《電機技術(shù)應用》課件 4.2.1 同步發(fā)電機的運行特性

同步發(fā)電機的運行特性同步電機1、空載特性定義：指在發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速（n=n1），電樞電路開路（I=0）的情況下，空載電壓（U0=E0）與勵磁電流If之間的關(guān)系曲線U0=f(If)。

空載特性曲線實際上就是電機的磁化曲線，是發(fā)電機的基本特性曲線之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負載特性配合，可確定電機的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓變化率等。實際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵磁繞組和定子鐵心有無故障等。定義：短路特性是指發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持不變，將電樞繞組穩(wěn)態(tài)短路，短路電流Ik與勵磁電流If之間的關(guān)系曲線，即Ik=f(If)。2、短路特性

它不僅可用來說明同步發(fā)電機的性能，更重要的是可借以測定電機參數(shù)。短路試驗的接線圖中只需把空載實驗圖中的A、B、C三端短接即可。試驗時發(fā)電機轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流If使電樞的短路電流從零開始一直到1.25IN左右為至，記取對應的短路電流Ik和勵磁電流If，得短路特性曲線如圖所示。

短路時，發(fā)電機端電壓U=0，限制短路電流的僅是電機的內(nèi)部阻抗，由于一般同步發(fā)電機的電樞電阻遠小于同步電抗可忽略不計，所以（隱極式）短路電流

所以短路電流可認為是純感性的，即

=90o，這時電樞電流只有直軸分量，它所產(chǎn)生的電樞磁勢基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢，即Fa=Fad，而Faq=0。若為凸極式發(fā)電機，此時繞組的電抗則為直軸同步電抗，因此不論是隱極機還是凸極機短路時都具有相同形式的等效電路和相量圖。2、短路特性從等效電路可看出，由于U=0，Ra=0，則FfFadFadF

Ea=-jXadIkE0=jXdIkE

=jX

IkIk(b)短路時的相量圖

(a)短路時的等效電路

2、短路特性

此時氣隙合成磁勢F

很小，合成磁勢所產(chǎn)生的氣隙磁場在電樞繞組中感應的電勢完全被漏抗壓降所平衡，即

所以對應的氣隙合成磁通很小，電機的磁路處于不飽和狀態(tài)，磁勢和磁通成線性關(guān)系，因此另一方面，由于電樞磁勢正比于電樞電流，即所以勵磁磁勢

也與Ik成正比，所以

同時

故短路特性是一條直線，即2、短路特性3、外特性定義：當n=n1，If、cos

=常數(shù)時，U

與I

的關(guān)系，即

U=f(I)。

當發(fā)電機帶阻性和感性負載時，外特性是下降的，原因是電樞反應的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降。

帶容性負載時且（發(fā)電機負載的容抗大于同步電抗）時，外特性是上升的，原因是電樞反應的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。電壓變化率

電壓變化率是表征同步發(fā)電機運行性能的數(shù)據(jù)之一，為了使同步發(fā)電機的端電壓不隨負載電流的變化而劇烈變動，它的電壓變化率應盡量地小。實際上，由于同步電抗的數(shù)值較大，負載電流變化產(chǎn)生的同步電抗壓降必然要引起端電壓明顯地變化?，F(xiàn)代同步發(fā)電機大多數(shù)裝有快速自動調(diào)壓裝置，故△U值可大些。但為了防止卸去負載時端電壓上升過高，可能導致?lián)舸┒ㄗ永@組絕緣，△U最好小于50%。隱極同步發(fā)電機由于電樞反應較強，△U通常在30％～48％這一范圍內(nèi)；凸極同步發(fā)電機的△U通常在18%～30%以內(nèi)（均為cosφ=0.8，滯后的數(shù)據(jù)。

保持n1、cosN、IfN時，定義：保持n=n1、U=UN、cos=cosN時，If與I

的關(guān)系，即If=f(I

)。

調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純阻性負載，為補償電樞反應的去磁作用及電樞漏阻抗壓降，隨著負載的增加，若要保持端電壓為常數(shù)，就必須增加勵磁電流，所以這兩種情況下的調(diào)節(jié)特性都是上升的。對容性負載，隨著負載電流的增加，必須減小勵磁電流，以維持端電壓恒定。

4、調(diào)整特性

在功率因數(shù)一定情況下，根據(jù)調(diào)整特性曲線,可確定在負載變化范圍內(nèi)，維持電壓不變所需的勵磁電流的變化范圍。運行人員可利用調(diào)整特性曲線，使系統(tǒng)中無功功率的分配更合理一些。4、調(diào)整特性5、效率特性

定義：保持n=n1、U=UN、cos=cosN時，η與P2的關(guān)系，即η=f(P2)。

同步發(fā)電機在機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，會產(chǎn)生各種損耗：1.定子銅損pcu1；2.定子鐵損pFe；3.勵磁損耗pcuf；

4.機械損耗pΩ；5.附加損耗pad：包括①定子端部漏磁在各金屬部件內(nèi)引起的渦流損耗；定轉(zhuǎn)子鐵芯由齒槽引起的表面損耗；②定子的高次諧波磁場在轉(zhuǎn)子表面引起的損耗等。5、效率特性

效率也是同步發(fā)電機運行性能的重要數(shù)據(jù)之一。現(xiàn)代空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機，額定效率大致在96%一98.5%內(nèi)；空冷汽輪發(fā)電機的額定效率大致在94％～97.8％內(nèi)；氫冷時，額定效率約可增高0.8％。1、測定同步發(fā)電機的空載特性和短路特性時，如果轉(zhuǎn)速降至0.95n1，對試驗結(jié)果有什么影響？答：空載電勢E0和轉(zhuǎn)速成正比，如果轉(zhuǎn)速降為0.95n1，則E0也降低到額定轉(zhuǎn)速下的0.95倍。同步電抗與頻率成正比，也降低到0.95倍，則短路電流Ik=E0/Xd不變。鞏固與提高2、一般同步發(fā)電機三相穩(wěn)定短路時，Ik=IN時的勵磁電流Ifk和額定負載時的勵磁電流IfN都已達到空載特性的飽和段，為什么前者Xd取未飽和值而后者取飽和值？為什么Xq一般總是采用不飽和值？

答

短路時由于電樞反應的去磁作用使氣隙磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態(tài)，此時對應的是Xd的不飽和值。額定負載運行時，氣隙磁通較大，直軸磁路處于飽和狀態(tài)，此