同步发电机的运行特性

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑同步发电机的运行特性 1空载特性 同步发电机的空载、短路及零功率因数特性都是同步发电机的基本特性，通过它们可以求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定同步发电机的其他特性。 当同步发电机运行于n=n1，Ia=0时，即称为空载运行。 （1）同步发电机空载特性曲线的测定 同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，转变励磁电流，空载电势也随之转变。 励磁电流由零升至最大值 励磁电流由最大值降为零 由于铁磁材料磁滞的缘由， 空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线 图1 同步发电机空载特性曲线 明显，此时我们通过转变励磁电流，则气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应电动势

2、都会随之发生变化。 （2）空载特性：空载时不同励磁电流和产生空载电势之间的关系， 图2 同步发电机空载特性 因E0正比于0，而励磁电流又正比于励磁磁势，所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在外形上完全相同。空载特性主要有两个用处： 空载特性可以反映出电机设计是否合理。犹如前面所分析的状况一样，额定电压应位于空载特性开头弯曲的部分，这样才比较经济合理。 同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，同步电机的很多性能由它所打算。空载特性协作短路特性可以求出同步电抗。 2短路特性 当同步发电机运行于n=n1，电枢三相绕组持续稳态短路（即U=0）时，称为短路运行。如转变它的励磁电流，三相短路电流也随之而转变。

3、短路特性就是讨论这两个量之间的变化关系，IK =f（If）曲线。 假如略去电枢电阻: 得到： 由于忽视了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度，所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。 图3 同步发电机短路特性 同步发电机定子绕组的出线端短路后，电枢电流I随励磁电流if变化，两者为什么成正比关系？ 若忽视Ra， 则 三相短路时，由于滞后于90电角度，即=90°，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴重量，而交轴重量为零。所以 由于电枢磁势的直轴去磁作用，使电机中磁通小，磁路也不饱和，所以式上式中的Xd也是一个常数。

4、 同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生的电枢磁势对主磁极去磁，削减了电机中的磁通及感应电势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危急的。 3同步发电机的零功率因数负载特性 同步发电机的负载特性是在 n=nN、I=常数、cos=常数的条件下，端电压与励磁电流之间的关系曲线 U=f（If），如图所示。其中以零功率负载特性最有有用价值。 零功率因数负载特性由可变纯电感负载条件确保cos 0 ，通过试验测得最右侧的一条曲线），测试中通常保持电枢电流 I=IN。 图4 同步发电机零功率因数负载特性 当电机容量较大时，由曲线逐点测取所要求的负载条件的作法代价很高。有用的作法是将电机并入电

5、网作空载运行，调整励磁电流使电枢输出无功电流为IN，则得曲线上的额定点Q。再做电机的短路试验，测得 Ik=IN时的励磁电流为 Ifk，又得曲线上另一点，即短路点，工程中有这两点就够用了。 （1）零功率因数负载下的电磁关系 由于同步电机是在电感负载下运行，而电机本身的阻抗也是电感性的，因此，电势和电流之间夹角=90°，所以电枢反应是纯粹的直轴去磁效应。 同步发电机在电感负载下运行，磁极磁势补偿了电枢反应去磁磁势后，剩余部分在电机气隙内产生磁通。所以励磁电流增加时，磁路能渐渐饱和，电压上升渐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上，零功率因数特性曲线的外形与空载特性曲线颇为类似。 纯感性负载，纯去磁作

6、用的电枢反应 Faq=0， Fad=Faa 端电压 在上图中我们可以看出，当U=0时的状况。在空载特性上， U=0 时，if=0；而在零功率因数曲线上，U=0 时，if = OC。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢？ （1）零功率因数特性是在 U=0定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降IX，所以需要肯定励磁电流，以产生电势来平衡此漏电抗压降。 （2）零功率因数曲线是在纯电感负载下得到的，从图右以看出，此时的电枢反应是一个纯粹的去磁作用，所以再需要肯定的励磁电流来抵消此电枢反应去磁作用的影响。 图5 同步发电机零功率因数负载特性的特性三角形 ABC称为特性三角形

7、，它的垂直边是定子漏抗压降，水平边是电枢反应去磁磁势，这两边都正比于电枢电流，因此在电枢电流肯定时，此特性三角形的大小不变。所以当特性三角形的A点在空载特性上移动时，C点的轨迹就是零功率因数特性。当然也可以用作图的方法求特性。 4外特性： （1）定义：在 n=n1，If=常数，cos常数 的条件下，同步发电机作单机运行，端电压U随负载电流而变化的关系特性曲线U=f（I）。 （2）感性负载，阻性负载电枢反应有去磁的作用，曲线下降 容性负载，助磁电枢反应，曲线为上升。 图6 同步发电机外特性 （3）电压变化率的概念 发电机在额定负载下I=IN，U=UN运行时的励磁电流称为额定励磁电流。保持此励磁和转速不变，卸去负载，读取空载电动势的电压变化率 U是发电机性能的重要数据，以前人口调整励磁时对U要求较严，而现代有快速的自动 调压装置，U放宽一些，但 汽轮机U（30485） 凸极机U（1830） 5调整特性： 调整特性：n=n1， U=const，cos=const，作单机运行，负载电流I与励磁电流If的关系 物理意义