同步发电机的稳态运行特性及概要
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第十六章 同步发电机的稳态运行 特性及参数的测定
2018/10/14
1
本章主要内容
第一节 空载特性、短路特性、不饱和同步电 抗和短路比的求取
第二节 零功率因数负载特性及漏电抗的求取 第三节 稳态参数的实验测定 第四节 同步发电机的运行特性 第五节 同步发电机电压调整率及额定励磁电 流的求取
2018/10/14 2
E 0 U I ra j I d xd j I q xq
Id I sin ; I q I cos
U 0; ra 0; 900 I q 0
ຫໍສະໝຸດ Baidu
E 0 j I d xd j I q xq j I k xd I k
E0
xd
n nN，U 0，I f ( I f )
2018/10/14
9
同步发电机的短路特性
短路实验步骤： ①电枢三相绕组出线端短路。 ②原动机拖动转子至同步速度，n n1
③调If ，使定子短路电流 I由零升至 1.2IN左右，记下对 应的定子短路电流和励磁电流。 ④画出曲线 I f ( I f ) 。
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空载特性曲线
• If=0时有剩磁电动势。
• 将曲线延长与横轴相交， 取交点与原点的距离△if0 为校正值。
• 将实测曲线整体右移得 到工程中适用的校正曲 线，即过原点的曲线为 空载特性曲线。
2018/10/14
8
同步发电机的短路特性
短路特性：额定转速下，定子三相绕组的出线 端持续稳态短路时，定子相电流（即稳态短路 电流）与励磁电流的关系。
mU b I b
励磁电流： 空载时 E0 U N 时的If
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第一节 空载特性、短路特性、不饱和电抗 和短路比的求取
一.空载特性实验测定
• 通过计算或试验得到。
• 由于磁滞现象，上升和 下降的磁化曲线不重合， 一般规定采用下降曲线 表示空载特性，约从 1.3UN对应的励磁电流 逐步减小。
U 0，I
E0
E0
气隙线 空载特性
UN
短路特性
IN Ik
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0
I f0
I fN
If
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短路比的确定
空载电势等于额定电压时的励磁电流称空载额定励 磁电流Ifo，在励磁电流为If0时做三相稳定短路试验测得 的短路电流为Ik，与额定电流IN之比叫短路比Kc 。
Ik kC E0' IN I fN （I k I N）
概 述
稳态运行：电机转速保持额定（ n1 nN ） 供给三相对称负载的运行情况。 稳态运行特性曲线是确定电机主要参数、评 价电机性能的主要依据。 主要变量：电压U、电枢电流I、励磁电流If 和功率因数cos。 运行特性：当其中两个量保持常数，另外两 个量之间的关系称为运行特性。
IfN为短路特性Ik=IN 时的励磁电流。
UI I f（ U U ） 0 0 N
3 1
UN 2
IN
Ik
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0
If0
Ifn
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If
利用发电机的空载特性与短路特性求xd的不饱和值和短路比
2018/10/14 20
短路比的确定
I k I f（ 0 U 0 U N） kC IN I fN （I k I N）
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概 述
基本特性：稳态运行时，同步发电机的端电 压U，电枢电流I，励磁电流If 及功率因数 cos之间的函数关系。
2018/10/14
4
同步发电机的五个基本特性
空载特性 I 0,U f ( I f ) 短路特性 U 0, I k f ( I f ) 负载特性 I const, cos cons,U f ( I f ) 外特性
在同一坐标纸上绘成曲线，并作出气隙线。 选一固定的If，求对应 的Ik和对应于气隙线上 的E0，则同步电抗：
U 0，I
E0
E0
气隙线
空载特性 短路特性
xd(不饱和)= E0/Ik
UN
IN Ik
0 I f0 I fN If
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2018/10/14
xd的不饱和值的求取
标么值
' I xd E N E0* xd* Zb I k U N I k* ' 0
结论：短路时，定子回路阻抗由纯电感组成，故短路 电流Ik滞后 E0900，此时电枢反应纯去磁。
2018/10/14 13
同步发电机的短路特性
E E 0 E a E 0 j I xa U I ra j I x j I x
气隙磁势很小→气隙电势很小，整个电机的磁路 处于不饱和状态，则有：
If
2018/10/14
15
xd的不饱和值的求取
发电机三相对称短路，磁路处于不饱和，则：
E 0 j I K xd
此时xd 为不饱和值:
E0 xd IK
短路的等效电路
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xd的不饱和值的求取
同步电抗简单测量方法：
同步机在同步转速下运转，测开路和短路特性。
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同步发电机的短路特性
短路实验接线图
2018/10/14
短路特性
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同步发电机的短路特性
• 短路时，限制短路电流的只有发电机的同步阻抗， 忽略电枢电阻只考虑同步电抗，短路电流可认为纯 感性。
短路时的等效电路
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短路时的相矢图
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同步发电机的短路特性
实验结果及分析 （以凸极机为例）
I f const, cos cons,U f ( I )
调整特性 U const, cos cons, I f f ( I ) 表征同步电机特性的主要参数有：
同步电抗 X S , X d , X q
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漏抗 X 。
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同步发电机的基本特性
•同步电机的基本特性常用标么值来表示。 •标么值表示时，基准值的选取： 定子相电压：额定相电压。 定子相电流：额定相电流。 功 率：
E0 I f
短路特性曲线为直线。
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同步发电机的短路特性
I
短路特性曲线是一条直线。
IN
