第603_同步发电机的运行特性

1、3、 负载特性：当 =const,cos=const时, ( )fUf iI五种基本特性： 同步发电机在转速保持恒定、负载功率因数不变的条件下，有三个主要变量：定子端电压 、负载电流 、 励磁电流 。三个量之中保持一个量为常数，求其它两个量之间的函数关系就是同步发电机的运行特性。UIfi 1、 空载特性：当 =0时，00()( )fE Uf iI2、 短路特性：当 =0时，( )KfIf iU4、 外 特 性：当 = const,cos=const时，( )Uf Ifi5、 调整特性：当 = const,cos= const时,( )fif IU6.3 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性

2、可用实际值表示亦可用标么值表示标幺值计算时的基值标幺值计算时的基值定子侧:电压基值额定相电压电流基值额定相电流容量功率基值电压基值*电流基值阻抗基值额定阻抗电压基值/电流基值转子侧:转子电流基值空载电势为额定相电压时的激磁电流研究运行特性: 表达的物理意义 特性曲线的测取 反映电磁量间的关系 特性曲线的应用6.3.1 同步发电机空载特性空载特性当同步发电机运行于n=n1, If 0 Ia=0时，即称为空载运行。在空载运行状态下，表征E0 与if间的关系曲线，即 ,称之空载特性。)(0fifE 同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空

3、载电势也随之改变磁电流，空载电势也随之改变。不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，（1 1）励磁电流由零升至最大值）励磁电流由零升至最大值（2 2）励磁电流由最大值降为零）励磁电流由最大值降为零由于铁磁材料磁滞的原因由于铁磁材料磁滞的原因, ,空载电势略有不同，一般空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线取下降得空载特性曲线0E同步发电机空载特性曲线的测定同步发电机空载特性曲线的测定)(0fifE ifE0 因E0正比于f，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形状上完全相同。空载特性主要用处： （1）空载特性可以反映出电机设计是否合理。如同前面所分析的情况一样，额定

4、电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。即反映电机磁路的饱和状态。（2）反映电机磁与电联系（3）空载特性配合短路特性可以求出电机参数。6.3.2 6.3.2 短路特性短路特性dk.0.XIjE qqddXIjXIjUE.0.kaIIU.,0 如果略去电枢电阻，并将 代入得到：当同步发电机运行于n=n1， If0，电枢三相绕组稳态短路（即U=0）时，称为短路运行。如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。短路特性就是研究这两个量之间的变化关系，并用IK =f(If)曲线表示。因为忽略了电阻效应，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

5、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。短路特性是一条通过原点的直线。短路特性是一条通过原点的直线。kI短路特性fi()()aaEUI RjXI RjX E较小B较小磁路不饱和F较小。合成磁动势 若忽略Ra, 则 EjIX11affaFFFFFF而而1ffiFKaaaIEF KIEF 去磁磁势去磁磁势fKII短路特性为一直线短路特性为一直线同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生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，减少了电机中的磁通及感应电的电枢磁势对主磁极去磁，减少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

6、有危势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危险的。险的。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，所以上式中的Xd也是一个常数。 kI.0.EdkXIjE.0.三相短路时，由于 滞后于 90电角度，即=90，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。所以特性三角形:IINKFaE2 2短路特性短路特性fIUKI0E1空载特性空载特性KI3 3气隙线气隙线0E当 IK = IN时，Ifa、 为俩直角边构成的三角形，称之为特征三角形，其特点是俩直角边代表的物理意义。E6.3.3 6.3.3 零功率因数特性零功率因数特性所谓零功率因数特性指：在n=n1，I=恒

7、定值、cos=0的条件下，所得到的特性U=f(if )。在 I =定值条件下，把发电机端电压及励磁电流的变化关系描绘成曲线，便得到零功率因数特性。NU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU气隙线1空载特性空载特性1.零功率因数负载下的电磁关系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，主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，磁路能逐渐饱和，电压上升逐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上，零功率因数特性曲线的形状与空

8、载特性曲线颇为类似。气隙线NU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性.0()aaaEUIrjIXX励磁磁势If作三项工作：平衡Fa的去磁效应补充漏抗压降所需磁势建立端电压U所需磁势可见U=f(if) （cos=0）与 间相差一特性三角形，其形状一样。)(0fifE 在上图中我们可以看出，当U=0时的情况。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？气隙线fIUKINU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性0C（1）零功率因数特性是在 U=

