同步发电机的运行特性

.
.
E0
Ead
图6.31凸极机稳
Fad '
F '
.
E
态短路时-空矢量
.
Ff
Fad '
I
E U IRa jIX jIK X
.
U 0
E E0 Ead Eaq U IRa jIX
4、特性三角形（短路三角形）
E
E0 =f (If ) E
C
E
Ff （ If ）
三角形ABC为同步 发电机的特性三角 形。
-AB =Fad‘ -AC=INX
O
A F'
Fad‘
B 数值小,对应的磁通也,电机磁路不饱和
图6.32 特性三角形
E E0 Ead Eaq U IRa jIX
思考： 同步发电机定子绕组的出线端短路后，电枢
电流 IK随励磁电流 If 变化，两者为什么成正比 关系？
三、零功率因数特性
1、定义
发电机的负载特性是指当负载电流=常数， 功率因数cosj=常数的条件下，端电压U与励 磁电流的关系 。其中当cosj=0时一条负载特 性称为零功率因数特性。
2、相量图
cosj=0 的负载为纯电感负载， Ra远小于 回路电抗，故=900，零功率因数负载时的电枢 磁动势也是纯去磁作用的直轴磁动势。
E U IRa jIX U jI X
五种基本特性：
1、 空载特性：当I=0时，E0 (U0) ＝f(if)
2、 短路特性：当U=0时， Ik＝f(if) 3、 负载特性：当I=const,cosΦ=const时,
U＝f(if) 4、 外 特 性：if= const,cosΦ=const时，
U＝f(I) 5、 调整特性：U= const,cosΦ= const时,
特性三角形（见图6.31）
三角形EAF也为
U E0=f E
B (If )
F
CA
UN
E
O
Ifa
K Ff(If )
图6.31 零功率因数负载特性的分析
同步发电机的特
性三角形。
-OB = UNj -EA =IX -BC =If0 -BF =If -AF =Ifa -AC:克服漏阻抗
压降IX所需励磁 电流
在测定零功率因数负载特性时，I保持不 变，故特性三角形大小不变。
隐极机： E0 U IK Ra jIk X t jIk X t
凸极机：
E0 U IRa jIX jId X ad jIq X aq jId X d (不饱和） 900,电枢磁势基
本上为纯直轴去磁， Fa=Fad,Faq=0.
E U IK Ra jIk X jIk X
F’ =Ff –Fad ’（数值上）
2、外特性曲线形状与负载的性质有关。
感性负载及纯电阻负载：电枢反应去磁
★感性负载(j>0,cos j滞后)，励磁电流If不变时， 随着电枢电流I的增大，有两个因素导致端电压 下降： 电枢反应的去磁 EU ；漏抗压 降IRa的增大。故感性负载同步电机的外特性是 下降的曲线。
★容性负载，电枢反应为增磁作用，电枢 电流I增大，端电压U反而增大。 图6-32 给出了各种情况下的外特性曲线。 ★纯电阻负载:电枢反应去磁,外特性是下降 曲线.
画出相量图见图6.31
可以看出，jI.X
. 与U处
于同一方位，其相量加减
可简化为代数加减，即
E U jIX
.
E0 .
. jIX
E . U Fad ' = Fa '
F ' =Ff- Fa ' I. 滞后于U. 900
Fad ' F ' Ff
.
Fad ' I
图6.31 零功率因数负载时时-空矢量图
3、理想零功率因数特性与空载特性之间存在一个
（利用图6.29短路特性、空载特性求取）
① 隐极机：短路 E0 U IK Ra jIk X t jIk X t
故 Xt=E0' /IK
短路时磁路不饱和，故在同一Ff ( If )下，由
空载特性中的气隙线E0'=f (Ff )求得E0 ' ，由短 路特性求得IK，由Xt=E0' /IK得不饱和同步电 抗Xt 。
if＝f(I)
6.3.1 同步发电机的运行特性
1、空载特性
n=n1，改变If，空载电势E0改变。
（1）、 励磁电流：0
最大值
（2）、 励磁电流：最大值
零
由于铁磁材料磁滞效应, 上升和下降空载电 势略有不同，一般取下降的空载特性曲线。
U0=E0
2
1
If
if0
图6.28 空载特性的实验测定及校正
E0' =f (Ff ) 图6.29 三根空载特性曲线
若X已知，对应于一固定I的去磁作用的等 效励磁磁动势力Ifa，该三角形唯一确定，将 左上角顶点沿空载特性移动时，其右下角顶 点的轨迹即为所求的零功率因数负载特性。
四、外特性
1、外特性 n=nN, If =常数,cosj=常数条件下，同
步发电机单机运行时,端电压U随负载电 流而变化的关系曲线U=f(I) 。
又因磁路不饱和，F’ IK Fad ’ IK 故：有Ff IK 即If IK
.
短路特性为一条过原点的直线。
稳态短路时，电机中的电枢反应为纯去磁作用， 电机的磁通和感应电势较小，短路电流也不会过 大，所以三相稳态短路运行没有危险。
I
短路特性
IN
O
I fk
图6.30 短路特性
If
3、稳态短路时-空矢量图
3、为使不同cosj下，I=IN时均有U=UN，则
感性负载下所需励磁电流If大----过励状态
容性负载下所需励磁电流If小----欠励状态
纯电阻负载cosj1下所需励磁电流If----正 常励磁状态。
U
UN
O
IN I
图6-32 同步发电机的外特性
五.同步发电机的调整特性
If
If 0
O
I
返回
6.3.2 特性曲线在参数计算中的应用 一、不饱和同步电抗的求取
② 凸极机：短路时
E0 U IRa jIX jId X ad jIq X aq jId X d (不饱和） Xd不饱和=E0' /IK
Xd*不饱和= Xd不饱和/Zb =(E0' INj ) / ( IKUNj )
=E0' * /IK *
在同一Ff ( If )下，由空载特性中的气隙线E0' =f (Ff )求得E0 ’ ，由短路特性求得IK，由Xd不饱和 =E0' /IK得不饱和同步电抗Xd 。
二、 同步发电机的短路特性
当U=0、保持n=nN时， Ik＝f(If)
1、短路时（U=0）电动势方程
隐极机：E E0 Ea E U IK Ra jIk X
凸极机：E E0 Ead Eaq U IRa jIX
即 E U IRa jIX jIK X
2、短路特性曲线
.
已知 U 0、当Ra=0时