1、17-1 同步發(fā)電機(jī)的空載和短路特性一、用空載特性和短路特性確定Xd1. 空載試驗(yàn)試驗(yàn)條件電樞開(kāi)路（空載）用原動(dòng)機(jī)把被試同步電機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速改變勵(lì)磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0（空載時(shí)U0=E0），直到U0=1.25UN左右，就可以得到空載特性曲線E0= f（If）。試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)得空載特性E0=f（If）注意：在繪制空載特性曲線時(shí)，應(yīng)注意把E0換算成相值。圖17-1 空載實(shí)驗(yàn)電路和空載特性曲線2. 短路試驗(yàn)試驗(yàn)條件電樞繞組短路用原動(dòng)機(jī)把被試同步電機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)得短路特性：I=f(If)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使電樞電流 I 從零一直增加到1.2IN左右，便可以得到短路特性曲線。短路特性

2、曲線是一條直線，因?yàn)槎搪窌r(shí)合成電動(dòng)勢(shì)較小，此路不飽和。圖17-2 短路實(shí)驗(yàn)電路和短路特性曲線3. 同步電抗Xd非的計(jì)算短路試驗(yàn)時(shí)磁路不飽和，空載電動(dòng)勢(shì)應(yīng)在氣隙線上查取。 所計(jì)算的電抗Xd非為不飽和電抗圖17-3 空載和短路特性曲線二、短路比短路比是同步發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，定義為短路比大，電機(jī)的運(yùn)行性能好，但造價(jià)較高。 圖17-4 利用特性曲線求參數(shù)例17-1 有一臺(tái)25000 kW，10.5kV，Y接，cos=0.85（滯后）的汽輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路實(shí)驗(yàn)中得到下列數(shù)：空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)0.0 6.2 10.5 12.3 13.46 14.10.0 77.5 155 232 310 388短路實(shí)

3、驗(yàn)數(shù)據(jù)0.0 860 1718 0.0 140 280 試求電機(jī)的同步電抗和短路比。解:從空載特性上查得：線電壓U0=10.5/ kV時(shí)，If0=155A。額定電流為連接空載特性的前兩個(gè)點(diǎn)作為氣隙線，由氣隙線算得當(dāng)If=280A時(shí)22.4kV，相電動(dòng)勢(shì) 由， 可求得短路比所以同步電抗為 用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí) 常數(shù)， 時(shí)的一. 零功率因數(shù)特性， 17-2 零功率因數(shù)負(fù)載特性圖17-5 零功率因數(shù)負(fù)載實(shí)驗(yàn)電路在零功率因數(shù)條件下圖17-6 零功率因數(shù)負(fù)載特性分析 表示空載時(shí)產(chǎn)生額定電壓所需的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，在零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)，為保持端電壓為額定值，所需勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 應(yīng)大于 。增加的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)有兩部分：其中一部分

4、 用以克服電樞漏抗壓降 的作用；另一部分 用以抵消電樞等效磁動(dòng)勢(shì) 的去磁作用。 由于電樞電流的大小和相位不變，三角形AEF也不變，稱為特性三角形。由空載特性和零功率因數(shù)特性可求得特性三角形，即可得到電樞樓抗壓降 和電樞反應(yīng)等效磁動(dòng)勢(shì) 。過(guò) 點(diǎn)作氣隙線的平行線，與空載特性交于E點(diǎn)。從E點(diǎn)作鉛垂線，并交 于A點(diǎn)，得特性三角形 。在零功率因數(shù)特性上取 F點(diǎn)和K點(diǎn)。通過(guò)F點(diǎn)作平行于橫坐標(biāo)的水平線，并截取線段 。2. 定子漏抗和電樞等效磁動(dòng)勢(shì)的確定圖17-7 用特性曲線求特性三角形由零功率因數(shù)特性所確定的漏抗稱為波梯電抗，并用 表示 對(duì)于隱極電機(jī)對(duì)于凸極電機(jī)原因是零功率因數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁路的飽和程度高，導(dǎo)致

