同步发电机的参数测定和运行特性

电机学

ElectricalMachinery自动化系温志明20121空载、短路特性转差法求Xd和Xq；短路比的概念（补充）外特性、调整特性、效率特性本节内容2电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步电机的特性分析基础对称运行：指电机转速为额定值且保持恒定，并供给三相对称负载时的一种稳态运行方式主要变量：电压U、电枢电流I、激磁电流If和功率因数cosθ

3电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步电机的特性分析基础特性：(1)空载特性：I=0(2)短路特性：U=0(3)负载特性：I=const、cosθ=const(4)外特性：If=const、cosθ=const(5)调整特性：U=const、cosθ=const主要参数：同步电抗xs、xd、xq及漏抗xσ

区别不同的条件、参数间关系4电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com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——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励磁电流5电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的空载特性当空载运行时（电枢绕组开路，I=0）,空载电动势E0随转子励磁电流If变化的关系。

空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律

E0Φ0If

Ff

6电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的空载特性当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载特性呈直线（将其延长后的射线称为（气隙线）磁势主要消耗在气隙上随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。（向下弯曲）铁磁饱和后，需磁势迅速增大，横向距离bc为铁磁部分的磁压为了合理地利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点ba7电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的空载特性饱和系数：E0*=1时的总磁势与气隙磁势之比，一般在1.1-1.25间

意义：空载磁路饱和后，由励磁磁势所建立的磁通和感应电势都降低到未饱和时的1/k。8电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载特性的实验测定调节可变电阻，使励磁电流逐步上升，每次记下If和E0的读数。作同步电机的空载特性由于存在剩磁，规定用下降曲线来表示空载特性。从1.3UN对应的励磁逐步减小9电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载特性的实验测定剩磁电动势10电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载特性的工程应用①

将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。 如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节困难 如饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且铁心利用率较低，铁心耗材较多。11电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载特性的工程应用

②结合短路特性可以求取同步电机的参数。③发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。必须掌握（*）12电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的短路特性发电机三相稳态短路试验时，电枢短路电流Ik与激磁电流If间的关系曲线。忽略绕组电阻ra13电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的短路特性(c)短路运行时，Ik

滞后于E090o电角度，

，交轴分量Ikq=0，电枢反应为纯去磁作用。

影响：电机磁路处于不饱和状态。14电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com短路特性曲线去磁作用减少了电机中的磁通，磁路处于不饱和状态电枢磁势Fa正比于电枢电流I=Ik短路特性是一直线15电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com短路特性曲线IkIf0U=0稳态短路时，电枢反应为纯去磁作用，电机的磁通和感应电势较小，短路电流不大，三相稳态短路运行没有危险16电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com隐极同步发电机

的短路特性分析IfIOOIfkIN短路特性纯去磁短路特性不饱和17电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com凸极同步发电机

的短路特性分析所以：结论：利用空载特性和短路特性，可以求出Xd。18电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com短路特性的测定——短路试验先将三相电枢绕组在出线端处短接，再起动原动机将发电机带到同步转速，通入不同数值的激磁电流If，读取每次相应的短路电流Ik，即得同步发电机的短路特性。19电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com负载特性曲线端电压与激磁电流间的曲线U＝f(If)，I=const，

cosθ=const零功率因数特性（2）：cosθ=0的负载特性纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应20电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com零功率因数特性（2）：cosθ=0的负载特性纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应

Faq=0,Fad=Fa

合成磁势 端电压负载特性曲线矢量（相量）关系变成了代数关系21电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载特性与零功率因数曲线mn对应于去磁磁势kadFad的励磁电流on：合成磁势om=mn+om：励磁磁势Ffan：E——合成电势ab：Ixσ

bn=cm：U=E-Ixσ

c点：对应(U,If)为零功率因数特性曲线上一点负载时实际励磁22电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com空载特性与零功率因数曲线电抗三角形abc如电枢电流保持不变，三角形大小不变高ab=Ixσ，底边bc=mn均正比于电枢电流c点轨迹即为零功率因数曲线负载时实际励磁23电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com零功率因数曲线求取两点试验实验法

当电机较大时，将电机并联于电网，有功调节为零，调节励磁使发出无功电流达到IN，即为e点.短路点e点——（I=IN,U=0）调节发电机励磁电流，使三相稳定短路电流为额定值额定电压点c点——（I=IN,U=UN

）调节发电机处于过激，电枢电流为额定值，输出有功功率为0（零功率因数），激磁电流和额定电压决定c点24电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的参数及测定同步电抗：饱和与不饱和值xd和xq的转差法测定短路比漏抗和保梯电抗25电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步电抗的实验测定不饱和同步电抗短路时不计饱和凸极电机的交轴同步电抗可以利用经验公式求得

