電機(jī)學(xué)第6章同步電機(jī)

第6章同步電機(jī)6.1同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)6.2空載和負(fù)載時同步發(fā)電機(jī)的磁場6.3隱極同步發(fā)電機(jī)電壓方程相量圖等效電路6.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖6.5同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程6.6同步電抗的測定6.7定子漏抗和電樞等效磁動勢的測定6.8同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性6.9同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理大小：頻率：

勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢

.相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。波形：由可知，波形取決于的空間分布。U2U1W2V1W1V2發(fā)電機(jī)的物理過程可用圖示表示旋轉(zhuǎn)示意圖1旋轉(zhuǎn)示意圖2

現(xiàn)代社會中的交流電能幾乎全部由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。如汽輪發(fā)電機(jī)（火電和核電）和水輪發(fā)電機(jī)（水電站）單機(jī)容量均已超過100萬KW

同步電動機(jī)主要驅(qū)動一些不要求調(diào)速的大功率生產(chǎn)機(jī)械。

調(diào)相機(jī)實際是并聯(lián)在電網(wǎng)上空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)

同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速機(jī)時得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。6.1

同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)

按運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機(jī)類別,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等。汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和補(bǔ)償機(jī)一般作成凸極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的類型NS+隱極式返回NSNS+凸極式返回1同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同,可分為隱極同步電機(jī)和凸極同步電機(jī)隱極同步電機(jī)（汽輪發(fā)電機(jī)）定子鐵心：硅鋼片疊成。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。電樞繞組：三相對稱繞組——銅線制成定子(電樞)轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護(hù)環(huán)：保護(hù)勵磁繞組受離心力時不甩出勵磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵磁繞組中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動轉(zhuǎn)子返回汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)定子鐵心返回汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)返回汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)械端口轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心電端口ABC返回汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)返回國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)2同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能

電動機(jī)——把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能補(bǔ)償機(jī)——沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸收無功功率

同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主磁場之間的夾角δ，δ稱為功率角

NNoNoNoNNSoSoSSSSo主極主極同步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)補(bǔ)償機(jī)電動機(jī)返回3同步電機(jī)的勵磁方式直流勵磁機(jī)勵磁——直流勵磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵或他勵接法。整流器勵磁————靜止式旋轉(zhuǎn)式分為電勵磁方式和永磁勵磁方式

直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生直流電通過集電環(huán)和電刷加到同步機(jī)的勵磁繞組，換向器易產(chǎn)生火花現(xiàn)已經(jīng)被永磁勵磁方式和整流器的勵磁方式取代。交流勵磁機(jī)靜止整流器勵磁方式產(chǎn)生直流電通過集電環(huán)和電刷加到同步機(jī)的勵磁繞組，轉(zhuǎn)軸長度增長，軸的剛度的穩(wěn)定性受影響。自勵靜止整流器勵磁方式在發(fā)電機(jī)的出線端接勵磁變壓器，然后在經(jīng)整流器產(chǎn)生直流電通過集電環(huán)和電刷加到同步機(jī)的勵磁繞組，在大型發(fā)電機(jī)中應(yīng)用非常廣泛。旋轉(zhuǎn)整流器（無刷）勵磁方式。永磁勵磁方式，特別是一些高速運(yùn)行電機(jī)。常用的：直流勵磁機(jī)、交流勵磁機(jī)、靜止整流器勵磁、旋轉(zhuǎn)整流器勵磁帶副勵磁機(jī)的勵磁系統(tǒng)GG副勵磁機(jī)主勵磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)返回靜止整流器勵磁系統(tǒng)交流副勵磁機(jī)交流主勵磁機(jī)不可控整流起器電壓調(diào)整器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器可控整流起器自勵恒壓器返回4同步電機(jī)的額定值對同步發(fā)電機(jī)額定值之間關(guān)系為：額定運(yùn)行時加在三相定子繞組上的線電壓。指電機(jī)額定運(yùn)行時，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機(jī)是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVA或KW。電動機(jī)額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KW。調(diào)相機(jī)用KVA或Kvar表示。在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子繞組的線電流.

