同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)測定和運(yùn)行特性

電機(jī)學(xué)

ElectricalMachinery自動(dòng)化系溫志明20121空載、短路特性轉(zhuǎn)差法求Xd和Xq；短路比的概念（補(bǔ)充）外特性、調(diào)整特性、效率特性本節(jié)內(nèi)容2電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電機(jī)的特性分析基礎(chǔ)對(duì)稱運(yùn)行：指電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值且保持恒定，并供給三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)的一種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式主要變量：電壓U、電樞電流I、激磁電流If和功率因數(shù)cosθ

3電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電機(jī)的特性分析基礎(chǔ)特性：(1)空載特性：I=0(2)短路特性：U=0(3)負(fù)載特性：I=const、cosθ=const(4)外特性：If=const、cosθ=const(5)調(diào)整特性：U=const、cosθ=const主要參數(shù)：同步電抗xs、xd、xq及漏抗xσ

區(qū)別不同的條件、參數(shù)間關(guān)系4電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)的基值定子側(cè)電壓基值——額定相電壓電流基值——額定相電流容量功率基值——電壓基值*電流基值阻抗基值——電壓基值/電流基值轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子電流基值——空載電勢為額定相電壓時(shí)的勵(lì)磁電流5電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的空載特性當(dāng)空載運(yùn)行時(shí)（電樞繞組開路，I=0）,空載電動(dòng)勢E0隨轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流If變化的關(guān)系。

空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律

E0Φ0If

Ff

6電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的空載特性當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí)，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長后的射線稱為（氣隙線）磁勢主要消耗在氣隙上隨著勵(lì)磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進(jìn)入飽和段。（向下彎曲）鐵磁飽和后，需磁勢迅速增大，橫向距離bc為鐵磁部分的磁壓為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處，如圖中的c點(diǎn)ba7電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的空載特性飽和系數(shù)：E0*=1時(shí)的總磁勢與氣隙磁勢之比，一般在1.1-1.25間

意義：空載磁路飽和后，由勵(lì)磁磁勢所建立的磁通和感應(yīng)電勢都降低到未飽和時(shí)的1/k。8電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的實(shí)驗(yàn)測定調(diào)節(jié)可變電阻，使勵(lì)磁電流逐步上升，每次記下If和E0的讀數(shù)。作同步電機(jī)的空載特性由于存在剩磁，規(guī)定用下降曲線來表示空載特性。從1.3UN對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁逐步減小9電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的實(shí)驗(yàn)測定剩磁電動(dòng)勢10電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的工程應(yīng)用①

將設(shè)計(jì)好的電機(jī)的空載特性與常規(guī)空載特性相比較，如果兩者接近，說明電機(jī)設(shè)計(jì)合理，反之，則說明該電機(jī)的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。 如太飽和，將使勵(lì)磁繞組用銅過多，且電壓調(diào)節(jié)困難 如飽和度太低，則負(fù)載變化時(shí)電壓變化較大，且鐵心利用率較低，鐵心耗材較多。11電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的工程應(yīng)用

②結(jié)合短路特性可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。③發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。必須掌握（*）12電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的短路特性發(fā)電機(jī)三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，電樞短路電流Ik與激磁電流If間的關(guān)系曲線。忽略繞組電阻ra13電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的短路特性(c)短路運(yùn)行時(shí)，Ik

滯后于E090o電角度，

，交軸分量Ikq=0，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔谩?/p>

影響：電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)。14電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com短路特性曲線去磁作用減少了電機(jī)中的磁通，磁路處于不飽和狀態(tài)電樞磁勢Fa正比于電樞電流I=Ik短路特性是一直線15電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com短路特性曲線IkIf0U=0穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，電機(jī)的磁通和感應(yīng)電勢較小，短路電流不大，三相穩(wěn)態(tài)短路運(yùn)行沒有危險(xiǎn)16電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機(jī)

的短路特性分析IfIOOIfkIN短路特性純?nèi)ゴ哦搪诽匦圆伙柡?7電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機(jī)

的短路特性分析所以：結(jié)論：利用空載特性和短路特性，可以求出Xd。18電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com短路特性的測定——短路試驗(yàn)先將三相電樞繞組在出線端處短接，再起動(dòng)原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速，通入不同數(shù)值的激磁電流If，讀取每次相應(yīng)的短路電流Ik，即得同步發(fā)電機(jī)的短路特性。19電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com負(fù)載特性曲線端電壓與激磁電流間的曲線U＝f(If)，I=const，

cosθ=const零功率因數(shù)特性（2）：cosθ=0的負(fù)載特性純感性負(fù)載，純?nèi)ゴ抛饔玫碾姌蟹磻?yīng)20電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com零功率因數(shù)特性（2）：cosθ=0的負(fù)載特性純感性負(fù)載，純?nèi)ゴ抛饔玫碾姌蟹磻?yīng)