26电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com饱和同步电抗{这页不太懂}在纯感性负载时磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场，忽略漏阻抗压降，则决定于端电压。不同的端电压时，xs不同当磁路不饱和时，同步电抗电压为c’a’，比ca大。不饱和同步电抗的数值比饱和同步电抗的数值大。27电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com转差率试验，测定xd、xq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（不加激磁），在定子端子上外施—对称三相电压。为了避免转子被牵入同步，外施电压约为额定电压的1/4左右，且使其相序能保证电枢旋转磁场的转向与转子的转向—致。调节原动机转速，使约有1％一2％的转差。此时，定子旋转磁场的轴线交替地与转子直轴和交轴重合。28电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com转差率试验，测定xd、xq当定子旋转磁场与转子直轴重合时，定子的电抗为xd，此时电抗最大，定子电流最小，线路压降最小，端电压为最大。当定子旋转磁场与转子交轴重合时，定子的电抗为xq，此时电抗最小，定子电流最大，线路压降最大，端电压为最小。计算为不饱和值1外施电压低，定子电枢磁场较小2无激磁电流，没有转子励磁磁场29电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com转差率试验，测定xd、xq应用：正常运行时，电机磁路饱和，d轴气隙小而磁导大，磁路饱和而使xd减小，分析时应用xd饱和值；短路时，由于电枢反应的去磁作用，使电机磁路处于不饱和状态，xd用不饱和值。q轴：磁路气隙较长，磁导小，磁路不饱和，xq取不饱和值。30电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com转差法求Xd

和Xq目的：同时测出Xd

和Xq

。方法：励磁绕组开路，If=0;定子绕组外施三相对称低电压，U≈(2～5)％UN；定子旋转磁场与转子转向一致；转速接近但不等于同步转速，S<0.5%。操作：用示波器拍摄电枢电压、电枢电流和励磁电压波形。31电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com转差法求Xd和Xq原理：当定子磁场与d轴重合时，I=Id，Iq=0，电抗达到最大值；当定子磁场与q轴重合时，I=Iq，Id=0，电抗达到最小值。所以：32电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com短路比kK在空载时使空载电势有额定值时的激磁电流If0与在短路时使短路电流有额定值时的激磁电流Ifk之比IN在激磁电流为If0时的短路电流标幺值33电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的短路比定义：对应于空载额定电压的励磁电流下，在三相稳态短路时，短路电流与额定电流之比。转换：产生空载额定电压时与产生额定短路电流时所需的励磁电流之比。IfE0IOUNφIf0Ik0空载特性短路特性气隙线IfkINE’034电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的短路比kkXd*气隙优点缺点大小大发电机性能好：端电压变化小稳定性高励磁安匝和用铜量增加电机尺寸和成本增加小大小电机成本低电压调整率大稳定性差35电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com短路比kK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。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。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36电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com漏抗的测定bc等效于电枢反应的励磁电流电抗三角形法抽出转子法37电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com抽出转子法测漏抗抽出电机转子，定子绕组外施三相对称电压，使输入电流达到额定值（U=15%UN）电压方程忽略定子绕组电阻，则：特点： 实测值大于实际值——转子空间也归入了漏磁路，使总磁阻减小，表现漏抗增大。可采用探测线圈修正。38电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com保梯电抗xp在三相稳态短路时，纵边为INxσ——短路三角形随着电压增加，三角形纵变将增大，对应于U=UN，边长为INxP——保梯(potier)三角形汽轮发电机，极间漏磁通较小，xp近似等于xσ

凸极发电机，xp=(1.1-1.3)xσ零功率因数试验时，磁极漏磁较大，磁极饱和程度较空载时高，为此必须加大激磁曲线2：由特征三角形及空载特性作出当考虑转子漏磁影响后，特性三角形纵边并非恒定不变。39电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的稳态运行特性外特性电压变化率调整特性效率特性磁势法求电压变化率和额定励磁电流40电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com发电机的外特性n=n1,If=const，cos=const，单机运行，发电机端电压U随负载电流I的变化关系——与负载的性质有关

影响因数：1.电枢反应2.漏抗压降当容性负载且内功率因数超前时，电枢反映是助磁作用，特性可以呈上升形状。41电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com在容性负载时，需适当降低励磁，呈欠激运行在感性负载下需供给较大励磁，称为过激运行不同功率因数下，I=IN时均有U=UN发电机的外特性42电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的外特性过励状态欠励状态43电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com发电机的调整特性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：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。44电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com发电机的调整特性在感性负载时，随负载增大，需增加励磁以抵消电枢反应的去磁作用在容性负载时，随负载增大，需减小励磁以平衡电枢反应的助磁影响45电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com效率特性n=nN，U=UN，cos=cosN，效率与输出功率P2的关系测量方法：直接负载法，损耗分析法损耗分析：基本损耗：电枢铁耗，电枢铜耗，励磁损耗，机械损耗杂散损耗：漏磁引起的涡流损耗，谐波引起的转子表面损耗等额定效率范围：1水轮发电机（空气冷却）：96%-98.5%2汽轮发电机（空气冷却）：94%-97.8%46电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com同步发电机的效率特性前提：n=n1，U=UN，cos

=cos

N求取：η=f(P2)测量方法：直接负载法，损耗分析法。范围：现代大型同步发电机的效率一般都在95％以上。47电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电压变化率额定工作点：额定电压、额定负载（额定电流与功率因数）保持转速与励磁不变，如负载减小，则电枢反应的去磁作用也减小，端电压将升高——电压变化48电机学教案，

太原工业学院自动化系温志明，wasxty_99@163.com电压调整率保持额定运行时的励磁电流和转速不变，发电机的额定运行时的端电压为UN，空载时端电压为空载电势E0

，电压调整率表示

△U是发电机的性能指标之一，按国家标准规定应不大于50%通过采用快速励磁调节器，可以自动改变激磁电