空載運(yùn)行時，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。表示一臺四極電機(jī)空載時的磁通示意圖。從圖可見，主極磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ兩部分，前者通過氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分。6.2空載和負(fù)載時同步發(fā)電機(jī)的磁場一、空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以恒定的直流勵磁電流，定子電樞繞組開路，這種運(yùn)行狀態(tài)，稱為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。勵磁電流If單獨(dú)建立的勵磁磁動勢Ff產(chǎn)生的主、漏磁通。主、漏磁通均隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。主磁通交鏈電樞繞組，在電樞繞組中感應(yīng)電動勢；漏磁通不交鏈電樞繞組，不在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，不參與定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換.空載時電磁關(guān)系：空載特性：空載電動勢大小：空載特性曲線：氣隙線時空相矢量圖時間相量E和空間相量F和B二、對稱負(fù)載時的電樞反應(yīng)

電樞磁動勢的基波在氣隙中所產(chǎn)生的磁場就稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)(增磁、去磁或交磁)取決于電樞磁動勢和主磁場在空間的相對位置。分析表明，此相對位置取決于激磁電動勢E0和扭載電流I之間的相角差Ψ0(Ψ0稱為內(nèi)功率因數(shù)角)。下面分成兩種情況來分析6.2空載和負(fù)載時同步發(fā)電機(jī)的磁場電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動勢基波和勵磁磁動勢基波之間的相對位置，即與空載電動勢和電樞電流之間的夾角有關(guān).勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別基波波形大小位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向勵磁磁動勢正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機(jī)的轉(zhuǎn)速決定由原動機(jī)決定電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由磁極對數(shù)和電流頻率決定由電流相序決定準(zhǔn)備工作三個角四個軸

1

時的電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)空載電動勢和電樞電流同相位.a)定子繞組電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖b)時間矢量圖c)時-空統(tǒng)一矢量圖d)氣隙合成磁場與主磁場的相對位置

a)滯后于時的空間矢量圖

b)滯后時的時-空統(tǒng)一矢量圖

c)超前時得時-空統(tǒng)一矢量圖返回d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸V軸2

時的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸3

時的電樞反應(yīng)空載電動勢滯后電樞電流

電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)d軸q軸A軸AX

ZBCYNSC軸B軸4

一般情況下的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流角,電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸,還有直軸去磁電樞反應(yīng)此種情況下---直軸分量---交軸分量---直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢---交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢一般情況下的電樞反應(yīng)小結(jié)上升下降

上升下降下降下降不變不變下降R、C增強(qiáng)交軸直軸助磁d、q軸R、L削弱交軸直軸去磁d、q軸C增強(qiáng)直軸助磁d軸L削弱直軸去磁d軸R波形畸變交軸q軸

負(fù)載性質(zhì)對電機(jī)的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作夾角

位置隱極(Cylindrical-rotor)發(fā)電機(jī)的電磁過程:不考慮磁飽和6.3隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路在時間相位上，滯后于以90°電角度，若不計定子鐵耗,與同相位，則將滯后于以90°電角度于是亦可寫成負(fù)電抗壓降的形式，即采用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時，電樞的電壓方程為

因為電樞反應(yīng)電動勢Ea正比于電樞反應(yīng)磁通Φa不計磁飽和時，Φa又正比于電樞磁動勢Fa和電樞電流I，即

(6—5)

(6—6)

將式(6—6)代人式(6—5)，可得

(6—7)

式中，Xs稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗，Xs=Xa+Xσ，它是對稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時表征電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個效應(yīng)的一個綜合參數(shù)。不計飽和時，Xs是一個常值。圖6—15a和b表示與式(6—5)和式(6—7)相對應(yīng)的相量圖，圖6—15c表示與式(6—7)相應(yīng)的等效電路。從圖6—15c可以看出，隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路由激磁電動勢和同步阻抗Ra+jXs串聯(lián)組成，其中E0表示主磁場的作用，Xs表示電樞反應(yīng)和電樞漏磁場的作用。隱極同步發(fā)電機(jī)的向量圖返回隱極同步發(fā)電機(jī)的向量（圖b）返回隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路返回隱極發(fā)電機(jī)的電勢方程式其中同步電抗的物理意義：表征地對稱負(fù)載下單位電樞電流三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每相繞組中感應(yīng)電勢簡化方程式隱極發(fā)電機(jī)的相量圖已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)cosφ及參數(shù)R

、xsφψδ當(dāng)功率因數(shù)cos

φ滯后時的相量圖考慮磁飽和時，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動勢F，然后利用電機(jī)的磁化曲線

(空載曲線)求出負(fù)載時的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動勢。二、考慮磁飽和時再從氣隙電動勢減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即相應(yīng)的矢量圖、相量圖和F～E間的關(guān)系如圖6—16a和6—16b所示。圖6-16a中既有電動勢相量，又有磁動勢矢量。故稱為電動勢—磁動勢圖?；蚍祷匾弧㈦p反應(yīng)理論：考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大，故直軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λd(λd＝μ0／λd)要比交軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λq(λq＝μ0／λq)大很多，當(dāng)正弦分布的電樞磁動勢作用在直軸上時，由于λd較大，故在一定大小的磁動勢下，直軸基波磁場的幅值Bad1相對較大。6.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖圖6—18雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論圖6—18雙反應(yīng)理論返回雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論（布朗戴爾雙反應(yīng)法）