Faq=0,Fad=Fa

合成磁勢 端電壓負(fù)載特性曲線矢量（相量）關(guān)系變成了代數(shù)關(guān)系21電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性與零功率因數(shù)曲線mn對(duì)應(yīng)于去磁磁勢kadFad的勵(lì)磁電流on：合成磁勢om=mn+om：勵(lì)磁磁勢Ffan：E——合成電勢ab：Ixσ

bn=cm：U=E-Ixσ

c點(diǎn)：對(duì)應(yīng)(U,If)為零功率因數(shù)特性曲線上一點(diǎn)負(fù)載時(shí)實(shí)際勵(lì)磁22電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性與零功率因數(shù)曲線電抗三角形abc如電樞電流保持不變，三角形大小不變高ab=Ixσ，底邊bc=mn均正比于電樞電流c點(diǎn)軌跡即為零功率因數(shù)曲線負(fù)載時(shí)實(shí)際勵(lì)磁23電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com零功率因數(shù)曲線求取兩點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)法

當(dāng)電機(jī)較大時(shí)，將電機(jī)并聯(lián)于電網(wǎng)，有功調(diào)節(jié)為零，調(diào)節(jié)勵(lì)磁使發(fā)出無功電流達(dá)到IN，即為e點(diǎn).短路點(diǎn)e點(diǎn)——（I=IN,U=0）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使三相穩(wěn)定短路電流為額定值額定電壓點(diǎn)c點(diǎn)——（I=IN,U=UN

）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)處于過激，電樞電流為額定值，輸出有功功率為0（零功率因數(shù)），激磁電流和額定電壓決定c點(diǎn)24電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)及測定同步電抗：飽和與不飽和值xd和xq的轉(zhuǎn)差法測定短路比漏抗和保梯電抗25電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電抗的實(shí)驗(yàn)測定不飽和同步電抗短路時(shí)不計(jì)飽和凸極電機(jī)的交軸同步電抗可以利用經(jīng)驗(yàn)公式求得

26電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com飽和同步電抗{這頁不太懂}在純感性負(fù)載時(shí)磁路飽和決定于空氣隙中的合成磁場，忽略漏阻抗壓降，則決定于端電壓。不同的端電壓時(shí)，xs不同當(dāng)磁路不飽和時(shí)，同步電抗電壓為c’a’，比ca大。不飽和同步電抗的數(shù)值比飽和同步電抗的數(shù)值大。27電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com轉(zhuǎn)差率試驗(yàn)，測定xd、xq同步電機(jī)由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子激磁繞組開路（不加激磁），在定子端子上外施—對(duì)稱三相電壓。為了避免轉(zhuǎn)子被牽入同步，外施電壓約為額定電壓的1/4左右，且使其相序能保證電樞旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向—致。調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使約有1％一2％的轉(zhuǎn)差。此時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場的軸線交替地與轉(zhuǎn)子直軸和交軸重合。28電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com轉(zhuǎn)差率試驗(yàn)，測定xd、xq當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子直軸重合時(shí)，定子的電抗為xd，此時(shí)電抗最大，定子電流最小，線路壓降最小，端電壓為最大。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子交軸重合時(shí)，定子的電抗為xq，此時(shí)電抗最小，定子電流最大，線路壓降最大，端電壓為最小。計(jì)算為不飽和值1外施電壓低，定子電樞磁場較小2無激磁電流，沒有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場29電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com轉(zhuǎn)差率試驗(yàn)，測定xd、xq應(yīng)用：正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)磁路飽和，d軸氣隙小而磁導(dǎo)大，磁路飽和而使xd減小，分析時(shí)應(yīng)用xd飽和值；短路時(shí)，由于電樞反應(yīng)的去磁作用，使電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)，xd用不飽和值。q軸：磁路氣隙較長，磁導(dǎo)小，磁路不飽和，xq取不飽和值。30電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com轉(zhuǎn)差法求Xd

