《电机技术应用》课件 4.2.1 同步发电机的运行特性

同步发电机的运行特性同步电机1、空载特性定义：指在发电机的转速保持为同步转速（n=n1），电枢电路开路（I=0）的情况下，空载电压（U0=E0）与励磁电流If之间的关系曲线U0=f(If)。

空载特性曲线实际上就是电机的磁化曲线，是发电机的基本特性曲线之一。它一方面表征了磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特性、零功率因数负载特性配合，可确定电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。实际生产中，它还可以检查三相电枢绕组的对称性、匝间短路、判断励磁绕组和定子铁心有无故障等。定义：短路特性是指发电机的转速保持不变，将电枢绕组稳态短路，短路电流Ik与励磁电流If之间的关系曲线，即Ik=f(If)。2、短路特性

它不仅可用来说明同步发电机的性能，更重要的是可借以测定电机参数。短路试验的接线图中只需把空载实验图中的A、B、C三端短接即可。试验时发电机转速保持为同步转速，调节励磁电流If使电枢的短路电流从零开始一直到1.25IN左右为至，记取对应的短路电流Ik和励磁电流If，得短路特性曲线如图所示。

短路时，发电机端电压U=0，限制短路电流的仅是电机的内部阻抗，由于一般同步发电机的电枢电阻远小于同步电抗可忽略不计，所以（隐极式）短路电流

所以短路电流可认为是纯感性的，即

=90º，这时电枢电流只有直轴分量，它所产生的电枢磁势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁势，即Fa=Fad，而Faq=0。若为凸极式发电机，此时绕组的电抗则为直轴同步电抗，因此不论是隐极机还是凸极机短路时都具有相同形式的等效电路和相量图。2、短路特性从等效电路可看出，由于U=0，Ra=0，则FfFadFadF

Ea=-jXadIkE0=jXdIkE

=jX

IkIk(b)短路时的相量图

(a)短路时的等效电路

2、短路特性

此时气隙合成磁势F

很小，合成磁势所产生的气隙磁场在电枢绕组中感应的电势完全被漏抗压降所平衡，即

所以对应的气隙合成磁通很小，电机的磁路处于不饱和状态，磁势和磁通成线性关系，因此另一方面，由于电枢磁势正比于电枢电流，即所以励磁磁势

也与Ik成正比，所以

同时

故短路特性是一条直线，即2、短路特性3、外特性定义：当n=n1，If、cos

=常数时，U

与I

的关系，即

U=f(I)。

当发电机带阻性和感性负载时，外特性是下降的，原因是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降。

带容性负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原因是电枢反应的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。电压变化率

电压变化率是表征同步发电机运行性能的数据之一，为了使同步发电机的端电压不随负载电流的变化而剧烈变动，它的电压变化率应尽量地小。实际上，由于同步电抗的数值较大，负载电流变化产生的同步电抗压降必然要引起端电压明显地变化。现代同步发电机大多数装有快速自动调压装置，故△U值可大些。但为了防止卸去负载时端电压上升过高，可能导致击穿定子绕组绝缘，△U最好小于50%。隐极同步发电机由于电枢反应较强，△U通常在30％～48％这一范围内；凸极同步发电机的△U通常在18%～30%以内（均为cosφ=0.8，滞后的数据。

保持n1、cosN、IfN时，定义：保持n=n1、U=UN、cos=cosN时，If与I

的关系，即If=f(I

)。

调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯阻性负载，为补偿电枢反应的去磁作用及电枢漏阻抗压降，随着负载的增加，若要保持端电压为常数，就必须增加励磁电流，所以这两种情况下的调节特性都是上升的。对容性负载，随着负载电流的增加，必须减小励磁电流，以维持端电压恒定。

4、调整特性

在功率因数一定情况下，根据调整特性曲线,可确定在负载变化范围内，维持电压不变所需的励磁电流的变化范围。运行人员可利用调整特性曲线，使系统中无功功率的分配更合理一些。4、调整特性5、效率特性

定义：保持n=n1、U=UN、cos=cosN时，η与P2的关系，即η=f(P2)。

同步发电机在机械能转化为电能的过程中，会产生各种损耗：1.定子铜损pcu1；2.定子铁损pFe；3.励磁损耗pcuf；

4.机械损耗pΩ；5.附加损耗pad：包括①定子端部漏磁在各金属部件内引起的涡流损耗；定转子铁芯由齿槽引起的表面损耗；②定子的高次谐波磁场在转子表面引起的损耗等。5、效率特性

效率也是同步发电机运行性能的重要数据之一。现代空气冷却的大型水轮发电机，额定效率大致在96%一98.5%内；空冷汽轮发电机的额定效率大致在94％～97.8％内；氢冷时，额定效率约可增高0.8％。1、测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降至0.95n1，对试验结果有什么影响？答：空载电势E0和转速成正比，如果转速降为0.95n1，则E0也降低到额定转速下的0.95倍。同步电抗与频率成正比，也降低到0.95倍，则短路电流Ik=E0/Xd不变。巩固与提高2、一般同步发电机三相稳定短路时，Ik=IN时的励磁电流Ifk和额定负载时的励磁电流IfN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取未饱和值而后者取饱和值？为什么Xq一般总是采用不饱和值？

答

短路时由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，此时对应的是Xd的不饱和值。额定负载运行时，气隙磁通较大，直轴磁路处于饱和状态，此