第14章 同步发电机的运行特性分析

2.同步发电机的短路特性
短路特性： n=n1 ， U=0 （定子绕组三相短路）时，定子短 路电流Ik 与励磁电流 if 的关系Ik=f(if)。 短路特性分析
Ik
短路 特性


A
A
A A 励磁 电枢
o
arctan
U sin IX q U cos IR
U 0
if
短路特性的测定
载电动势E0与励磁电流if之间的 关系，即E0=f(if)。
E0
空载特性的测定：定子绕组开 路，用原动机把同步发电机拖动 到同步转速，改变励磁电流 if ， 并记取相应的电枢端电压U0，可 得空载特性曲线。
校正曲线
bo
if
磁路的饱和因数：当 E0=UN 时， E0 磁路饱和时的励磁电流 if0 和磁路
I kN Kc IN
I kN i f 0 i f 0 i fs Kc I N i fk i fs i fk
UN 1 UN k k k Ek Xd IN Xd
E0 Ek
气隙线
空载 特性 短路 特性
UN
IN I kN
o
i fs i f 0 i fk
if
产生额定短路 电流的励磁电流
1 K c k Xd
短路比Kc对同步电机性能和成本的影响： △U小，并联运行时稳定性好；
当Kc大时，Xd小
气隙大，造价高，经济性差。 △U大，并联运行时稳定性差；
当Kc小时，Xd大
气隙小，造价低，经济性好。
14-2 同步发电机零功率因数负载特性 及普梯尔电抗的测定
负载特性：当n=n1，cos =常数且I=常数时，U=f(if)。
k
o
m
n
Ff , i f
k m I X s 。
k m代表的相电势 定子漏电抗 X s I
3.普梯尔电抗
由零功率因数负载试验测得 的电抗称为普梯尔电抗Xp。
Ik
F E I k
Fa Ik
Ff 1 F Fa Ik
Ff 1 i f
即短路特性曲线是一条过原点的直线。
Ik i f
3.同步发电机的同步电抗和短路比 1）隐极同步发电机
三相短路时，有
E0
E0
气隙线
空载 特性 短路 特性
E0 I k (R jX c ) jI k X c
lm：补偿漏电抗压降作用所需
增加的磁动势。
特性三角形kmn
E0 U
E
空载特性
k
q
F
mn kad Fad I km IX s I
I不变时，kmn 不变
U
l
m IX s
kad Fad
n
零功率 因数特性
o
m
Ff
Ff , i f
结论：在零功率因数负载特性与空载特性之间相差一个特性 三角形 kmn ，其垂直边为定子漏电抗压降，其水平边为与
E0
E
E0 U
jIX s
U
E
k
q
F
U
l
m IX s
kad Fad
n
零功率 因数特性
Fad
F
I
Hale Waihona Puke Baidu
o
F Ff 1 Fad
Ff 1
Ff
Ff , i f
F Ff 1 Fad
mn：补偿电枢反应去磁磁动势
所需增加的励磁磁动势；
E U IR jIX s E U IX s
电枢反应等效的励磁磁动势。
2.由空载和零功率因数特性测定定子漏电抗
作图法求定子漏电抗Xs:
在零功率因数负载特性 上任取一点n（一般取额定 电压点），作 on on ；
E0 U
气隙线
空载特性
k
o m n
零功率 因数特性
过 o 作气隙线的平行线， 交空载特性于k点；
连接kn，过 k点作on的 垂线，交 on 于 m 点，得特 性三角形 kmn ；
Iq 0
Fad F
E0 jI d X d jI q X q
jI k X d
直轴同步电抗
Ik
Ff 1
X d (不饱和值)
E0 Ik
X d (不饱和值）
E0 Ik
3）短路比
短路比：同步发电机在空载额定电压所对应的励磁电流 if0 励磁下，三相稳态短路时的短路电流IkN与额定电流IN之比， 用Kc表示，
第十四章 同步发电机的运行特性
14-1 同步发电机的空载特性、短路特性和同步
电抗的测定
14-2 同步发电机零功率因数负载特性及普梯尔
电抗的测定
14-3 同步发电机的外特性和调整特性
14-4 转差法和取出转子法求参数
第十四章 同步发电机的运行特性
基本要求：
1.了解同步发电机的空载特性、短路特性、零功率因数负载 特性的定义及各特性曲线的特点
同步电抗
Ik
X c (不饱和值)
E0 Ik
o
X c (不饱和值)
E0 I N I N X c E0 U N E0 Ik U N I k I N Ik U N
if
if
2）凸极同步发电机
三相短路时，如果忽略电枢电阻 R，则=90，即
E0 jI k X d
Id Ik ,
气隙线
不饱和时的励磁电流ifs之比，用k
表示，即
UN
空载特性
k
if 0 i fs
一般， k =1.1~1.25。
o
i fs i f 0
if
同步发电机的标准空载特性
if
U0 E0
0.5 0.58
1.0 1.0
1.5 1.21
2.0 1.33
2.5 1.40
3.0 1.46
3.5 1.51
arctan
Xq R
R X q
90
短路运行时，电枢反应为直轴去磁电枢反应。
F Ff 1 Fa
F Ff 1 Fa
U 0
Xs
E0
E U I (R jX s ) R
E 很小
E jI k X s
Fa
F
E
很小
磁路不饱和
Ff 1
jIk X s
2.掌握利用空载特性、短路特性测量同步电抗的方法
3.掌握利用空载特性、零功率因数负载特性测量定子漏电抗 的方法 4.了解同步发电机的外特性和调整特性 5.了解低转差法测量同步电抗的原理和方法
14-1 同步发电机的空载特性、短路特性 和同步电抗的测定
1.同步发电机空载特性曲线的测定 空载特性：在同步转速下，空
1.零功率因数负载特性
零功率因数负载特性：当n=n1，cos=0且I=常数时，U=f(if)。


A
A
V
A A 励磁 电枢
纯感性负载
零功率因数负载特性的测定
cos 0
arctan
U sin IX q U cos IR
90
Fa Fad 纯去磁作用
空载特性