同步電機的基本理論和運行特性

同步電機的基本理論和運行特性第1頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六第十二章同步電機的基本理論和運行特性

12.1同步電機的結(jié)構(gòu)

12.2同步電機的勵磁系統(tǒng)

12.3同步電機的空載運行

12.4對稱負載時的電樞反應(yīng)

12.5隱極同步發(fā)電機的分析方法

12.6凸極同步發(fā)電機的分析方法

12.7電樞繞組的漏抗

12.8同步發(fā)電機的空載、短路和負載特性

12.9同步發(fā)電機的參數(shù)及測定

12.10同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性目錄第2頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六12.1同步電機的結(jié)構(gòu)1、基本特點①根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的交流旋轉(zhuǎn)電機②轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速固定為同步轉(zhuǎn)速2、主要用途①主要作發(fā)電機②電動機（無需調(diào)速、低速大功率機械、改善功率因數(shù)）③補償機（空轉(zhuǎn)的同步電動機，向電網(wǎng)輸送無功功率）當f=50Hz時，p=1、2、3、4、5…則：n=n1=3000、1500、1000、750、600…第3頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六一、同步電機的基本工作原理A、同步發(fā)電機原動機拖動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組感應(yīng)三相交流電勢轉(zhuǎn)子加直流勵磁定子 鐵芯 電樞繞組(交流)轉(zhuǎn)子 鐵芯 勵磁繞組(直流)相電勢大?。侯l率：★與異步機比較第4頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六B、同步電動機：定子：三相繞組通入三相交流電→產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子：磁極的勵磁繞組通入直流電產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場定子、轉(zhuǎn)子相互吸引，轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)

可見：無論是同步發(fā)電機還是同步電動機，恒有：第5頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六兩種旋轉(zhuǎn)磁場電樞磁場(交流勵磁的旋轉(zhuǎn)磁場)轉(zhuǎn)子磁極磁場(直流勵磁的機械旋轉(zhuǎn)磁場)★思考：區(qū)別（產(chǎn)生機理、轉(zhuǎn)速、分布）？第6頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六N1S2定子發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場Ff超前于電樞磁場FaTe與n1反向同步機的三種運行方式:阻力N1S2補償機定子N1S2電動機轉(zhuǎn)子磁場Ff滯后于電樞磁場FaTe與n1同向定子驅(qū)動力第7頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六電機旋轉(zhuǎn)電樞式

旋轉(zhuǎn)磁極式

隱極式（Salient-pole）

凸極式（Cylindrical-Rotor）

電樞：高電壓、大電流，裝在定子便于引出磁極(勵磁)：電流小，通過電刷可以引入轉(zhuǎn)子用于小容量或特殊用途同步電機如同步電機的交流勵磁機二、同步電機的構(gòu)造特點第8頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六同步電機的組成：定子、(氣隙)、轉(zhuǎn)子NSNS+AABCCB氣隙轉(zhuǎn)子磁極鐵芯轉(zhuǎn)子勵磁繞組集電環(huán)（滑環(huán)）轉(zhuǎn)子定子鐵芯定子繞組電刷定子第9頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六Back第10頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六1、定子（同一般的交流電機相似；尺寸大，常采用拼裝）組成：鐵芯、繞組、機座及其他部件0.35～0.5mm硅鋼片，疊壓定子鐵心 由扇型片拼成，省材，便于運輸 矩形開口槽,徑向,軸向通風道定子繞組 —三相對稱雙層繞組(電樞）