9、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，所以需要一定励磁电流 ，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，所以再需要一定的励磁电流来抵消此电枢反应去磁作用的影响。纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应 Faq=0, Fad=FaadadfFkFFIXEIXEUs0合成磁势合成磁势端电压端电压0EUsXI jaFadIIfFABC称为特性三角形特性三角形，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，因此在电枢电流一定时，此特性三角形的气隙

10、线fIUKINU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性大小不变。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。反之也可以用作图的方法求取零功率因数特性。A AB BC C2.零功率因数曲线求取零功率因数曲线求取短路点短路点（I=IN,U=0）调节发电机励磁电流，调节发电机励磁电流，使三相稳定短路电流为使三相稳定短路电流为额定值额定值额定电压点额定电压点（ I=IN,U=UN ）调节发电机调节发电机处于过激，电枢电流为额定处于过激，电枢电流为额定值，输出有功功率为值，输出有功功率为0（零功（零功率因数），激磁电流和额定率因数），激磁电流和额定

11、电压决定该点电压决定该点气隙线fIUKINU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性一是实验法：由可变电感性负载，通过实验测得；若电机容量较大时，将电机并入电网有功调节为零有功调节为零，调节励磁电流使电机仅输出无功电流IN而测得。二是作图法：利用空载特性和特性三角形求取。6.3.4 同步发电机的外特性和电压调整率同步发电机的外特性和电压调整率1.外特性：外特性：影响因数：1. 电枢反应2. 漏抗压降显然，外特性曲线和负载的性质密切相关。XI jRIUEEEEIXI jXI jRIEUaafqqdda000一定一定，则在 n=n1,If=常数，cos常数 的条件下，同步

12、发电机作单机运行，端电压U U随负载电流而变化的关系特性曲线U=f(I)。纯电阻负载:随着电枢电流增加，漏阻抗压降增加，加上电枢反应的去磁作用，端电压略有下降。cos0.8()超前IUNUNIcos0.8()滞后cos1.0外特性外特性当是感性负载时：曲线（2），此时随着负载电流的增加，端电压逐步下降。这是因为考虑了电枢反应的去磁作用的影响，随着电枢电流增加，电枢反应的去磁作用加强，电机中的合成磁通减弱，所以端电压逐步下降。当是容性负载时：曲线当是容性负载时：曲线（3），此时电流超前电压，），此时电流超前电压，此时的电枢反应是增磁作用，此时的电枢反应是增磁作用，随着电枢电流的增加，合成随着电枢

13、电流的增加，合成的磁通在减小，所以端电压的磁通在减小，所以端电压下降。下降。0（1）（2）（3）2.同步发电机的励磁状态同步发电机的励磁状态在不同负载性质下电机工作于额定状态所需要提电流不同在不同负载性质下电机工作于额定状态所需要提电流不同：v纯电阻负载： 正常励磁状态 电机仅向负载输送有功功率。v电感性负载： 滞后 过励磁状态 电机向负载输送有功功率和无功功率。v电容性负载： 超前 欠励磁状态 电机向负载输送有功功率和，但吸收无功功率或输送容性无功功率。0 . 1coscoscos3.电压调整率电压调整率%1000NNUUEUU定义：发电机的端电压随负载的改变而变化，定义：发电机的端电压随负

14、载的改变而变化，变化的程度我们可以通过电压调整率变化的程度我们可以通过电压调整率 来衡量。来衡量。即：即：影响电压调整率的因素有：功率因数和同步电抗。影响电压调整率的因素有：功率因数和同步电抗。一般发电机的电压调整率较大，常在一般发电机的电压调整率较大，常在20%-40%20%-40%之之间。间。6.3.5发电机的调整特性发电机的调整特性在在感性负载时，随负载增大，感性负载时，随负载增大，需增加励磁以抵消电枢反应的需增加励磁以抵消电枢反应的去磁作用去磁作用在容性负载时，随负载增大，需在容性负载时，随负载增大，需减小励磁以平衡电枢反应的助磁减小励磁以平衡电枢反应的助磁影响影响调整特性调整特性：n

15、=n1, U =const，cos =const，作，作单机运行，单机运行，负载电流负载电流 I与励磁电流与励磁电流If的关系的关系物理意义：物理意义：维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大小变化进行调节小变化进行调节。cos0.8()超前IfI0fINIcos1.0cos0.8()滞后6.3.6同步发电机特性曲线的应用同步发电机特性曲线的应用)(0fifE 1.1.利用利用 和和 U=f(if ) （cos=0） 求求取取x x 和和F Fa a实质是找出特征三角形实质是找出特征三角形 bc为等效于电枢磁势的等效于电枢磁势的励磁电流励磁电流NIbaX

