同步发电机的运行特性

转速恒定、负载功率因数不变三个主要变量：定子端电压、负载电流、励磁电流之中保持一个量为常数，求其它两个量之间的函数关系是运行特性。6.3同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第1页!3、负载特性：当I=const,cosΦ=const时,

U＝f(if)

五种基本特性：1、空载特性：当I=0时，E0(U0)

＝f(if)

2、短路特性：当U=0时，Ik＝f(if)

4、外特性：if=const,cosΦ=const时，

U＝f(I)5、调整特性：U=const,cosΦ=const时,

if＝f(I)

同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第2页!6.3.1同步发电机的运行特性1、空载特性n=n1，改变If，空载电势E0改变。（1）、励磁电流：0最大值（2）、励磁电流：最大值零由于铁磁材料磁滞效应,上升和下降空载电势略有不同，一般取下降的空载特性曲线。同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第3页!图6.29三根空载特性曲线E0'=f(Ff)同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第4页!2、短路特性曲线已知、当Ra=0时隐极机：凸极机：900,电枢磁势基本上为纯直轴去磁，Fa=Fad,Faq=0.同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第5页!稳态短路时，电机中的电枢反应为纯去磁作用，电机的磁通和感应电势较小，短路电流也不会过大，所以三相稳态短路运行没有危险。图6.30短路特性同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第6页!三角形ABC为同步发电机的特性三角形。

=Fad‘=INXFf（If）EOCAE0=f(If)BEF'Fad‘E图6.32特性三角形-AB-AC4、特性三角形（短路三角形）数值小,对应的磁通也小,电机磁路不饱和同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第7页!1、定义发电机的负载特性是指当负载电流=常数，功率因数cosj=常数的条件下，端电压U与励磁电流的关系。其中当cosj=0时一条负载特性称为零功率因数特性。三、零功率因数特性同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第8页!..I滞后于U900.I.E0FfFad'Fad'F'.UjIX..EFad'=Fa'图6.31零功率因数负载时时-空矢量图画出相量图见图6.31可以看出，与U处于同一方位，其相量加减可简化为代数加减，即jIX..F'=Ff-Fa'同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第9页!在测定零功率因数负载特性时，I保持不变，故特性三角形大小不变。若X已知，对应于一固定I的去磁作用的等效励磁磁动势力Ifa，该三角形唯一确定，将左上角顶点沿空载特性移动时，其右下角顶点的轨迹即为所求的零功率因数负载特性。同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第10页!

感性负载及纯电阻负载：电枢反应去磁★感性负载(j>0,cosj滞后)，励磁电流If不变时，随着电枢电流I的增大，有两个因素导致端电压下降：电枢反应的去磁EU；漏抗压降IRa的增大。故感性负载同步电机的外特性是下降的曲线。2、外特性曲线形状与负载的性质有关。同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第11页!3、为使不同cosj下，I=IN时均有U=UN，则

感性负载下所需励磁电流If大----过励状态

容性负载下所需励磁电流If小----欠励状态纯电阻负载cosj=1下所需励磁电流If----正常励磁状态。同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第12页!五.同步发电机的调整特性cosΦ=0.8滞后cosΦ=1cosΦ=0.8超前返回同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第13页!②凸极机：短路时Xd不饱和=E0'/IK同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第14页!0E0

If空载特性

If气隙线短路特性E0,I

I同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第15页!

IfEE0EE0'

气隙线IKUNIf0IK0INIfKIf0'

图6.29由空载短路特性确定同步电抗和kcIf0---产生空载额定电压所需的励磁电流If0'

---产生气隙线上空载额定电压所需的励磁电流IfK---产生额定短路电流所需的励磁电流k---电机主磁路的饱和系数同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第16页!（1）漏抗X若理想零功率因数特性XX

=

/IN

三、漏抗X与保梯电抗XP-BC同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第17页!图6.35由空载和零功率因数特性求特性三角形Ff(If)UCE0=f(If)OAUNBO'B'A'C'B"A"C"O"123IfaINXI=0I=IN同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第18页!例6-1一台凸极同步发电机，其直轴和交轴同步电抗的标幺值为，，电枢电阻略去不计，试计算该机在额定电压、额定电流、(滞后)时激磁电动势的标幺值(不计饱和)解以端电压作为参考相量