在磁路不飽和的條件下采用疊加定理，先把電樞磁動勢Fa分解為兩個磁動勢：一個作用在直軸上，叫直軸電樞反應(yīng)磁動勢Fad，一個作用在交軸上，稱交軸電樞反應(yīng)磁動勢Faq，兩者分別產(chǎn)生與其相位相同的直、交軸基波氣隙磁通密度，分別在繞組中產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁動勢Ead和Eaq，在加上基波勵磁磁動勢Ff1產(chǎn)生空載電動勢E0。三者疊加就得到氣隙磁動勢

不考慮磁飽和時同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時物理量的關(guān)系：二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖6.4凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程和相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程電磁關(guān)系：不計磁路飽和時有下列關(guān)系由于且令--直軸同步電抗--交軸同步電抗則電動勢平衡方程分別表征在對稱負(fù)載下，單位直軸或交軸三相電流產(chǎn)生的總電樞磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。直軸和交軸同步電抗的意義由于電抗與繞組匝數(shù)的平方和所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)成正比，所以所示。對于凸極電機(jī)，由于直軸下的氣隙較交軸下小，>，所以Xad>Xaq，因此在凸極同步電機(jī)中，Xd>Xq。對于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故Xd≈Xq≈Xs

返回

式中，Xd和Xq分別稱為直軸同步電抗和交軸同步電抗，它們是表征對稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時電樞漏磁和直軸或交軸電樞反應(yīng)的一個綜合參數(shù)。上式就是凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程。引入虛擬電動勢，使可得

和可以用相應(yīng)的負(fù)電抗壓降來表示若正方向按圖規(guī)定，則有代入得到凸極發(fā)電機(jī)的電動勢方程或注意：方程式中的電壓、電動勢和電流均為相值。凸極同步發(fā)電機(jī)的向量圖返回角的確定返回凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路圖返回凸極同步電機(jī)電樞磁通及所經(jīng)磁路及磁導(dǎo)返回直軸電樞磁導(dǎo)交軸電樞磁導(dǎo)返回凸極同步發(fā)電機(jī)的相量圖作圖步驟若內(nèi)功率因數(shù)角不知，可從以下公式求取6.5同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程一、功率方程和電磁功率

功率方程

若轉(zhuǎn)子勵磁損耗由另外的直流電源供給，則發(fā)電機(jī)軸上輸入的機(jī)械功率Pl扣除機(jī)械損耗和定子鐵耗后，余下的功率將通過旋轉(zhuǎn)磁場和電磁感應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)換成定子的電功率，所以轉(zhuǎn)換功率就是電磁功率Pe，即

再從電磁功率Pe中減去電樞銅耗可得電樞端點輸出的電功率P2；即

電磁功率

上式的第一部分與感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，第二部分則是同步電機(jī)常用的。對于隱極同步電機(jī)，由于EQ＝E0，故有二、轉(zhuǎn)矩方程返回電磁轉(zhuǎn)矩

同步發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞電流建立電樞反應(yīng)磁場，它與勵磁電流作用產(chǎn)生電磁力，在某些情況下形成電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。輸出的有功功率越大，有功分量電流就越大，交軸電樞反應(yīng)越強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩越大，為了保持電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，要求原動機(jī)輸入更大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩——調(diào)節(jié)有功功率。1.有功電流產(chǎn)生電磁力,形成電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)載(阻性負(fù)載)時,可以近似認(rèn)為即，電樞繞組流過有功電流時,產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)磁場。勵磁繞組載流體在該磁場作用產(chǎn)生電磁力，并形成制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。2.無功電流產(chǎn)生電磁力但不形成轉(zhuǎn)矩

