第603同步发电机的运行特性

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1、3、 负载特性：当 =const,cos=const时, ( )fUf iI五种基本特性： 同步发电机在转速保持恒定、负载功率因数不变的条件下，有三个主要变量：定子端电压 、负载电流 、 励磁电流 。三个量之中保持一个量为常数，求其它两个量之间的函数关系就是同步发电机的运行特性。UIfi 1、 空载特性：当 =0时，00()( )fE Uf iI2、 短路特性：当 =0时，( )KfIf iU4、 外 特 性：当 = const,cos=const时，( )Uf Ifi5、 调整特性：当 = const,cos= const时,( )fif IU6.3 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性

2、可用实际值表示亦可用标么值表示标幺值计算时的基值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*电流基值阻抗基值额定阻抗电压基值/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激磁电流研究运行特性: 表达的物理意义 特性曲线的测取 反映电磁量间的关系 特性曲线的应用6.3.1 同步发电机空载特性空载特性当同步发电机运行于n=n1, If 0 Ia=0时，即称为空载运行。在空载运行状态下，表征E0 与if间的关系曲线，即 ,称之空载特性。)(0fifE 同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空

3、载电势也随之改变磁电流，空载电势也随之改变。不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，（1 1）励磁电流由零升至最大值）励磁电流由零升至最大值（2 2）励磁电流由最大值降为零）励磁电流由最大值降为零由于铁磁材料磁滞的原因由于铁磁材料磁滞的原因, ,空载电势略有不同，一般空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线取下降得空载特性曲线0E同步发电机空载特性曲线的测定同步发电机空载特性曲线的测定)(0fifE ifE0 因E0正比于f，而励磁电流又正比于励磁磁势，所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。空载特性主要用处： （1）空载特性可以反映出电机设计是否合理。如同前面所分析的情况一样，额定

4、电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。即反映电机磁路的饱和状态。（2）反映电机磁与电联系（3）空载特性配合短路特性可以求出电机参数。6.3.2 6.3.2 短路特性短路特性dk.0.XIjE qqddXIjXIjUE.0.kaIIU.,0 如果略去电枢电阻，并将 代入得到：当同步发电机运行于n=n1， If0，电枢三相绕组稳态短路（即U=0）时，称为短路运行。如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。短路特性就是研究这两个量之间的变化关系，并用IK =f(If)曲线表示。因为忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度，所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。此

5、时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。短路特性是一条通过原点的直线。短路特性是一条通过原点的直线。kI短路特性fi()()aaEUI RjXI RjX E较小B较小磁路不饱和F较小。合成磁动势 若忽略Ra, 则 EjIX11affaFFFFFF而而1ffiFKaaaIEF KIEF 去磁磁势去磁磁势fKII短路特性为一直线短路特性为一直线同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生的电枢磁势对主磁极去磁，减少了电机中的磁通及感应电的电枢磁势对主磁极去磁，减少了电机中的磁通及感应电势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没

6、有危势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危险的。险的。由于电枢磁势的直轴去磁作用，使电机中磁通小，磁路也不饱和，所以上式中的Xd也是一个常数。 kI.0.EdkXIjE.0.三相短路时，由于 滞后于 90电角度，即=90，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。所以特性三角形:IINKFaE2 2短路特性短路特性fIUKI0E1空载特性空载特性KI3 3气隙线气隙线0E当 IK = IN时，Ifa、 为俩直角边构成的三角形，称之为特征三角形，其特点是俩直角边代表的物理意义。E6.3.3 6.3.3 零功率因数特性零功率因数特性所谓零功率因数特性指：在n=n1，I=恒

7、定值、cos=0的条件下，所得到的特性U=f(if )。在 I =定值条件下，把发电机端电压及励磁电流的变化关系描绘成曲线，便得到零功率因数特性。NU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU气隙线1空载特性空载特性1.零功率因数负载下的电磁关系零功率因数负载下的电磁关系由于同步电机是在电感负载下运行，而电机本身的阻抗也是电感性的，因此，电势和电流之间夹角=90，所以电枢反应是纯粹的直轴去磁效应。同步发电机在电感负载下运行，主极磁势补偿了电枢反应去磁磁势后，剩余部分在电机气隙内产生磁通。所以励磁电流增加时，磁路能逐渐饱和，电压上升逐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上，零功率因数特性曲线的形状与空

8、载特性曲线颇为类似。气隙线NU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性.0()aaaEUIrjIXX励磁磁势If作三项工作：平衡Fa的去磁效应补充漏抗压降所需磁势建立端电压U所需磁势可见U=f(if) （cos=0）与 间相差一特性三角形，其形状一样。)(0fifE 在上图中我们可以看出，当U=0时的情况。在空载特性上， U=0 时，if =0；而在零功率因数曲线上，U=0 时，if =OC 。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢？气隙线fIUKINU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性0C（1）零功率因数特性是在 U=

9、0 定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降IX，所以需要一定励磁电流 ，以产生电势来平衡此漏电抗压降。（2）零功率因数曲线是在纯电感负载下得到的，从图右以看出，此时的电枢反应是一个纯粹的去磁作用，所以再需要一定的励磁电流来抵消此电枢反应去磁作用的影响。纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应 Faq=0, Fad=FaadadfFkFFIXEIXEUs0合成磁势合成磁势端电压端电压0EUsXI jaFadIIfFABC称为特性三角形特性三角形，它的垂直边是定子漏抗压降，水平边是电枢反应去磁磁势，这两边都正比于电枢电流，因此在电枢电流一定时，此特性三角形的气隙

10、线fIUKINU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性大小不变。所以当特性三角形的A点在空载特性上移动时，C点的轨迹就是零功率因数特性。反之也可以用作图的方法求取零功率因数特性。A AB BC C2.零功率因数曲线求取零功率因数曲线求取短路点短路点（I=IN,U=0）调节发电机励磁电流，调节发电机励磁电流，使三相稳定短路电流为使三相稳定短路电流为额定值额定值额定电压点额定电压点（ I=IN,U=UN ）调节发电机调节发电机处于过激，电枢电流为额定处于过激，电枢电流为额定值，输出有功功率为值，输出有功功率为0（零功（零功率因数），激磁电流和额定率因数），激磁电流和额定

11、电压决定该点电压决定该点气隙线fIUKINU2 2零功率因零功率因数负载特性数负载特性fIU1空载特性空载特性一是实验法：由可变电感性负载，通过实验测得；若电机容量较大时，将电机并入电网有功调节为零有功调节为零，调节励磁电流使电机仅输出无功电流IN而测得。二是作图法：利用空载特性和特性三角形求取。6.3.4 同步发电机的外特性和电压调整率同步发电机的外特性和电压调整率1.外特性：外特性：影响因数：1. 电枢反应2. 漏抗压降显然，外特性曲线和负载的性质密切相关。XI jRIUEEEEIXI jXI jRIEUaafqqdda000一定一定，则在 n=n1,If=常数，cos常数 的条件下，同步