《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 4.2.1 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步電機(jī)1、空載特性定義：指在發(fā)電機(jī)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(lì)磁電流If之間的關(guān)系曲線U0=f(If)。

空載特性曲線實(shí)際上就是電機(jī)的磁化曲線，是發(fā)電機(jī)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(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵(lì)磁電流和電壓變化率等。實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對(duì)稱性、匝間短路、判斷勵(lì)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(jī)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(lì)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(jī)的性能，更重要的是可借以測(cè)定電機(jī)參數(shù)。短路試驗(yàn)的接線圖中只需把空載實(shí)驗(yàn)圖中的A、B、C三端短接即可。試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)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(duì)應(yīng)的短路電流Ik和勵(lì)磁電流If，得短路特性曲線如圖所示。

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

所以短路電流可認(rèn)為是純感性的，即

=90o，這時(shí)電樞電流只有直軸分量，它所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)基本上是一個(gè)純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁勢(shì)，即Fa=Fad，而Faq=0。若為凸極式發(fā)電機(jī)，此時(shí)繞組的電抗則為直軸同步電抗，因此不論是隱極機(jī)還是凸極機(jī)短路時(shí)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(shí)的相量圖

(a)短路時(shí)的等效電路

2、短路特性

此時(shí)氣隙合成磁勢(shì)F

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

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

也與Ik成正比，所以

同時(shí)

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

=常數(shù)時(shí)，U

與I

的關(guān)系，即

U=f(I)。

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)載時(shí)，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降。

帶容性負(fù)載時(shí)且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時(shí)，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)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(jī)運(yùn)行性能的數(shù)據(jù)之一，為了使同步發(fā)電機(jī)的端電壓不隨負(fù)載電流的變化而劇烈變動(dòng)，它的電壓變化率應(yīng)盡量地小。實(shí)際上，由于同步電抗的數(shù)值較大，負(fù)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。現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)大多數(shù)裝有快速自動(dòng)調(diào)壓裝置，故△U值可大些。但為了防止卸去負(fù)載時(shí)端電壓上升過高，可能導(dǎo)致?lián)舸┒ㄗ永@組絕緣，△U最好小于50%。隱極同步發(fā)電機(jī)由于電樞反應(yīng)較強(qiáng)，△U通常在30％～48％這一范圍內(nèi)；凸極同步發(fā)電機(jī)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(shí)，定義：保持n=n1、U=UN、cos=cosN時(shí)，If與I

的關(guān)系，即If=f(I

)。

調(diào)整特性的變化趨勢(shì)與外特性正好相反，對(duì)于感性和純阻性負(fù)載，為補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用及電樞漏阻抗壓降，隨著負(fù)載的增加，若要保持端電壓為常數(shù)，就必須增加勵(lì)磁電流，所以這兩種情況下的調(diào)節(jié)特性都是上升的。對(duì)容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵(lì)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(fù)載變化范圍內(nèi)，維持電壓不變所需的勵(lì)磁電流的變化范圍。運(yùn)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(shí)，η與P2的關(guān)系，即η=f(P2)。

同步發(fā)電機(jī)在機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，會(huì)產(chǎn)生各種損耗：1.定子銅損pcu1；2.定子鐵損pFe；3.勵(lì)磁損耗pcuf；

4.機(jī)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(chǎng)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(jī)運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一?，F(xiàn)代空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機(jī)，額定效率大致在96%一98.5%內(nèi)；空冷汽輪發(fā)電機(jī)的額定效率大致在94％～97.8％內(nèi)；氫冷時(shí)，額定效率約可增高0.8％。1、測(cè)定同步發(fā)電機(jī)的空載特性和短路特性時(shí)，如果轉(zhuǎn)速降至0.95n1，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有什么影響？答：空載電勢(shì)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(jī)三相穩(wěn)定短路時(shí)，Ik=IN時(shí)的勵(lì)磁電流Ifk和額定負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁電流IfN都已達(dá)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(shí)由于電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通很小，電機(jī)磁路處于不飽和狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的是Xd的不飽和值。額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，氣隙磁通較大，直軸磁路處于飽和狀態(tài)，此