1、17-1同步发电机的空载同步发电机的空载、短路特性、短路特性17-3 同步发电机的稳态参数求取同步发电机的稳态参数求取17-4 同步发电机的外特性和电压变化率同步发电机的外特性和电压变化率17-2同步发电机的同步发电机的零功率因数负载特性零功率因数负载特性1）基本特性：基本特性：空载、短路和零功率因数负载特性，空载、短路和零功率因数负载特性，用于确定发电机的稳态参数和表征磁路的饱和情用于确定发电机的稳态参数和表征磁路的饱和情况况2）运行特性：运行特性：外特性和调整特性，用以确定外特性和调整特性，用以确定发电机的电压变化率、额定励磁电流等发电机的电压变化率、额定励磁电流等一、空载特性一、空载特性
2、1 1、定义：、定义： 同步发电机在同步发电机在n=n=n nN N，I I=0=0的运行的运行状态下，测得的状态下，测得的E E0 0= =f(If(If f) ) ，即即空载特性空载特性。2 2、曲线曲线：磁化曲线：磁化曲线 3 3、空载特性主要有三个、空载特性主要有三个用途用途：确定电机：确定电机的饱和系数，判断电机磁路设计是否合理；的饱和系数，判断电机磁路设计是否合理；与短路特性、零功率因数负载特性配合，与短路特性、零功率因数负载特性配合，确定同步电机的参数。确定同步电机的参数。初步判断励磁绕组、初步判断励磁绕组、电枢绕组是否可能存在故障。电枢绕组是否可能存在故障。17-1同步发电机的
3、空载、短路同步发电机的空载、短路特性特性abchgd12OFfIfE00E0FFf0UN图17-1 同步发电机的空载特性二、短路特性二、短路特性 1 1、定义：当同步发电机运行于、定义：当同步发电机运行于n=n=n nN N，U U=0=0，即电枢三相绕组持续稳定短路时，测得短路即电枢三相绕组持续稳定短路时，测得短路电流电流I Ik k随励磁电流随励磁电流I If f变化的关系曲线变化的关系曲线I Ik k= =f(If(If f) )，称为称为短路特性短路特性。 2 2、曲线：、曲线：短路特性是一条直线，如短路特性是一条直线，如图图1 17 7-1(-1(a)a)中直线中直线2 2所示。所示
4、。 3 3、 三相稳态短路分析三相稳态短路分析FFadFf1900FadE0.Ead.E.I0atEUI Rj I xktj I x=0直轴去磁电枢反应E0IkE0IkF很小，很小，很小，则磁路不饱和，很小，则磁路不饱和，E0IfE0IfIkIfIkIf，短路特性是直线。，短路特性是直线。00aaEEEUI R0akEEEEj I x kEIx小Ik 1、定义：、定义：同步发电机在同步发电机在n=nN下，带纯电感负载，下，带纯电感负载，保持负载电流保持负载电流I I为常量，测得的为常量，测得的U=U=f(If(If f) )关系曲线称为关系曲线称为零功率因数负载特性零功率因数负载特性。 17-
5、2 同步发电机的零功率因数负载特性同步发电机的零功率因数负载特性.jxI=900FadFFf1.I.UE0.E0attLtEUI Rj I xUj I xj I xj I x直轴去磁电枢反应0aEEEUEUj I xE=U+IxIxFF=Ff1-Fa=Ff1-Fa电动势、磁动势可表示成代数关系：电动势、磁动势可表示成代数关系：图17-2b零功率因数负载特性分析(b)2BC DKOA1U、E0I=0I=INAAOBOBCCINxUNIf空载特性曲线空载特性曲线零功率因数负载特性曲线零功率因数负载特性曲线0aEEEUEUj I xU=0，I=IN 时：FF=Ff1-Fa=Ff1-FaIfaIfa：
6、空载时：空载时FaFa=0=0，IfaIfa=0=0，带负载，带负载后，电枢反应直轴去磁，后，电枢反应直轴去磁，IfIf增大，增大，增大的数值即是增大的数值即是IfaIfa。特性三角形特性三角形ABCABC：两个直角边两个直角边AB和和BC分别代表漏抗压降和电枢分别代表漏抗压降和电枢反应去磁磁动势对应的励磁电流反应去磁磁动势对应的励磁电流，其长度均正比于电枢电流其长度均正比于电枢电流。若I=IN，则AB和BC长度不变，则ABC不变，不变，保持特性三角形底边水平而使其顶点A在空载特性曲线1上移动时，C点的轨迹曲线2就是零功率因数负载特性曲线。实验法：实验法：n=n=nNnN电枢接三相可变电抗器，