扁銅線繞制而成,采用成型線圈機座 —用鋼板焊接而成其他部件 —隔振結(jié)構(gòu)、電刷等第11頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六隱極機定子第12頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六(隱)內(nèi)定子插入外機座(隱)外機座加工第13頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六凸極機定子機座第14頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六2、轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子(隱極)最大直徑限制在1m左右瘦長型：采用增大長度來增大容量（l/D=5~7)形式：整塊式、組合式其它部件：轉(zhuǎn)軸、風扇、集電環(huán)大齒：小齒=1：2第15頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子(凸極)吊裝中的水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子(320MW)結(jié)構(gòu)：凸極、極靴、阻尼繞組、轉(zhuǎn)子支架形式：矮胖，直徑大（>10m）安裝：懸式、傘式(見下圖)第16頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六磁極鐵芯、轉(zhuǎn)子軛、支撐筋、轉(zhuǎn)軸阻尼繞組及作用轉(zhuǎn)子其它部件：第17頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六懸式傘式1、上導(dǎo)軸承2、上機架3、推力軸承4、下導(dǎo)軸承5、下機架傘式：優(yōu)—減小電機的軸向高度和廠房高度，節(jié)約投資 缺—機械穩(wěn)定性稍差，用于低速懸式：優(yōu)—減小振動和增加機械穩(wěn)定性，用于高速 缺—軸向高度大，投資成本高第18頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六NSNS+NS+隱極式（Salient-pole）

凸極式（Cylindrical-Rotor）

類型隱極式凸極式定子鐵芯+三相對稱繞組鐵芯+三相對稱繞組轉(zhuǎn)子磁極細長圓柱形，圓周上銑有大齒、小齒（1：2）矮胖凸極形狀轉(zhuǎn)子繞組分布集中氣隙均勻極弧下小、極間大速度離心力小—高速離心力大—低速應(yīng)用汽輪發(fā)電機（p≤2)水輪發(fā)電機(p≥3)總結(jié)對比第19頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六汽輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組第20頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六三、同步電機的額定值（銘牌）額定容量SN(或功率PN)：額定運行時的輸出容量（或功率）

額定電壓UN

——定子的線電壓

額定電流IN

——定子的線電流

額定功率因數(shù)cosθN

——額定運行時電機的功率因數(shù)額定頻率fN

——我國標準工頻50Hz額定轉(zhuǎn)速nN

——即為同步轉(zhuǎn)速額定效率ηN

（發(fā)電機：

)

（電動機：

)額定勵磁電壓UfN和額定勵磁電流IfN第21頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六課時小結(jié)同步電機命名的由來？同步電機的基本特點和主要用途？電機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的機理有哪些？它們間有什么異同點？隱極機和凸極極的各自的結(jié)構(gòu)特點比較？(重點)同步電機運行方式？判別依據(jù)？同步電機的額定值間的關(guān)系？第22頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.2同步電機的勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)—為同步電機提供勵磁電流(直流)的整個系統(tǒng)一、勵磁系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件:能穩(wěn)定提供發(fā)電機從空載到滿載(及過載)所需的If當電網(wǎng)電壓減小時,能快速強行勵磁,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性.發(fā)電機突然甩負荷時能快速減磁，限制電壓過高當電機內(nèi)部發(fā)生短路故障時,能快速滅磁.運行可靠,維護方便,簡單,經(jīng)濟.多臺并聯(lián)運行時，能夠成組配合調(diào)節(jié)無功功率.直流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機整流勵磁系統(tǒng)靜止整流勵磁旋轉(zhuǎn)整流勵磁二、勵磁系統(tǒng)分類第23頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六直流勵磁機與同步發(fā)電機同軸最常用直流并勵發(fā)電機;也有采用它勵直流發(fā)電機一般帶有自動電壓調(diào)節(jié)器1、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)注：紅色為轉(zhuǎn)動部件第24頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六2、交流勵磁機整流勵磁系統(tǒng)1）靜止整流勵磁系統(tǒng)(他勵)交流勵磁機與整流裝置相配合又可分為靜止整流勵磁和旋轉(zhuǎn)整流勵磁無電刷和集電環(huán)，系統(tǒng)運行可靠，勵磁容量高第25頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六2）旋轉(zhuǎn)整流勵磁系統(tǒng)(無刷勵磁系統(tǒng))主勵磁機采用旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機無電刷和集電環(huán)，運行可靠，適用于防燃防爆場合但滅磁時間常數(shù)大，轉(zhuǎn)子繞組保護困難第26頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.3同步電機的空載運行空載的定義空載電動勢E0

