电机学CH16 同步发电机的稳态运行特性及

第十六章 同步发电机的稳态运行
特性及参数的测定
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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
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概述
•
••
•
•
E0 U I ra j I d xd j I q xq
Id I sin ; Iq I cos
•
U 0; ra 0; 900 Iq 0
•
E0
•
•
j I d xd j I q xq
•
j Ik xd
Ik E0 xd
结论：短路时，定子回路阻抗由纯电感组成，故短路
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 。
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kC

Ik IN

I f（0 U0

U
）
N
UI
I f（N Ik

I
）
N
E0'
1
IfN为短路特性Ik=IN UN 时的励磁电流。
• 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。
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同步发电机的短路特性
短路特性：同步发电机保持额定转速下，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。
IN
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Ik
表征同步电机特性的主要参数有：
同步电抗 X S , X d , X q 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：
mU b Ib
励磁电流： 当空载时 E0 U N 时的If
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：
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 IN
0
IfK
If
短路特性曲线
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短路特性曲线是一条直线。
原因：当定子绕组短路时，端电 压为零，限制短路电流的是发电 机的内部阻抗。由于定子绕组电 阻远小于同步电抗，所以短路电 流可认为是纯感性，即 90。
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同步发电机的短路特性
短路实验接线图
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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）
电枢磁动势是起去磁作用的 直轴磁动势，气隙合成磁动势 就很小，它所产生的气隙磁通 也很小，磁路处于不饱和状态， 所以短路特性是一条直线。
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xd的不饱和值的求取
当发电机三相对称短路时，磁路处于不饱和状态， 由短路电流引起的同步电抗压降恰和励磁电势相等：
•
•
E0 j I K xd
由于此时气隙磁势不 饱和，xd 为不饱和值:
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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
• 可通过计算或试验得到。
• 由于磁滞现象，上升和
下降的磁化曲线不会重
合，因此，一般规定采
用下降曲线来表示空载
特性，约从1.3UN对应 的励磁电流逐步减小而
得到的下降曲线。
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空载特性曲线
• If=0时有剩磁电动势
E0
xd(不饱和)= E0/Ik
I ILeabharlann Baidu
N k
气隙线
空载特性 短路特性
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0
If0 IfN
If
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xd的不饱和值的求取
标么值
xd*

xd Zb

E0' I N Ik U N

E0' * Ik*
U 0，I E0
E0 UN
I I
N k
气隙线
空载特性 短路特性
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0
If0 IfN
稳态运行：电机转速保持额定（n1 nN ） 供给三相对称负载的一种稳态运行情况。
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。
稳定运行时的主要变量：电压U、电枢电流I、
励磁电流If和功率因数cos。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。
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•
电流Ik滞后 E0900，此时电枢反应纯去磁。
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同步发电机的短路特性
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。
•
•
•
•
•
••
•
•
E E0 Ea E0 j I xa U I ra j I x j I x
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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。
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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, Ik f (I f )
负载特性 I const,cos cons,U f (I f ) 外特性 I f const,cos cons,U f (I ) 调整特性 U const,cos cons, I f f (I )
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调励磁电流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 ) 。
xd

E0 IK
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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：
➢ 原动机带动同步发电机在同步转速下运转，测其开
路和短路特性。
➢ 在同一坐标纸上绘制成曲线，并作出气隙线。
➢ 选一固定的If，求对应 的短路电流Ik和对应于
U 0，I E0
气隙线上的电势E0，则 同步电抗可按下式求得：U N