虚拟电动势为同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第19页!例6.2有一台25000kW、10.5kV(星形联结)、(滞后)的汽轮发电机，从其空载、短路试验中得到下列数据，试求同步电抗。解从气隙线上查出，If＝280A时，激磁电动势；在同一励磁电流下，由短路特性查出，短路电流I＝1718A；所以同步电抗为同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第20页!IfU0=E0if0图6.28空载特性的实验测定及校正12同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第21页!二、同步发电机的短路特性当U=0、保持n=nN时，Ik＝f(If)

1、短路时（U=0）电动势方程隐极机：凸极机：即同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第22页!F’=Ff–Fad’（数值上）又因磁路不饱和，F’

IKFad’IK故：有FfIK即IfIK

短路特性为一条过原点的直线。.同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第23页!.E.I.E0FfFad'.EadFad'F'图6.31凸极机稳态短路时-空矢量3、稳态短路时-空矢量图同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第24页!思考：同步发电机定子绕组的出线端短路后，电枢电流IK随励磁电流If变化，两者为什么成正比关系？同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第25页!2、相量图

cosj=0的负载为纯电感负载，Ra远小于回路电抗，故y=900，零功率因数负载时的电枢磁动势也是纯去磁作用的直轴磁动势。同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第26页!3、理想零功率因数特性与空载特性之间存在一个特性三角形（见图6.31）图6.31零功率因数负载特性的分析三角形EAF也为同步发电机的特性三角形。=UN=IX=If0=If

=Ifa:克服漏阻抗压降IX所需励磁电流-OB-EA-BC-BF-AF-ACFf(If)UABEEE0=f(If)OKCFUNIfa同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第27页!1、外特性

n=nN,If=常数,cosj=常数条件下，同步发电机单机运行时,端电压U随负载电流而变化的关系曲线U=f(I)。四、外特性同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第28页!★容性负载，电枢反应为增磁作用，电枢电流I增大，端电压U反而增大。图6-32给出了各种情况下的外特性曲线。★纯电阻负载:电枢反应去磁,外特性是下降曲线.同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第29页!cosΦ=0.8滞后cosΦ=1cosΦ=0.8超前图6-32同步发电机的外特性同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第30页!①隐极机：短路故Xt=E0'/IK

短路时磁路不饱和，故在同一Ff(If)下，由空载特性中的气隙线E0'=f(Ff)求得E0'

，由短路特性求得IK，由Xt=E0'/IK得不饱和同步电抗Xt。一、不饱和同步电抗的求取（利用图6.29短路特性、空载特性求取）6.3.2特性曲线在参数计算中的应用同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第31页!Xd*不饱和=Xd不饱和/Zb

=(E0'IN)/(IKUN)=E0'

*/IK*在同一Ff(If)下，由空载特性中的气隙线E0'=f(Ff)求得E0’

，由短路特性求得IK，由Xd不饱和=E0'/IK得不饱和同步电抗Xd。

根据经验公式Xq0.65Xd可求Xq。同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第32页!★定义：发电机空载运行，空载电动势等于额定电压时，所加的励磁电流If0

，此If0下的三相稳态短路电流为IK0

，IK0与发电机额定电流IN之比，称短路比

kc。★

kc

=IK0/IN

=If0(U0=UN)/IfK(IK=IN)二、短路比(图6.29中黑线所示）同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第33页!★kc分析：kc小，负载变化时，发电机电压变化较大，并联运行时稳定性较差，但电机造价便宜。若：增大电机气隙,Xdkc此时，电机静态稳定性好，过载能力强，但要增大励磁磁动势，转子用铜量增大，造价高。汽轮发电机：kc=0.4~1水轮发电机：kc=0.8~1.8同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第34页!若零功率因数负载特性是实测(设I=IN)的，如图6.35中虚线所示，此时特性三角形为A“B”C“

，

大于，计算的电抗将大于漏抗X，称为保梯电抗XP，XP=

/IN实测零功率因数负载特性3与理想零功率因数负载特性2不同是由于转子漏磁影响。若测零功率因数负载特性时电压低，磁路不饱和，则仍为曲线2，此时作特性三角形可求X

。（2）保梯电抗XP-BCB"C"_B"C"_同步发电机的运行特性共38页，您现在浏览的是第35页!三相稳定短路时，特性三角形纵边长为IX，横边长为Ifad=Ifa，称为短路三角形。随电压升高，纵边逐渐增长，横边逐渐变小，对应于U=UN