5、特性三角形右移。圖17-8 零功率因數(shù)負(fù)載的漏磁情況波梯電抗 盡管不是電樞漏抗 ，但在利用磁動(dòng)勢(shì)-電動(dòng)勢(shì)統(tǒng)一矢量圖計(jì)算同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于一般負(fù)載都是感性的居多，主磁極鐵心都有額外的飽和現(xiàn)象發(fā)生，與零功率因數(shù)負(fù)載試驗(yàn)時(shí)類似，因此在這種情況下用波梯電抗 代替電樞漏抗 ，反而會(huì)得到更精確的結(jié)果。 17-3 同步電機(jī)的運(yùn)行特性一、運(yùn)行特性 包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。1.外特性n=ns，If=常值時(shí)，cos常值時(shí)U=f(I)（1）在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載時(shí)，外特性是下降的。原因：電樞反應(yīng)的 去磁作用和漏阻抗壓降所引起。（2）容性負(fù)載時(shí)，外特性有可能上升。外特性上升條件：直軸電樞反應(yīng)的助磁作

6、用能夠抵消電樞漏抗壓降。電壓調(diào)整率定義：E0為保持額定勵(lì)磁電流和同步轉(zhuǎn)速不變，卸去負(fù)載（即空載I=0）時(shí)，發(fā)電機(jī)的空載相電壓。對(duì)凸極同步發(fā)電機(jī)，u最好控制在1830%；對(duì)隱極同步發(fā)電機(jī)，由于電樞反應(yīng)較強(qiáng)， u最好控制在3048%。電壓調(diào)整率是同步發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)之一。2.調(diào)整特性n=ns，U=UN，cos=常值時(shí)，If=f(I)（1）在感性負(fù)載和純電阻負(fù)載時(shí)，調(diào)整特性是上升的。原因：隨電樞電流的增大，電樞去磁和電樞漏抗壓降增大，為保證端電壓保持為額定值不變，必須提高勵(lì)磁電流。（2）容性負(fù)載時(shí)，調(diào)節(jié)特性有可能下降。外特性下降條件：內(nèi)功率因數(shù)角超前較大，能夠抵消電樞漏抗壓降。從調(diào)整特性可以確定同步

7、發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流IfN。n=ns，U=UN，cosc os N時(shí)3. 效率特性f(P2)同步電機(jī)的損耗 可以分為基本損耗和雜散損耗兩部分?；緭p耗：基本鐵耗pFe電樞基本銅耗pCu,機(jī)械損耗p勵(lì)磁損耗pCuf雜散損耗：電樞漏磁通在電樞繞組和其他金屬結(jié)構(gòu)部件中所引起的渦流損耗，高次諧波磁場(chǎng)掠過(guò)轉(zhuǎn)子表面所引起的表面的損耗等?，F(xiàn)代空氣冷卻的大型水輪發(fā)電機(jī)，額定效率大致在9698.5這一范圍內(nèi)；額定效率亦是同步發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)之一?？绽淦啺l(fā)電機(jī)的額定效率大致在9497.8這一范圍內(nèi)；氫冷時(shí)，額定效率約可增高0.8。圖17-9 同步發(fā)電機(jī)的效率特性曲線二、 電動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)圖求取額定勵(lì)磁電流和電壓調(diào)整

