《电机技术》4.2.1 同步发电机的运行特性任务手册

同步发电机的运行特性【任务要求】知识点技能点理解并掌握同步电机的空载特性、短路特性、外特性和电压变化率、调节特性和效率特性会分析同步电机的空载特性、短路特性、外特性和电压变化率、调节特性和效率特性重点难点外特性和电压变化率外特性和电压变化率【任务清单】任务1：空载特性空载特性:同步发电机转速为同步转速空载运行时，即n=n1，I=0时，端电压U0与励磁电流If的关系。空载特性是发电机的基本特性之一。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。任务2：短路特性和短路比1、短路特性短路特性指同步发电机保持同步转速下，定子三相绕组的出线端持续稳态短路时，定子相电流I（即稳态短路电流）与励磁电流If的关系，即n=n1，U=0，时的I=f(If)。三相稳态短路试验接线图空载特性与短路特性图短路时，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，所以隐极式电机电抗为：短路电流:所以短路电流可认为是纯感性的，即j=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。从等效电路可看出，由于U=0，Ra=0，则任务3：外特性和电压变化率外特性：同步发电机的转速为同步转速，且励磁电流和负载功率因数不变时，发电机的端电压与电枢电流之间的关系：即，=常值，=常值时，。电压变化率：外特性用曲线形式表明了发电机端电压变化的情况。而电压变化率则定量地表示出运行时端电压随负载波动的程度。发电机的电压变化率任务4：调节特性从外特性可见，当负载发生变化时端电压也随之变化，为了保持发电机的端电压不变，必须同时调节发电机的励磁电流。调整特性：发电机的转速为同步转速、端电压为额定电压、负载的功率因数不变时，励磁电流与电枢电流之间的关系；即n＝，U=常值，常值时，。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。任务5：效率特性效率特性：转速为同步转速、端电压为额定电压、功率因数为额定功率因数时，发电机的效率与输出功率的关系；即，，时，。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，下面分别介绍这些损耗。1、定子铜损：指三相绕组的电阻损耗。2、定子铁损：指主磁通在定子铁芯中所引起的磁滞损耗和涡流损耗。3、励磁损耗：指包括励磁绕组基本铜损耗在内的整个励磁回路中的所有损耗，如同轴有励磁机，也包括励磁机的损耗在内。4、机械损耗：包括轴承、电刷的摩擦损耗和通风损耗。5、附加损耗：主要包括①定子端部漏磁在各金属部件内引起的涡流损耗，以及定、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。综合上述同步发电机的总损耗，输入功率与输出功率具有如下关系总损耗求出后，效率即为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％。【任务拓展】请认真思考并回答下列问题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？2、一般同步发电机三相稳定短路，当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