空載電動勢E0隨時間變化規(guī)律與轉(zhuǎn)子磁場沿空間分布規(guī)律相同。If=IfN，n=nN定子繞組開路的狀態(tài)沿氣隙分布繞組磁通感應(yīng)電動勢第27頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六一、隱極式同步電機的空載磁動勢定義：勵磁磁動勢波形系數(shù)實際波形基波分量轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子繞組kf取決于r（小齒齒距之和/極距）第28頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六二、凸極式同步電機的空載磁動勢實際波形基波分量轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子繞組第29頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六三、時間相量和空間矢量空間矢量：在空間按正弦規(guī)律分布的量氣隙磁動勢基波分量氣隙磁密基波分量時間相量：隨時間按正弦規(guī)律變化的量定子繞組所匝鏈的磁通定子繞組感應(yīng)電動勢時空矢量圖的定義：將具有相同角速度的空間矢量和時間相量畫在同一坐標即為時空矢量圖。思考：相量圖和矢量圖的區(qū)別？第30頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六Ff1φ0Bf1E0

直軸

A相軸/時軸SNAXBZCYω1=2πf同步電機空載時的時空矢量圖時間相量和空間矢量都以相繞組軸線作為參考軸。同步電機空載時的時空矢量圖交軸交軸第31頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六說明1 時間相角有明確的物理意義，空間相角也有明確的物理意義，但是時、空之間的“相角”無物理意義。2 參考軸可以任意選擇，但一般選擇在相繞組軸線3 空間矢量是由三相電樞或主極的共同作用產(chǎn)生的，如磁動勢和磁通密度。而時間相量僅指一相的量，表示其電動勢、電壓、電流及繞組匝鏈的磁通。4 空間矢量相對于轉(zhuǎn)子而言是靜止的，由于轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，所以空間矢量相對于氣隙而言就是以同步速旋轉(zhuǎn)的。第32頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六四、空載電動勢相量氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁極建立磁通：主磁通和漏磁通主磁路：氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身、轉(zhuǎn)子軛第33頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六五、電壓波形的正弦畸變率定義：額定容量為10VA到1MVA的交流發(fā)電機，其線電壓波形允許的正弦畸變率不超過10%額定容量為1MVA以上的交流發(fā)電機，其線電壓波形允許的正弦畸變率不超過5%第34頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六課時小結(jié)同步發(fā)電機勵磁可分為哪幾類？(了解)同步發(fā)電機空載時氣隙磁動勢是定子還是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的？磁動勢實際波形是什么波（隱極和凸極）？波形系數(shù)如何定義？(重點)空間矢量和時間相量的物理意義有何區(qū)別？同步電機中哪些量是空間矢量，哪些量是時間相量？何謂時空矢量圖？同步發(fā)電機空載時的時空矢量圖？(重點)電壓波形正弦畸變率的定義是什么？第35頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.4對稱負載時的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)的概念電機帶負載后，電樞電流產(chǎn)生的磁場將使空載氣隙磁場的分布發(fā)生變化，從而使繞組中的感應(yīng)電動勢發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。三個特殊角

內(nèi)功率因數(shù)角：是與的時間相位角，與電機參數(shù)及負載有關(guān)

外功率因數(shù)角：是與的時間相位角，與負載有關(guān)

功率角（功角）：是與的時間相位角

三者關(guān)系：+=這是為了分析電機特性而引入的角度第36頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六負載時的時空矢量圖四個軸：直軸、交軸、相軸、時軸空載時空矢量圖負載時的時空矢量圖Ψ第37頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六一、和同相()時的電樞反應(yīng)