和Xq目的：同時(shí)測出Xd

和Xq

。方法：勵(lì)磁繞組開路，If=0;定子繞組外施三相對(duì)稱低電壓，U≈(2～5)％UN；定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致；轉(zhuǎn)速接近但不等于同步轉(zhuǎn)速，S<0.5%。操作：用示波器拍攝電樞電壓、電樞電流和勵(lì)磁電壓波形。31電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com轉(zhuǎn)差法求Xd和Xq原理：當(dāng)定子磁場與d軸重合時(shí)，I=Id，Iq=0，電抗達(dá)到最大值；當(dāng)定子磁場與q軸重合時(shí)，I=Iq，Id=0，電抗達(dá)到最小值。所以：32電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com短路比kK在空載時(shí)使空載電勢有額定值時(shí)的激磁電流If0與在短路時(shí)使短路電流有額定值時(shí)的激磁電流Ifk之比IN在激磁電流為If0時(shí)的短路電流標(biāo)幺值33電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的短路比定義：對(duì)應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，在三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，短路電流與額定電流之比。轉(zhuǎn)換：產(chǎn)生空載額定電壓時(shí)與產(chǎn)生額定短路電流時(shí)所需的勵(lì)磁電流之比。IfE0IOUNφIf0Ik0空載特性短路特性氣隙線IfkINE’034電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的短路比kkXd*氣隙優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)大小大發(fā)電機(jī)性能好：端電壓變化小穩(wěn)定性高勵(lì)磁安匝和用銅量增加電機(jī)尺寸和成本增加小大小電機(jī)成本低電壓調(diào)整率大穩(wěn)定性差35電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com短路比kK分析：短路比略大于不飽和同步電抗的倒數(shù)短路比大，則同步電抗小，負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化就小，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較高；設(shè)計(jì)上，電機(jī)氣隙較大，轉(zhuǎn)子的額定激磁磁勢和用銅量增大。短路比小，同步電抗大，負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化就大——電壓調(diào)整率大，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較差。工程上：隨著單機(jī)容量的增大，為了提高材料利用率，隨機(jī)組容量增大短路比降低。由于采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，大大提高了運(yùn)行穩(wěn)定性，降低短路比可以提高電機(jī)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)36電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com漏抗的測定bc等效于電樞反應(yīng)的勵(lì)磁電流電抗三角形法抽出轉(zhuǎn)子法37電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com抽出轉(zhuǎn)子法測漏抗抽出電機(jī)轉(zhuǎn)子，定子繞組外施三相對(duì)稱電壓，使輸入電流達(dá)到額定值（U=15%UN）電壓方程忽略定子繞組電阻，則：特點(diǎn)： 實(shí)測值大于實(shí)際值——轉(zhuǎn)子空間也歸入了漏磁路，使總磁阻減小，表現(xiàn)漏抗增大?？刹捎锰綔y線圈修正。38電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com保梯電抗xp在三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)，縱邊為INxσ——短路三角形隨著電壓增加，三角形縱變將增大，對(duì)應(yīng)于U=UN，邊長為INxP——保梯(potier)三角形汽輪發(fā)電機(jī)，極間漏磁通較小，xp近似等于xσ

凸極發(fā)電機(jī)，xp=(1.1-1.3)xσ零功率因數(shù)試驗(yàn)時(shí)，磁極漏磁較大，磁極飽和程度較空載時(shí)高，為此必須加大激磁曲線2：由特征三角形及空載特性作出當(dāng)考慮轉(zhuǎn)子漏磁影響后，特性三角形縱邊并非恒定不變。39電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性外特性電壓變化率調(diào)整特性效率特性磁勢法求電壓變化率和額定勵(lì)磁電流40電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com發(fā)電機(jī)的外特性n=n1,If=const，cos=const，單機(jī)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)端電壓U隨負(fù)載電流I的變化關(guān)系——與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)

影響因數(shù)：1.電樞反應(yīng)2.漏抗壓降當(dāng)容性負(fù)載且內(nèi)功率因數(shù)超前時(shí)，電樞反映是助磁作用，特性可以呈上升形狀。41電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com在容性負(fù)載時(shí)，需適當(dāng)降低勵(lì)磁，呈欠激運(yùn)行在感性負(fù)載下需供給較大勵(lì)磁，稱為過激運(yùn)行不同功率因數(shù)下，I=IN時(shí)均有U=UN發(fā)電機(jī)的外特性42電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的外特性過勵(lì)狀態(tài)欠勵(lì)狀態(tài)43電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性n=n1,U=const，cos=const，作單機(jī)運(yùn)行，負(fù)載電流I與勵(lì)磁電流If的關(guān)系物理意義：維持端電壓不變，勵(lì)磁電流需隨負(fù)載電流的大小變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。44電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性在感性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載增大，需增加勵(lì)磁以抵消電樞反應(yīng)的去磁作用在容性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載增大，需減小勵(lì)磁以平衡電樞反應(yīng)的助磁影響45電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com效率特性n=nN，U=UN，cos=cosN，效率與輸出功率P2的關(guān)系測量方法：直接負(fù)載法，損耗分析法損耗分析：基本損耗：電樞鐵耗，電樞銅耗，勵(lì)磁損耗，機(jī)械損耗雜散損耗：漏磁引起的渦流損耗，諧波引起的轉(zhuǎn)子表面損耗等額定效率范圍：1水輪發(fā)電機(jī)（空氣冷卻）：96%-98.5%2汽輪發(fā)電機(jī)（空氣冷卻）：94%-97.8%46電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機(jī)的效率特性前提：n=n1，U=UN，cos

=cos

N求?。害?f(P2)測量方法：直接負(fù)載法，損耗分析法。范圍：現(xiàn)代大型同步發(fā)電機(jī)的效率一般都在95％以上。47電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com電壓變化率額定工作點(diǎn)：額定電壓、額定負(fù)載（額定電流與功率因數(shù)）保持轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁不變，如負(fù)載減小，則電樞反應(yīng)的去磁作用也減小，端電壓將升高——電壓變化48電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com電壓調(diào)整率保持額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速不變，發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行時(shí)的端電壓為UN，空載時(shí)端電壓為空載電勢E0

，電壓調(diào)整率表示

△U是發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)之一，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)不大于50%通過采用快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，可以自動(dòng)改變激磁電