說明發(fā)電機(jī)帶感性(或容性)無功負(fù)載時,不需要原動機(jī)增加能量。

但是直軸去磁（或助磁）電樞反應(yīng)對氣隙磁場有去磁（或助磁）作用，致使發(fā)電機(jī)端電壓下降（或上升）。為維持電壓恒定，勵磁電流需要相應(yīng)增加（或減?。{(diào)節(jié)無功功率。發(fā)電機(jī)帶電感或電容負(fù)載(無功負(fù)載)時,可以認(rèn)為產(chǎn)生直軸去磁(或助磁)電樞反應(yīng)磁場。勵磁繞組載流體在該磁場作用產(chǎn)生電磁力，但不形成電磁轉(zhuǎn)矩。有功電流產(chǎn)生電磁力，并形成電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o功電流產(chǎn)生電磁力，不形成電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)忽略電機(jī)本身參數(shù),ψ≈φ=00,有功電流產(chǎn)生電磁力,并形成電磁轉(zhuǎn)矩Temn1Temψ≈φ=900,無功電流產(chǎn)生電磁力,不形成電磁轉(zhuǎn)矩

n1nΦadIfAZBXCYNS6.6同步電機(jī)參數(shù)的測定一、用空載特性和短路特性確定Xd

空載特性可以用空載試驗測出。試驗時，電樞開路(空載)，用原動機(jī)把被試同步電機(jī)拖動到同步轉(zhuǎn)速，改變勵磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0(空載時即等于E0，直到U0≈1.25UN左右，可得空載特性曲線。

短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗測得，試驗線路如圖6-24a所示。將被試同步電機(jī)的電樞端點三相短路，用原動機(jī)拖動被試電機(jī)到同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流If使電樞電流I從零起一直增加到1.2IN左右，便可得到短路特性曲線，如圖6—24b所示。

短路時，，故，，而

所以

因為短路試驗時磁路為不飽和，所以這里的E0(每相值)應(yīng)從氣隙線上查出，如圖6—25所示，求出的Xd值為不飽和值。

(6—19)(6—20)

Xd的飽和值與主磁路的飽和情況有關(guān)。主磁路的飽和程度取決于實際運(yùn)行時作用在主磁路上的合成磁動勢，因而取決于相應(yīng)的氣隙電動勢；如果不計漏阻抗壓降，則可近似認(rèn)為取決于電樞的端電壓，所以通常用對應(yīng)于額定電壓時的Xd值作為其飽和值。為此，從空載曲線上查出對應(yīng)于額定端電壓UN時的勵磁電流If0，再從短路特性上查出與該勵磁電流相應(yīng)的短路電流，如圖6—26所示，這樣即可求出Xd(飽和)例題返回短路實驗接線圖返回短路特性返回用空載和短路特性來確定返回

(飽和)的確定返回6.7同步發(fā)電機(jī)特性、短路特性及同步電抗的測定1.空載特性定義：

空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓變化率等。

實際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵磁繞組和定子鐵心有無故障等。定義：短路時的等效電路2.短路特性短路時,電樞反應(yīng)為直軸去磁氣隙電動勢很小,感應(yīng)氣隙電動勢的氣隙磁通量很小,所以磁路不飽和.所以短路特性是一條過原點的直線.此時是常數(shù),有先短路后勵磁，短路電流小3.同步電抗的求取隱極發(fā)電機(jī)三相繞組短路電流時電壓方程式忽略電阻R時如果已知漏電抗，則電樞反應(yīng)電抗為3.同步電抗的求取短路時Iq=0，Id=Ik求xd不飽和值時,首先給定一勵磁電流If，在空載特性的不飽和段或氣隙線上確定對應(yīng)If的E0值，然后在短路特性曲線上確定對應(yīng)If的短路電流Ik的值,則

求取xd飽和值時，首先在空載特性上取對應(yīng)額定電壓UN的勵磁電流If0，再從短路特性上取出對應(yīng)If0的短路電流Ik，則

交軸同步電抗

凸極發(fā)電機(jī)6.8同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。

外特性——外特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即n＝nS，If=常值，cosφ=常值時，U=f(I)。

圖6—30

表示帶有不同功率因數(shù)的負(fù)載時，同步發(fā)電機(jī)的外特性。

調(diào)整特性——調(diào)整特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時，勵磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=常值時，If=f(I)。

圖6—31表示帶有不同功率因數(shù)的負(fù)載時，同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性

效率特性——效率特性是指轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=cosφN時，η=f(P2)。

返回同步發(fā)電機(jī)的外特性cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前返回圖6—31同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前返回1.負(fù)載特性2.零功率因數(shù)負(fù)載特性：功率因數(shù)為零時的負(fù)載特性目的：求電樞繞組的漏電抗同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性和保梯電抗的測定IfE0U氣隙線空載特性試驗曲線取額定點n,取與橫軸兩線的距離到L3處,作氣隙線的平行線交空載特性與K點,過K點作垂線交m.km即為對應(yīng)漏電抗電動勢nL3km同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性和調(diào)整特性定義：1.同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性即外特性

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)載時，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降；帶容性負(fù)載時且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。為了在不同功率因數(shù)下時能得到額定電壓，感性負(fù)載時要增大勵磁電流，容性負(fù)載時應(yīng)減小勵磁電流。

