磁动势需增加ml。第16页，共24页，2023年，2月20日，星期五零功率因数负载特性零功率因数负载特性与空载特性之间始终存在直角三角形kmn。I一定时，mn、km长度均为常数。l1m＞l2m＞l3m，因为磁路的饱和程度增加。kl3与气隙线重合。点n

也是短路特性上的一点。第17页，共24页，2023年，2月20日，星期五零功率因数负载特性利用空载特性和零功率因数负载特性，求定子漏电抗X利用三角形kl3n。kl3与气隙线平行。点n

选在比较饱和的地方（通常选在额定电压下）。点n

也是短路特性上的一点。第18页，共24页，2023年，2月20日，星期五保梯电抗试验测量的曲线比理论的零功率因数曲线在电压高的时候要低。实际测出的漏电抗要比理论计算值大一些。这样测出的稍大的漏电抗称为保梯电抗，用Xp

表示。第19页，共24页，2023年，2月20日，星期五保梯电抗Xp＞X的原因零功率因数负载试验时的励磁电流If

比正常负载运行时的大，转子漏磁通较大，使转子磁极的饱和程度较高。要得到同样的气隙磁通，在试验时必须加比点n处更大的励磁。第20页，共24页，2023年，2月20日，星期五9.3同步发电机的电压调整特性和调整特性电压调整特性在发电机转速保持为同步转速，励磁电流

If和负载功率因数cos

为常数时，改变负载电流

I

，端电压U的变化曲线。电压调整特性反映负载性质不同时，端电压随负载大小变化而变化的情况。第21页，共24页，2023年，2月20日，星期五电压调整特性同步发电机的额定功率因数一般为0.8～0.9，是电机设计的依据。由电压调整特性可求出电压调整率U

。发电机带负载后，端电压发生变化的原因电枢绕组电阻、漏电抗上的压降，影响较小；电枢反应磁动势的影响，影响较大。负载性质不同时，电枢反应的性质不同，有增磁的，有去磁的，对端电压的影响也不同。第22页，共24页，2023年，2月20日，星期五负载性质对端电压的影响纯电阻负载电枢反应性质是去磁的电压降低纯电感负载电枢反应性质是去磁的电压降低较大纯电容负载电枢反应性质是增磁的电压升高第23页，共24页，202