7、使电枢接三相可变电抗器，使coscos=0=0，调节，调节I fI f和负载电抗的大小，使和负载电抗的大小，使I=INI=IN，记录不同，记录不同IfIf下发电机的端电压下发电机的端电压U U，即得即得U=fU=f（IfIf）。）。结果比较：结果比较：实验得出的零功率因数特性曲线比由特性三角形实验得出的零功率因数特性曲线比由特性三角形和空载特性曲线推导出来的零功率因数特性曲线要偏低一些和空载特性曲线推导出来的零功率因数特性曲线要偏低一些？ （1）电枢磁动势的去磁作用电枢磁动势的去磁作用使得带零功率因使得带零功率因数负载与空载时相比，产生同样大小的气隙电数负载与空载时相比，产生同样大小的气隙电动
8、势动势AD，负载时需要的励磁电流，负载时需要的励磁电流OK比空载时比空载时需要的励磁电流需要的励磁电流OD要大。要大。(2)主磁极的漏磁通也要大些主磁极的漏磁通也要大些，主磁极铁心的饱，主磁极铁心的饱和程度比空载时高，因而磁路的磁阻有所加大，和程度比空载时高，因而磁路的磁阻有所加大，因此，实际上在负载时的气隙合成磁动势与空因此，实际上在负载时的气隙合成磁动势与空载时的气隙磁动势相同的情况下，负载时所产载时的气隙磁动势相同的情况下，负载时所产生的气隙磁通生的气隙磁通 及气隙电动势及气隙电动势 将比空载时要小，将比空载时要小，所以实测的零功率因数特性曲线偏低。所以实测的零功率因数特性曲线偏低。(b
9、)2BC DKOA1U、E0I=0I=INAAOBO BCCINxUNIf 一、由空载及短路特性求一、由空载及短路特性求xd的不饱和值和短路比的不饱和值和短路比1、由空载和短路特性求的、由空载和短路特性求的xd不饱和值不饱和值短路时磁路不饱和，且U=0，Ik =I Id d ，电动势方程为 对于某一磁路电流If，从空载特性的气隙线上查 ，从短路特性上查Ik ，两者的比值即xd不饱和值。xIxIEdkddjj.0IExkd.0E017-3 同步发电机的稳态参数求取同步发电机的稳态参数求取2、同步发电机的短路比、同步发电机的短路比短路比短路比是指在空载产生额定电压的励磁电流是指在空载产生额定电压的
10、励磁电流If0下发生三相稳态下发生三相稳态短路时的短路电流短路时的短路电流Ik0与额定电流与额定电流IN之比。之比。短路比也等于直轴同步电抗标幺值短路比也等于直轴同步电抗标幺值的倒数乘以空载额定电压时主磁路的倒数乘以空载额定电压时主磁路的饱和系数。的饱和系数。xkxIUkddNN*1EUkIIIIIIIUUIIIkNfkfffoNkfkNfNkc000000kckc的数值对电机的影响很大的数值对电机的影响很大: : kckc大大, , 同步电抗小同步电抗小, ,气隙大气隙大, ,需要的励磁安匝多需要的励磁安匝多, ,电机尺寸将电机尺寸将增大。励磁绕组的用铜量多增大。励磁绕组的用铜量多, ,电机
11、制造费用高电机制造费用高。且。且电压变化小，电压变化小，并网运行时稳定性较好并网运行时稳定性较好，但短路运行时短路电流较大。但短路运行时短路电流较大。 kckc小，小，情况则相反。所以情况则相反。所以kckc值对电机的性能有很大的影响，值对电机的性能有很大的影响，它反映了电机性能和电机造价两方面的要求。它反映了电机性能和电机造价两方面的要求。 一般水轮发电机的一般水轮发电机的kckc比汽轮发电机大，汽轮发电机取比汽轮发电机大，汽轮发电机取kckc=0.4-0.6=0.4-0.6，水轮发电机取，水轮发电机取kckc=1.0-1.4=1.0-1.4。 因为水轮发电机一般因为水轮发电机一般远离负荷中
12、心远离负荷中心, ,输电距离长输电距离长, ,线路电抗较大。为保证电机运行的稳线路电抗较大。为保证电机运行的稳定性，水轮发电机的定性，水轮发电机的xdxd应较小，即要求有较大的短路比。应较小，即要求有较大的短路比。 二、由空载特性和零功率因数负载特性求保梯电抗二、由空载特性和零功率因数负载特性求保梯电抗xp(b)2BC DKOA1U、E0I=0I=INAAOBOBCCINxUNIfIBAxNp保梯电抗：保梯电抗： 三、用转差法求稳态三、用转差法求稳态xd和和xq不饱和值不饱和值 1、转差实验：将同步电机转子拖到将同步电机转子拖到接近同步转速接近同步转速(转差率小转差率小于于0.01),转子转子
