同步發(fā)電機的參數(shù)測定和運行特性

電機學

ElectricalMachinery自動化系溫志明20121空載、短路特性轉差法求Xd和Xq；短路比的概念（補充）外特性、調(diào)整特性、效率特性本節(jié)內(nèi)容2電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電機的特性分析基礎對稱運行：指電機轉速為額定值且保持恒定，并供給三相對稱負載時的一種穩(wěn)態(tài)運行方式主要變量：電壓U、電樞電流I、激磁電流If和功率因數(shù)cosθ

3電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電機的特性分析基礎特性：(1)空載特性：I=0(2)短路特性：U=0(3)負載特性：I=const、cosθ=const(4)外特性：If=const、cosθ=const(5)調(diào)整特性：U=const、cosθ=const主要參數(shù)：同步電抗xs、xd、xq及漏抗xσ

區(qū)別不同的條件、參數(shù)間關系4電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com標幺值計算時的基值定子側電壓基值——額定相電壓電流基值——額定相電流容量功率基值——電壓基值*電流基值阻抗基值——電壓基值/電流基值轉子側轉子電流基值——空載電勢為額定相電壓時的勵磁電流5電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的空載特性當空載運行時（電樞繞組開路，I=0）,空載電動勢E0隨轉子勵磁電流If變化的關系。

空載特性與電機磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律

E0Φ0If

Ff

6電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的空載特性當勵磁電流較小時，由于磁通較小，電機磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長后的射線稱為（氣隙線）磁勢主要消耗在氣隙上隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進入飽和段。（向下彎曲）鐵磁飽和后，需磁勢迅速增大，橫向距離bc為鐵磁部分的磁壓為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設計在空載特性的彎曲處，如圖中的c點ba7電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的空載特性飽和系數(shù)：E0*=1時的總磁勢與氣隙磁勢之比，一般在1.1-1.25間

意義：空載磁路飽和后，由勵磁磁勢所建立的磁通和感應電勢都降低到未飽和時的1/k。8電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的實驗測定調(diào)節(jié)可變電阻，使勵磁電流逐步上升，每次記下If和E0的讀數(shù)。作同步電機的空載特性由于存在剩磁，規(guī)定用下降曲線來表示空載特性。從1.3UN對應的勵磁逐步減小9電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的實驗測定剩磁電動勢10電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的工程應用①

將設計好的電機的空載特性與常規(guī)空載特性相比較，如果兩者接近，說明電機設計合理，反之，則說明該電機的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。 如太飽和，將使勵磁繞組用銅過多，且電壓調(diào)節(jié)困難 如飽和度太低，則負載變化時電壓變化較大，且鐵心利用率較低，鐵心耗材較多。11電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性的工程應用

②結合短路特性可以求取同步電機的參數(shù)。③發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。必須掌握（*）12電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的短路特性發(fā)電機三相穩(wěn)態(tài)短路試驗時，電樞短路電流Ik與激磁電流If間的關系曲線。忽略繞組電阻ra13電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的短路特性(c)短路運行時，Ik

滯后于E090o電角度，

，交軸分量Ikq=0，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔谩?/p>

影響：電機磁路處于不飽和狀態(tài)。14電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com短路特性曲線去磁作用減少了電機中的磁通，磁路處于不飽和狀態(tài)電樞磁勢Fa正比于電樞電流I=Ik短路特性是一直線15電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com短路特性曲線IkIf0U=0穩(wěn)態(tài)短路時，電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，電機的磁通和感應電勢較小，短路電流不大，三相穩(wěn)態(tài)短路運行沒有危險16電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com隱極同步發(fā)電機

的短路特性分析IfIOOIfkIN短路特性純?nèi)ゴ哦搪诽匦圆伙柡?7電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com凸極同步發(fā)電機

的短路特性分析所以：結論：利用空載特性和短路特性，可以求出Xd。18電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com短路特性的測定——短路試驗先將三相電樞繞組在出線端處短接，再起動原動機將發(fā)電機帶到同步轉速，通入不同數(shù)值的激磁電流If，讀取每次相應的短路電流Ik，即得同步發(fā)電機的短路特性。19電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com負載特性曲線端電壓與激磁電流間的曲線U＝f(If)，I=const，

cosθ=const零功率因數(shù)特性（2）：cosθ=0的負載特性純感性負載，純?nèi)ゴ抛饔玫碾姌蟹磻?0電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com零功率因數(shù)特性（2）：cosθ=0的負載特性純感性負載，純?nèi)ゴ抛饔玫碾姌蟹磻?/p>