16、2.2.保梯电抗保梯电抗x xp p随着电压增加，三随着电压增加，三角形纵变将增大，角形纵变将增大，对应于对应于U=UN，边长，边长为为INP保梯保梯(potier)三角形三角形气隙线fIUKINU实际测得的U=f(if ) （cos=0）3. 3. 求取求取XdXd的不饱和值的不饱和值dkskXI jXI jE0ksdIEXX0短路时不计饱和短路时不计饱和2 2短路特性短路特性fIUKI0E1空载特性空载特性KI3 3气隙线气隙线0E*000*kNkNNkNNdNdIEIIUEUIEIUXIX000000*()() 1fNKNCNfkKNffNuffkdiUUIkIiIIiiUkiiEkX当

17、发电机空载运行时，空载电动势等于额定电压时，所加的励磁电流 if 0 ，保持此励磁电流不变，在稳态短路时所对应电流为IK ，IK 与发电机额定电流IN之比，称为短路比Kc 。 2 2短路特性短路特性fIUKI0E1空载特性空载特性KINUfIfkI0fINI. .短路比短路比 分析：短路比略大于不饱和同步电抗的倒数 短路比大，则同步电抗小，负载变化时发电机的电压变化就小，并联运行时发电机的稳定度较高；设计上，电机气隙较大，转子的额定激磁磁势和用铜量增大，成本增加。 短路比小，同步电抗大，负载变化时发电机的电压变化就大电压调整率大，发电机的稳定度较差。但电机几何尺寸减小，转子的额定激磁磁势和用铜

18、量减小，成本降低。工程上工程上： 随着单机容量的增大，为了提高材料利用率，随机组容量增大短路比降低。 由于采用自动励磁调节装置，大大提高了运行稳定性，降低短路比可以提高电机经济指标短路比和发电机的性能短路比和发电机的性能*1CdkkX5. 求取饱和同步电抗求取饱和同步电抗EFDEIUEUIIUXXNNNNNNdd 0*磁路饱和决定于空气磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场隙中的合成磁场，不同的端电压时，不同的端电压时，Xd不同不同0E气隙线fIUNU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性DEFUIjxE特点：考虑磁路的饱和考虑磁路的饱和情况，直接反应电枢磁势情况，直接反

19、应电枢磁势Fa的的作用作用用保梯电抗用保梯电抗xp代替漏抗，代替漏抗，反映负载时转子漏磁反映负载时转子漏磁 的变化的变化关键求取关键求取E06. 隐极发电机求隐极发电机求U%UUENNU0pNNXI jUE气隙磁势的大小气隙磁势的位置电枢电流电枢磁势换算到转子侧的磁势确定额定运行状态的气隙电势E励磁磁势励磁磁势afFFF确定额定励磁确定额定励磁下的空载电压下的空载电压查找空载特性曲线磁动势超前电磁动势超前电势势9090度度计算或从计算或从试验得到试验得到faaaakFFkF/ 基本思路：U、IIf2 短路特性1 空载特性UNINN If aIf -IfaIfNIfNE0UE 额定激磁电流额定激

20、磁电流有效激磁电流ffafNIII已知额定负载时已知额定负载时U=UN，I=IN，conN 已知电机参数已知电机参数Xp，Ka+fIfFdFIqIdIadFaqFdaqdEaqEEEarI磁路饱和时的电磁过程磁路饱和时的电磁过程D轴饱和轴饱和7.凸极发电机求凸极发电机求U%7.7.凸凸极发电机极发电机求求U%U%pNNXI jUE基本思路：D轴合成磁动势的大小 Fd电枢电流电枢磁动势换算到转子侧的磁动势确定额定运行状态的气隙电动势E励磁磁动势励磁磁动势addfFFF确定额定励磁确定额定励磁下的空载电压下的空载电压查找空载特性曲线计算或从计算或从试验得到试验得到aqaqaqadadadFkFFkF发电机的空载特性发电机的空载特性FfEYE0EdXZ IqXaq cosFfTFadFdkaqFa3. 6. 7 转差法测定转差法测定xd、xqa)a) 同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，转子激磁绕组开路（转子激磁绕组开路（不加激磁不加激磁）