交軸電樞反應(yīng)第38頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六功率交換：Fa滯后Ff，處于發(fā)電機運行狀態(tài)，僅輸出有功功率（P>0，Q=0，由相量圖分析可得）。電樞反應(yīng)性質(zhì)：滯后90o，作用在交軸，是交軸電樞反應(yīng)特點：以A相繞組軸線作為空間矢量和時間相量的參考軸，則在時空矢量圖上與同方向，與同方向。第39頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六二、滯后90o()時的電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)第40頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六功率交換：Fa滯后Ff180o，處于補償機運行狀態(tài)，僅輸出感性無功功率（P=0，Q>0）電樞反應(yīng)性質(zhì)：滯后180o，作用在直軸，是直軸去磁電樞反應(yīng)。結(jié)論：過勵運行狀態(tài)的同步電機將向電網(wǎng)輸送感性無功功率。勵磁狀態(tài)：當電樞反應(yīng)起去磁作用時，為保持輸出電壓不變，必須增大勵磁電流，增大勵磁電流后的運行狀態(tài)稱為過勵狀態(tài)。第41頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六三、滯后180o()時的電樞反應(yīng)

交軸電樞反應(yīng)第42頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六功率交換：Fa超前Ff90°,

處于電動機運行狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收有功功率，電動機輸出機械功率。(P<0)電樞反應(yīng)性質(zhì)：

Fa超前Ff90o，作用在交軸，是交軸電樞反應(yīng)。第43頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六四、超前90o()時的電樞反應(yīng)直軸助磁電樞反應(yīng)第44頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六功率交換：Fa與Ff同相位，電機僅輸出容性無功功率到電網(wǎng)（P=0，Q<0）。勵磁狀態(tài)：當電樞反應(yīng)起助磁作用，為保持電網(wǎng)電壓不變，必須減小勵磁電流，減小勵磁電流的運行狀態(tài)稱為欠勵狀態(tài)結(jié)論：欠勵運行狀態(tài)的同步電機將向電網(wǎng)輸送容性無功功率。電樞反應(yīng)性質(zhì)：

Fa與Ff同相位，F(xiàn)a作用在直軸，是直軸助磁電樞反應(yīng)。第45頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六五、一般情況下的電樞反應(yīng)直軸分量：交軸分量：可以把電樞電流和電樞反應(yīng)磁動勢分解為兩個分量：Y=Y=cossinIIIIqd第46頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六根據(jù)角判斷同步電機的運行方式1、當-π/2<Ψ<π/2時，F(xiàn)a滯后Ff

電機向電網(wǎng)輸出有功功率------發(fā)電機2、當π/2<Ψ<3π/2時，F(xiàn)a超前Ff

電機從電網(wǎng)吸收有功功率------電動機3、當Ψ=π/2時，F(xiàn)a滯后Ff180°

有功為零，向電網(wǎng)輸出感性無功---補償機4、當Ψ=-π/2時，F(xiàn)a與Ff同相位有功為零，向電網(wǎng)輸出容性無功第47頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六直軸交軸A相相軸FaFf1E0IΨFaFaFaIII小結(jié)Ψ=0～π/2發(fā)電機/過勵Ψ=π/2～π電動機/過勵Ψ=-π/2～0發(fā)電機/欠勵Ψ=-π

～-π/2電動機/欠勵Ff1超前Fa時，為發(fā)電機運行狀態(tài)Ff1滯后Fa時，為電動機運行狀態(tài)FadFad與Ff1同方向時，助磁，為欠勵狀態(tài)Fad與Ff1反方向時，去磁，為過勵狀態(tài)第48頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六電樞反應(yīng)是傳遞能量的關(guān)鍵1、空載時定子繞組開路→I=0（Fa=0）→無電樞反應(yīng)→不傳遞能量2、負載時I≠0(Fa≠0)→存在電樞反應(yīng)→有能量傳遞(隨負載變化)第49頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六3、結(jié)論電樞反應(yīng)是能量傳遞的關(guān)鍵提高原動機輸入可以提高發(fā)電機輸出功率，并保持n1不變