Faq=0,Fad=Fa

合成磁勢 端電壓負載特性曲線矢量（相量）關系變成了代數(shù)關系21電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性與零功率因數(shù)曲線mn對應于去磁磁勢kadFad的勵磁電流on：合成磁勢om=mn+om：勵磁磁勢Ffan：E——合成電勢ab：Ixσ

bn=cm：U=E-Ixσ

c點：對應(U,If)為零功率因數(shù)特性曲線上一點負載時實際勵磁22電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com空載特性與零功率因數(shù)曲線電抗三角形abc如電樞電流保持不變，三角形大小不變高ab=Ixσ，底邊bc=mn均正比于電樞電流c點軌跡即為零功率因數(shù)曲線負載時實際勵磁23電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com零功率因數(shù)曲線求取兩點試驗實驗法

當電機較大時，將電機并聯(lián)于電網(wǎng)，有功調(diào)節(jié)為零，調(diào)節(jié)勵磁使發(fā)出無功電流達到IN，即為e點.短路點e點——（I=IN,U=0）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流，使三相穩(wěn)定短路電流為額定值額定電壓點c點——（I=IN,U=UN

）調(diào)節(jié)發(fā)電機處于過激，電樞電流為額定值，輸出有功功率為0（零功率因數(shù)），激磁電流和額定電壓決定c點24電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的參數(shù)及測定同步電抗：飽和與不飽和值xd和xq的轉差法測定短路比漏抗和保梯電抗25電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步電抗的實驗測定不飽和同步電抗短路時不計飽和凸極電機的交軸同步電抗可以利用經(jīng)驗公式求得

26電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com飽和同步電抗{這頁不太懂}在純感性負載時磁路飽和決定于空氣隙中的合成磁場，忽略漏阻抗壓降，則決定于端電壓。不同的端電壓時，xs不同當磁路不飽和時，同步電抗電壓為c’a’，比ca大。不飽和同步電抗的數(shù)值比飽和同步電抗的數(shù)值大。27電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com轉差率試驗，測定xd、xq同步電機由原動機帶動，轉速接近于同步轉速，轉子激磁繞組開路（不加激磁），在定子端子上外施—對稱三相電壓。為了避免轉子被牽入同步，外施電壓約為額定電壓的1/4左右，且使其相序能保證電樞旋轉磁場的轉向與轉子的轉向—致。調(diào)節(jié)原動機轉速，使約有1％一2％的轉差。此時，定子旋轉磁場的軸線交替地與轉子直軸和交軸重合。28電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com轉差率試驗，測定xd、xq當定子旋轉磁場與轉子直軸重合時，定子的電抗為xd，此時電抗最大，定子電流最小，線路壓降最小，端電壓為最大。當定子旋轉磁場與轉子交軸重合時，定子的電抗為xq，此時電抗最小，定子電流最大，線路壓降最大，端電壓為最小。計算為不飽和值1外施電壓低，定子電樞磁場較小2無激磁電流，沒有轉子勵磁磁場29電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com轉差率試驗，測定xd、xq應用：正常運行時，電機磁路飽和，d軸氣隙小而磁導大，磁路飽和而使xd減小，分析時應用xd飽和值；短路時，由于電樞反應的去磁作用，使電機磁路處于不飽和狀態(tài)，xd用不飽和值。q軸：磁路氣隙較長，磁導小，磁路不飽和，xq取不飽和值。30電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com轉差法求Xd