原因：短路电流可认为是纯感性， 即 。 90 电枢磁动势去磁，气隙合成 磁动势小，气隙磁通也很小， 磁路不饱和，所以短路特性是 一条直线。
0
IfK 短路特性曲线
2018/10/14
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本章主要内容
第一节 空载特性、短路特性、不饱和同步电 抗和短路比的求取
第二节 零功率因数负载特性及漏电抗的求取 第三节 稳态参数的实验测定 第四节 同步发电机的运行特性 第五节 同步发电机电压调整率及额定励磁电 流的求取
2018/10/14 2
E 0 U I ra j I d xd j I q xq
Id I sin ; I q I cos
U 0; ra 0; 900 I q 0
ຫໍສະໝຸດ Baidu
E 0 j I d xd j I q xq j I k xd I k
E0
xd
n nN，U 0，I f ( I f )
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同步发电机的短路特性
短路实验步骤： ①电枢三相绕组出线端短路。 ②原动机拖动转子至同步速度，n n1
③调If ，使定子短路电流 I由零升至 1.2IN左右，记下对 应的定子短路电流和励磁电流。 ④画出曲线 I f ( I f ) 。
2018/10/14 7
空载特性曲线
• If=0时有剩磁电动势。
• 将曲线延长与横轴相交， 取交点与原点的距离△if0 为校正值。
• 将实测曲线整体右移得 到工程中适用的校正曲 线，即过原点的曲线为 空载特性曲线。
2018/10/14
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同步发电机的短路特性
短路特性：额定转速下，定子三相绕组的出线 端持续稳态短路时，定子相电流（即稳态短路 电流）与励磁电流的关系。
mU b I b
励磁电流： 空载时 E0 U N 时的If
2018/10/14 6
第一节 空载特性、短路特性、不饱和电抗 和短路比的求取
一.空载特性实验测定
• 通过计算或试验得到。
• 由于磁滞现象，上升和 下降的磁化曲线不重合， 一般规定采用下降曲线 表示空载特性，约从 1.3UN对应的励磁电流 逐步减小。
U 0，I
E0
E0
气隙线 空载特性
UN
短路特性
IN Ik
2018/10/14
0
I f0
I fN
If
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短路比的确定
空载电势等于额定电压时的励磁电流称空载额定励 磁电流Ifo，在励磁电流为If0时做三相稳定短路试验测得 的短路电流为Ik，与额定电流IN之比叫短路比Kc 。
Ik kC E0' IN I fN （I k I N）
概 述
稳态运行：电机转速保持额定（ n1 nN ） 供给三相对称负载的运行情况。 稳态运行特性曲线是确定电机主要参数、评 价电机性能的主要依据。 主要变量：电压U、电枢电流I、励磁电流If 和功率因数cos。 运行特性：当其中两个量保持常数，另外两 个量之间的关系称为运行特性。
IfN为短路特性Ik=IN 时的励磁电流。
UI I f（ U U ） 0 0 N
3 1
UN 2
IN
Ik
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0
If0
Ifn
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If
利用发电机的空载特性与短路特性求xd的不饱和值和短路比
2018/10/14 20
短路比的确定
I k I f（ 0 U 0 U N） kC IN I fN （I k I N）
2018/10/14 3
概 述
基本特性：稳态运行时，同步发电机的端电 压U，电枢电流I，励磁电流If 及功率因数 cos之间的函数关系。
2018/10/14
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同步发电机的五个基本特性
空载特性 I 0,U f ( I f ) 短路特性 U 0, I k f ( I f ) 负载特性 I const, cos cons,U f ( I f ) 外特性
在同一坐标纸上绘成曲线，并作出气隙线。 选一固定的If，求对应 的Ik和对应于气隙线上 的E0，则同步电抗：
U 0，I
E0
E0
气隙线
空载特性 短路特性
xd(不饱和)= E0/Ik
UN
IN Ik
0 I f0 I fN If
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xd的不饱和值的求取
标么值
' I xd E N E0* xd* Zb I k U N I k* ' 0
结论：短路时，定子回路阻抗由纯电感组成，故短路 电流Ik滞后 E0900，此时电枢反应纯去磁。
2018/10/14 13
同步发电机的短路特性
E E 0 E a E 0 j I xa U I ra j I x j I x
气隙磁势很小→气隙电势很小，整个电机的磁路 处于不饱和状态，则有：
If
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xd的不饱和值的求取
发电机三相对称短路，磁路处于不饱和，则：
E 0 j I K xd
此时xd 为不饱和值:
E0 xd IK
短路的等效电路
2018/10/14 16
xd的不饱和值的求取
同步电抗简单测量方法：
同步机在同步转速下运转，测开路和短路特性。
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同步发电机的短路特性
短路实验接线图
2018/10/14
短路特性
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同步发电机的短路特性
• 短路时，限制短路电流的只有发电机的同步阻抗， 忽略电枢电阻只考虑同步电抗，短路电流可认为纯 感性。
短路时的等效电路
2018/10/14
短路时的相矢图
12
同步发电机的短路特性
实验结果及分析 （以凸极机为例）
I f const, cos cons,U f ( I )
调整特性 U const, cos cons, I f f ( I ) 表征同步电机特性的主要参数有：
同步电抗 X S , X d , X q
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漏抗 X 。
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同步发电机的基本特性
•同步电机的基本特性常用标么值来表示。 •标么值表示时，基准值的选取： 定子相电压：额定相电压。 定子相电流：额定相电流。 功 率：
E0 I f
短路特性曲线为直线。
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同步发电机的短路特性
I
短路特性曲线是一条直线。
IN
原因：短路电流可认为是纯感性， 即 。 90 电枢磁动势去磁，气隙合成 磁动势小，气隙磁通也很小， 磁路不饱和，所以短路特性是 一条直线。
0
IfK 短路特性曲线