T1↑→P↑、Q↓提高轉(zhuǎn)子If可以提高發(fā)電機無功功率輸出，并保持端電壓不變

If↑→P不變、

Q↑第50頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六課時小結(jié)電樞反應(yīng)的概念？兩磁場？三個角？四個軸？(重點)任意角度電樞反應(yīng)的分析（畫負載時空矢量圖）？(重點)根據(jù)ψ判別同步電機的運行方式？(重點)電樞反應(yīng)是能量傳送的關(guān)鍵？第51頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.5隱極同步發(fā)電機的分析方法一、不計磁路磁飽和時電路方程和等效電路負載情況下：第52頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六等效電路*注：磁場對轉(zhuǎn)子繞組無相對運動定子側(cè)電壓平衡方程：第53頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六電樞反應(yīng)電抗和同步電抗kδδ—有效氣隙長度μ0=4π×10-7H/mlτ—每極面積第54頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六第55頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六電樞反應(yīng)電抗和同步電抗的物理意義：Xa是三相合成氣隙旋轉(zhuǎn)磁場對應(yīng)的電抗，要比每相激磁電抗大3/2倍，更大于漏抗XσXσ很小，因此Xa與Xs在數(shù)值上相差不大與異步機的Xm相比較，數(shù)值上Xa小于Xm（同步機氣隙較大）Xa與Xm（異步機）均為每相值，各相相等Xs為定子側(cè)總電抗大小關(guān)系：Xs>Xa>Xσ第56頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六隱極發(fā)電機的相量圖過勵隱極同步發(fā)電機相量圖步驟：以U為參考，畫I畫E畫E0=E-Ea標注各角度畫磁通Ф=Фa+Ф0ΨδΨδ簡化相量圖：第57頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六二、考慮磁路磁飽和時考慮磁飽和時，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動勢F，然后利用電機的磁化曲線(空載曲線)求出負載時的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動勢第58頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.6凸極同步發(fā)電機的分析方法

一、雙反應(yīng)理論考慮到凸極電機氣隙不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。

Y=Y=cossinIIIIqd第59頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六注意：Fad和Faq都是正弦波，但由于氣隙不均勻，所以其對應(yīng)的磁密波不是正弦波Fad正弦波Bad尖頂波、Bad1正弦波Faq正弦波Baq馬鞍波、Baq1正弦波第60頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六二、電路方程和等效電路物理過程：第61頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六定子側(cè)電路方程等效電路第62頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六三、直、交軸電樞反應(yīng)電抗和同步電抗直軸電樞反應(yīng)電抗第63頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六交軸電樞反應(yīng)電抗第64頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六交、直軸同步電抗**隱極機可以看成是凸極機的特例，即：

Kd=Kq=1 xad=xaq=xa

電樞反應(yīng)電抗

xd=xq=xs

同步電抗第65頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六四、凸極發(fā)電機的相量圖由上可見：同相位。第66頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六d軸q軸過勵凸極同步發(fā)電機相量圖步驟：以U為參考，畫I畫EQ，并確定d、q軸爭分解電流I畫E0=EQ+jId(Xd-Xq)完成相量圖第67頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六課時小結(jié)隱極同步電機的電路方程、等效電路和相量圖？何為雙反應(yīng)理論？交、直軸電樞磁場磁動勢實際波形？交、直軸電樞磁場磁密實際波形？（分析時均取其基波分量）凸極同步電機的電路方程、等效電路和相量圖？理解：電樞反應(yīng)電抗、漏抗、同步電抗比較大小： xs>xa>xσ

xd>xq>xσ

xσ是常量，電樞反應(yīng)電抗與氣隙磁場飽和度有關(guān)。6.書面作業(yè)：12-1、12-3第68頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.7電樞繞組的漏抗電樞繞組總磁通→差漏抗（或諧波漏抗）xν主磁通槽漏磁通端接部分漏磁通高次諧波漏磁通電樞繞組漏磁通→電樞漏抗xσ常數(shù)、較小(0.1~0.2)Xσ第69頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六電樞繞組漏磁通的影響：槽漏磁通使導(dǎo)體內(nèi)的電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)繞組的銅耗增加端部漏磁通將在端部構(gòu)件（端蓋、壓環(huán)等）引起渦流，產(chǎn)生局部發(fā)熱漏磁電動勢將影響電機的端電壓(波形和幅值)第70頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.8同步發(fā)電機的空載、短路和負載特性1、空載特性：2、短路特性：