和Xq目的：同時測出Xd

和Xq

。方法：勵磁繞組開路，If=0;定子繞組外施三相對稱低電壓，U≈(2～5)％UN；定子旋轉磁場與轉子轉向一致；轉速接近但不等于同步轉速，S<0.5%。操作：用示波器拍攝電樞電壓、電樞電流和勵磁電壓波形。31電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com轉差法求Xd和Xq原理：當定子磁場與d軸重合時，I=Id，Iq=0，電抗達到最大值；當定子磁場與q軸重合時，I=Iq，Id=0，電抗達到最小值。所以：32電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com短路比kK在空載時使空載電勢有額定值時的激磁電流If0與在短路時使短路電流有額定值時的激磁電流Ifk之比IN在激磁電流為If0時的短路電流標幺值33電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的短路比定義：對應于空載額定電壓的勵磁電流下，在三相穩(wěn)態(tài)短路時，短路電流與額定電流之比。轉換：產(chǎn)生空載額定電壓時與產(chǎn)生額定短路電流時所需的勵磁電流之比。IfE0IOUNφIf0Ik0空載特性短路特性氣隙線IfkINE’034電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的短路比kkXd*氣隙優(yōu)點缺點大小大發(fā)電機性能好：端電壓變化小穩(wěn)定性高勵磁安匝和用銅量增加電機尺寸和成本增加小大小電機成本低電壓調(diào)整率大穩(wěn)定性差35電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com短路比kK分析：短路比略大于不飽和同步電抗的倒數(shù)短路比大，則同步電抗小，負載變化時發(fā)電機的電壓變化就小，并聯(lián)運行時發(fā)電機的穩(wěn)定度較高；設計上，電機氣隙較大，轉子的額定激磁磁勢和用銅量增大。短路比小，同步電抗大，負載變化時發(fā)電機的電壓變化就大——電壓調(diào)整率大，發(fā)電機的穩(wěn)定度較差。工程上：隨著單機容量的增大，為了提高材料利用率，隨機組容量增大短路比降低。由于采用自動勵磁調(diào)節(jié)裝置，大大提高了運行穩(wěn)定性，降低短路比可以提高電機經(jīng)濟指標36電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com漏抗的測定bc等效于電樞反應的勵磁電流電抗三角形法抽出轉子法37電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com抽出轉子法測漏抗抽出電機轉子，定子繞組外施三相對稱電壓，使輸入電流達到額定值（U=15%UN）電壓方程忽略定子繞組電阻，則：特點： 實測值大于實際值——轉子空間也歸入了漏磁路，使總磁阻減小，表現(xiàn)漏抗增大?？刹捎锰綔y線圈修正。38電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com保梯電抗xp在三相穩(wěn)態(tài)短路時，縱邊為INxσ——短路三角形隨著電壓增加，三角形縱變將增大，對應于U=UN，邊長為INxP——保梯(potier)三角形汽輪發(fā)電機，極間漏磁通較小，xp近似等于xσ

凸極發(fā)電機，xp=(1.1-1.3)xσ零功率因數(shù)試驗時，磁極漏磁較大，磁極飽和程度較空載時高，為此必須加大激磁曲線2：由特征三角形及空載特性作出當考慮轉子漏磁影響后，特性三角形縱邊并非恒定不變。39電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性外特性電壓變化率調(diào)整特性效率特性磁勢法求電壓變化率和額定勵磁電流40電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com發(fā)電機的外特性n=n1,If=const，cos=const，單機運行，發(fā)電機端電壓U隨負載電流I的變化關系——與負載的性質(zhì)有關

影響因數(shù)：1.電樞反應2.漏抗壓降當容性負載且內(nèi)功率因數(shù)超前時，電樞反映是助磁作用，特性可以呈上升形狀。41電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com在容性負載時，需適當降低勵磁，呈欠激運行在感性負載下需供給較大勵磁，稱為過激運行不同功率因數(shù)下，I=IN時均有U=UN發(fā)電機的外特性42電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的外特性過勵狀態(tài)欠勵狀態(tài)43電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com發(fā)電機的調(diào)整特性n=n1,U=const，cos=const，作單機運行，負載電流I與勵磁電流If的關系物理意義：維持端電壓不變，勵磁電流需隨負載電流的大小變化進行調(diào)節(jié)。44電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com發(fā)電機的調(diào)整特性在感性負載時，隨負載增大，需增加勵磁以抵消電樞反應的去磁作用在容性負載時，隨負載增大，需減小勵磁以平衡電樞反應的助磁影響45電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com效率特性n=nN，U=UN，cos=cosN，效率與輸出功率P2的關系測量方法：直接負載法，損耗分析法損耗分析：基本損耗：電樞鐵耗，電樞銅耗，勵磁損耗，機械損耗雜散損耗：漏磁引起的渦流損耗，諧波引起的轉子表面損耗等額定效率范圍：1水輪發(fā)電機（空氣冷卻）：96%-98.5%2汽輪發(fā)電機（空氣冷卻）：94%-97.8%46電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com同步發(fā)電機的效率特性前提：n=n1，U=UN，cos

=cos

N求取：η=f(P2)測量方法：直接負載法，損耗分析法。范圍：現(xiàn)代大型同步發(fā)電機的效率一般都在95％以上。47電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電壓變化率額定工作點：額定電壓、額定負載（額定電流與功率因數(shù)）保持轉速與勵磁不變，如負載減小，則電樞反應的去磁作用也減小，端電壓將升高——電壓變化48電機學教案，

太原工業(yè)學院自動化系溫志明，wasxty_99@163.com電壓調(diào)整率保持額定運行時的勵磁電流和轉速不變，發(fā)電機的額定運行時的端電壓為UN，空載時端電壓為空載電勢E0

，電壓調(diào)整率表示

△U是發(fā)電機的性能指標之一，按國家標準規(guī)定應不大于50%通過采用快速勵磁調(diào)節(jié)器，可以自動改變激磁電