2.調(diào)節(jié)特性

在感性和阻性負(fù)載時，隨著負(fù)載電流的增加，必須增加勵磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用和漏阻抗壓降，保持端電壓恒定；對容性負(fù)載，隨著負(fù)載電流的增加，必須減小勵磁電流。

在功率因數(shù)一定情況下,根據(jù)調(diào)整特性曲線,可確定在負(fù)載變化范圍內(nèi),維持電壓不變所需的勵磁電流的變化范圍。運(yùn)行人員可利用調(diào)整特性曲線,使系統(tǒng)中無功功率的分配更合理一些。并聯(lián)運(yùn)行的含義6.9同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行1、提高供電的可靠性；2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性；3、提高電能的質(zhì)量。無窮大電網(wǎng)的含義

將兩臺或更多臺發(fā)電機(jī)分別接在電力系統(tǒng)對應(yīng)母線上，或通過變壓器、輸電線接在電力系統(tǒng)的公共母線上，共同向負(fù)荷供電.并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點并列方法1.準(zhǔn)同步法2.自同步法準(zhǔn)同期并列的條件1.待并發(fā)電機(jī)的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；2.待并發(fā)電機(jī)電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同；3.待并發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相同；4.待并發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同。

上述條件（4）一般在安裝發(fā)電機(jī)時，根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向確定了發(fā)電機(jī)的相序而滿足，因此運(yùn)行人員在并列時只需調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)使其滿足其它三個條件即可。

不滿足任一條件的并列稱為非同期并列，將對電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。重點內(nèi)容條件不滿足時對電機(jī)的影響1、電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受力變形。2、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩。3、電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，溫度升高，效率降低。4、電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生無法消除的環(huán)流，危害電機(jī)安全運(yùn)行。1.電壓大小不等此時,S兩端有電位差

在電位差的作用下發(fā)電機(jī)產(chǎn)生沖擊電流，即

沖擊電流為無功分量，不會加重原動機(jī)的負(fù)擔(dān)，但會在電樞繞組中產(chǎn)生很大的沖擊力，使電樞繞組端部受沖擊力的作用而變形。由于xd’’

很小，所以即使△U不大，沖擊電流也會很大

電網(wǎng)2.相位不同此時,ab兩端有電位差

電位差可達(dá)發(fā)電機(jī)電壓的兩倍，若此時并列，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，發(fā)電機(jī)會因遭受巨大的沖擊力而損壞。沖擊電流的影響

1)電樞繞組端部受力變形;2)轉(zhuǎn)軸上受沖擊轉(zhuǎn)矩的作用,使機(jī)軸扭曲變形;

3)電樞繞組發(fā)熱.3.頻率不同轉(zhuǎn)軸上時而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩、時而產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，結(jié)果是電機(jī)振動。拍振電流使電樞繞組端部受力變形，使電樞繞組發(fā)熱。4.相序不同

發(fā)電機(jī)實際并列時，除了相序必須一致外，其它條件允許有一定的偏差，如△U不超過10%，相位差不超過10%，頻率偏差不超過0.2%～0.5%（0.1～0.25Hz)。二、自同期法

相序正確前提下，起動未加勵磁的發(fā)電機(jī)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速接近同步速時，合上同步開關(guān)，將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，然后加上發(fā)電機(jī)勵磁將發(fā)電機(jī)牽入同步。并網(wǎng)前，勵磁繞組需經(jīng)限流電阻閉合。并列時會較大有沖擊電流和轉(zhuǎn)矩,一般用于緊急狀態(tài)下的并列操作.相序不同的發(fā)電機(jī)不能并列，因為此時和恒差，恒等于，它將產(chǎn)巨大的沖擊電流危害電機(jī)及系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行分析1.調(diào)節(jié)勵磁電流增大勵磁電流，F(xiàn)f1變大,E0相位不變幅值變大，U不變，發(fā)電機(jī)輸出滯后的無功功率，產(chǎn)生去磁作用。反之合閘后減少If，則產(chǎn)生增磁的電樞反應(yīng)。發(fā)電機(jī)的勵磁電流只能產(chǎn)生超前或滯后的純無功電流。不能產(chǎn)生有功功率

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的電壓不等其它都相等，在合閘時。除產(chǎn)生沖擊電流，還會產(chǎn)生無功電流，向電網(wǎng)輸功功率。2.調(diào)節(jié)原動機(jī)的轉(zhuǎn)矩

通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的汽門，水輪機(jī)的水門，內(nèi)燃機(jī)的油門實現(xiàn)。當(dāng)并聯(lián)在