同步發(fā)電機的空載、短路及零功率因數(shù)特性都是同步發(fā)電機的基本特性，通過它們可以求出同步電機的同步電抗及漏電抗，及確定同步發(fā)電機的其他特性。3、負載特性：零功率因數(shù)特性：第71頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六一、空載特性：當同步發(fā)電機運行于時，即稱為空載運行。第72頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六改變勵磁If氣隙磁動勢Ff變化E0變化E0=f(If)去磁曲線剩磁電勢Er第73頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六空載特性討論：空載特性體現(xiàn)電機中磁與電的關(guān)系，反映電機設(shè)計合理性實驗室測定的空載特性是去磁曲線(下降)，且需單方向測量，當Er大時需修正典型空載特性曲線(標么值)→充分利用材料、防止過飽和飽和系數(shù)：作用：用于求同步電機的主要參數(shù)和其它運行特性 用于檢查三相電樞繞組的對稱性（曲線下降→匝間短路）第74頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六二、短路特性：同步發(fā)電機三相穩(wěn)態(tài)短路試驗時(n=n1、U=0)，電樞短路電流Ik與勵磁電流If間的關(guān)系曲線，稱為短路特性。將U=0、I=Ik代入同步發(fā)電機的電路方程，忽略電樞電阻ra，則有：可見，Ψ=900，Ik為純感性負載(僅有直軸分量)第75頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六Ψ=900時為直軸去磁電樞反應(yīng)→Ik↑→去磁↑→磁路不飽和→由E=E0+Ea=jIkxσ可見E∝Ik

，且E∝Ф∝Fδ，則Fδ∝Ik，→Fa∝Ik→If∝Ff=Fδ-Fa∝Ik故，短路特性Ik=f(If)是條直線不飽和時成立第76頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六短路實驗步驟：將三相電樞繞組出線端短接起動原動機將同步發(fā)電機帶到同步速n1通入不同的If，讀取相應(yīng)的短路電流Ik≤(1.1～1.3)IN短路實驗特性討論：特性曲線是條直線（磁路不飽和）電樞反應(yīng)呈直軸去磁作用（Ψ=90o）,Iq=0作用：用于求同步發(fā)電機的電抗參數(shù)第77頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六三、負載特性：當同步發(fā)電機電樞電流I=const、cosθ=const時，端電壓U與勵磁電流If的關(guān)系U=f(If)稱為負載特性空載特性I=0零功率因數(shù)特性

cosθ=0,I=IN第78頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六零功率因數(shù)負載特性分析同步發(fā)電機帶純電感性負載（cosθ=0、I=IN）時的特性相量圖cosθ=0→θ=900→Ψ=90°隱極同步發(fā)電機Ψ=90°忽略ra第79頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六由相量圖可得：Ψ=90°,為純直軸去磁電樞反應(yīng),無交軸分量Iq=0對于隱極電機：E0與U同相位且有U=E0-Ixs=E-Ixσ對于凸極電機：Iq=0，即U=E0-Ixd=E-Ixσ隱極凸極B第80頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六零功率因數(shù)特性曲線電抗（特性）三角形Δabc作圖法求Δabc取om=FfN，并作垂線取on=FfN-kadFad=Fδ，作垂線交空載特性于a點取ab=INxσ定出b點，并作om的平行線交于c點連ac，得Δabca1Ff/第81頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六曲線各段物理意義橫坐標：om=FfN(IfN)為獲得UN時所需勵磁磁動勢（電流）mn=kadFad為直軸電樞反應(yīng)去磁磁動勢on=Fδ(If