13、励磁绕组开路（励磁绕组开路（If=0If=0）,然后在然后在定子绕组加额定定子绕组加额定频率的三相对称低电压频率的三相对称低电压,其值为其值为(0.05 0.15)UNUN,使其产生的旋使其产生的旋转磁场转磁场,转向与转子转向一致转向与转子转向一致,并保持转子不被牵如同步。并保持转子不被牵如同步。 转子无励磁电流转子无励磁电流,E0=0,电枢的电动势方程为电枢的电动势方程为 Fa对准转子直轴时（与对准转子直轴时（与d轴重合），气隙小，磁路磁阻小，轴重合），气隙小，磁路磁阻小，电抗大，为电抗大，为xd。I=II=Id d= =I Iminmin，U=U=U Umaxmax，u uf0f0=0=0
14、 X Xd d= =U Umaxmax/I/IminminFa对准转子交轴时对准转子交轴时 , I=I=I Iq q=I=Imaxmax，U=U=U Uminmin，u uf0f0=u=uf0maxf0max x xq q= =U Uminmin/I/Imaxmax xIxIqqddjjU.第四节第四节 同步发电机的外特性和电压变化率同步发电机的外特性和电压变化率一、一、 外特性外特性n=n=n nN N，I If f= =常数常数, ,coscos= =常数时常数时, ,端电压端电压U U随随负载电流负载电流I I变化关系曲线变化关系曲线, ,即即U=U=f(If(I) )曲线。曲线。它可用
15、直接负载法测出，也可以用作图法它可用直接负载法测出，也可以用作图法间接求出。间接求出。123INIOUNUcos =1cos=0.8超前cos =0.8滞后图17-8 同步发电机的外特性曲线1、 2、感性负载和纯电阻负、感性负载和纯电阻负载时，载时，090，交轴兼直轴，交轴兼直轴去磁电枢反应去磁电枢反应，且定子漏阻抗，且定子漏阻抗也使端电压降低，所以外特性也使端电压降低，所以外特性是下降的。是下降的。3、在容性负载且、在容性负载且角达到角达到超前时，由于电枢反应的增超前时，由于电枢反应的增磁作用和容性电流的漏抗压磁作用和容性电流的漏抗压降使端电压上升，因此外特降使端电压上升，因此外特性是上升的
16、。性是上升的。电压变化率电压变化率发电机在额定负载时（发电机在额定负载时（I=I=I IN N, ,coscos= =coscosN N）, ,得到额定电压所需的励磁电流称为额定励磁电得到额定电压所需的励磁电流称为额定励磁电流流I IfNfN。若保持若保持I IfNfN及转速及转速n nN N不变，卸去负载，即不变，卸去负载，即得到外特性上得到外特性上I=0I=0对应的电压对应的电压E E0 0，这一过程中端这一过程中端电压升高的百分数，就称为发电机的电压变化电压升高的百分数，就称为发电机的电压变化率，即率，即 %1000UUENNU二、调整特性二、调整特性发电机在发电机在n=n=n nN N
17、, ,U U= =UNUN, ,coscos= =常数时常数时, , I If f= =f(If(I) )曲线。曲线。1 1、在感性负载和纯电阻、在感性负载和纯电阻负载时，为补偿电枢反应负载时，为补偿电枢反应磁动势的去磁作用和漏抗磁动势的去磁作用和漏抗压降，随电枢电流的增加，压降，随电枢电流的增加，必须相应的增加励磁电流，必须相应的增加励磁电流，故此时的调整特性是上升故此时的调整特性是上升的。的。2 2、在容性负载时，调整、在容性负载时，调整特性可能是下降的。特性可能是下降的。同步发电机的特性同步发电机的特性1 1、空载特性、空载特性：)(0001fIfEUInn2 2、短路特性、短路特性：)(01fkIfIUnn4 4、外特性、外特性：)(cos1IfUCCInnf5 5、调整特性、调整特性：)(cos1IfICCUnnf3、零功率因数负载特性：、零功率因数负载特性：1cos( )Nfn nIIC Uf I