8、率同步發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流和電壓調(diào)整率既可以用直接負(fù)載法測(cè)定，亦可用考慮飽和時(shí)的電動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)矢量圖求出。已知：發(fā)電機(jī)的空載特性E0=f(If) 電樞電阻Ra電樞漏抗（波梯電抗）Xp額定電流時(shí)的電樞等效磁動(dòng)勢(shì)kaFa電機(jī)的額定數(shù)據(jù)（每相值）就可畫出電動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)矢量圖，從而求出額定勵(lì)磁電流和電壓調(diào)整率。U1）先求出額定情況下發(fā)電機(jī)的氣隙電動(dòng)勢(shì)E；將電壓U畫在縱軸上2）在空載曲線上查取產(chǎn)生E所需的合成磁動(dòng)勢(shì)F；FE圖17-10 電動(dòng)勢(shì)向量圖求氣隙合成電動(dòng)勢(shì)3）求出額定勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)UFEF圖17-11 磁勢(shì)-電勢(shì)向量圖求滿載勵(lì)磁電流5）求出勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)下的空載電動(dòng)勢(shì)E04）求額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流除以勵(lì)

9、磁繞組匝數(shù)得額定勵(lì)磁電流。UFEF圖17-12 磁勢(shì)-電勢(shì)向量圖求勵(lì)磁電勢(shì)UFEF6）計(jì)算uu圖17-13 磁勢(shì)-電勢(shì)向量圖電壓變化率從理論上講，這種用電動(dòng)勢(shì)-磁動(dòng)勢(shì)圖的方法求額定勵(lì)磁電流和電壓調(diào)整率僅適應(yīng)于隱極同步發(fā)電機(jī)。對(duì)凸極同步發(fā)電機(jī)，若以kadFa代替kaFa，所得結(jié)果誤差很小，因此工程上亦用此法確定凸極同步發(fā)電機(jī)的IfN和u。這一電動(dòng)勢(shì)-磁動(dòng)勢(shì)通常亦稱為波梯圖發(fā)電機(jī)的短路特性為一直線，當(dāng)短路電流等于額定電流時(shí)勵(lì)磁電流Ifk178A?？蛰d特性數(shù)據(jù)為:E*00.25 0.45 0.49 1.00 1.14 1.20 1.25If/A45 85 150 205 250 300 350例 1

10、7-2 有一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)SN=16667kVA，UN13.8kV（星形聯(lián)結(jié)），cosN=0.8 (滯后），nN=100r/min，X*p=0.24，電樞電阻忽略不計(jì)。試用波梯圖法確定該發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流和電壓調(diào)整率。1） 先畫出空載特性曲線3）取得 OT43A2）OK=178A4）kadFaOK-OT=178A-43A =135A 5）作電動(dòng)勢(shì)-磁動(dòng)勢(shì)圖得E=1.16時(shí)的合成磁動(dòng)勢(shì)F=267A6）FfN=384A7）E0=1.2748）u=27.4 （3）再在定子繞組上施加約為（25）UN的三相對(duì)稱低電壓，這一電壓 滿足兩個(gè)條件：（2）勵(lì)磁繞組開(kāi)路； 磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致 磁場(chǎng)不太強(qiáng)，

11、該磁場(chǎng)不會(huì)將轉(zhuǎn)子拉入到同步速17-4 滑差法和抽轉(zhuǎn)子法測(cè)定同步電機(jī)參數(shù) （1）將被測(cè)同步電機(jī)用原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到接近同步轉(zhuǎn)速;一、 轉(zhuǎn)差法測(cè)定Xd和Xq圖17-14滑差法求參數(shù) 因?yàn)闆](méi)有勵(lì)磁電流，E0=0電樞磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同,電樞磁動(dòng)勢(shì)交替與直、交軸重合定子電流最小，I=Imin電樞電抗最大，Xd，Iq=0電樞磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)子直軸重合時(shí)線路壓降最小，端電壓最大，U=Umax圖17-15 磁場(chǎng)通過(guò)d軸時(shí)的情況定子電流最大，I=Imax電樞電抗最小，Xq，Id=0電樞磁場(chǎng)同轉(zhuǎn)子交軸重合時(shí)線路壓降最大，端電壓最小，U=Umin試驗(yàn)是在低電壓下進(jìn)行的，測(cè)出的 Xd和Xq均不是飽和值。圖17-16 磁場(chǎng)通過(guò)q軸時(shí)的情況 數(shù)