δ)氣隙合成磁動勢（所需勵磁電流）oe=Ffk(Ifk)短路時獲得IkN所需磁動勢（勵磁電流）縱坐標：mc=UN同步發(fā)電機端電壓ma1=E=UN+INxσ

合成電勢mE0=E0=U+INxσ+INxad

空載電勢ab=a1c=INxσ

漏抗壓降E0UIfdbcaeb''oa''nme''UNE0a1第82頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六UNIfof實驗法測定零功率因數(shù)特性曲線

特殊點e、c點：e點（額定短路點）：調(diào)節(jié)If使得Ik=IN、U=0時，讀取If=Ifkc點（額定點）：發(fā)電機接于電網(wǎng)UN，當發(fā)電機處于過激狀態(tài)且電樞電流為IN，輸出有功功率為0時，讀取If值。ecdab注:cd=oead//of第83頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六課時小結(jié)空載特性實驗及其曲線：去磁曲線、單方向下降測量、剩磁電動勢、曲線修正、空載特性的作用？短路特性實驗及其曲線：電樞反應(yīng)特點、特性曲線特征及原因零功率因數(shù)特性曲線形狀？電抗三角形？各坐標意義？實驗法測定零功率因數(shù)特性曲線的方法？第84頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.8同步發(fā)電機的參數(shù)及測定一、同步電抗的測定不飽和同步電抗的測定隱極同步發(fā)電機短路時有（忽略ra）：E0為飽和點時，不飽和時對應(yīng)于E0’第85頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六凸極同步發(fā)電機短路時有只有直軸電樞反應(yīng)，即Iq=0,Id=Ik討論：利用空載和短路特性求不飽和同步電抗

E0、E0’、

Ik均用每相值進行計算 凸極機的Xq

需用其它方法測定（轉(zhuǎn)差率法）標么值第86頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六求飽和同步電抗--利用空載和零功率因數(shù)特性曲線在零功率因數(shù)負載下，由相量圖得：同理：c’a’由圖可見：飽和度↓→同步電抗↑第87頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六二、短路比定義1、使空載時電動勢等于額定值（E0=UN）的勵磁電流If0與短路時短路電流為額定值（Ik=IN）的勵磁電流Ifk之比。2、加勵磁電流If0時測得的短路電流Ik0與額定電流IN之比第88頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六短路比與同步電抗的關(guān)系（c0>1）短路比的選擇Kk↑→xd↓→過載能力↑→端電壓變化↓（△u%小，穩(wěn)定）→氣隙↑→勵磁安匝↑→用銅量↑→成本↑第89頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六三、漏抗的測定和保梯電抗1、漏抗的測定—利用空載和零功率因數(shù)特性曲線方法一：作電抗三角形→UNIfoecdab方法二：抽出轉(zhuǎn)子法抽出轉(zhuǎn)子→定子加（10~25）%UN、fN電壓U→使得I=IN→測得電樞端電壓U第90頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六2、保梯電抗xp的測定實測的零功率因數(shù)曲線比理論曲線稍彎曲。原因：零功率負載時，磁極漏磁較大，極芯飽和度較高，所需的勵磁電流om’>om保梯三角形△a’b’c’第91頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六四、轉(zhuǎn)差率法測定xd和xq(不飽和值)轉(zhuǎn)子開路If=0,電機由原動機帶動到n≈(98~99)%n1定子外施電壓（2~5)%uN相序與轉(zhuǎn)速一致第92頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六注：X↑→I↓→線路壓降↓→端電壓U最大計算xd和xq（低壓→不飽和值)：定子繞組上測定：

umax、Imin—定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線與轉(zhuǎn)子直軸重合時

umin、Imax—定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線與轉(zhuǎn)子交軸重合時第93頁，共101頁，2023年，2月20日，星期六§12.8同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性穩(wěn)態(tài)運行特性：外特性、調(diào)整特性和效率特性用途：確定電壓調(diào)整率、IfN、ηN等一、外特性n＝n1If=co