1、同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行,一、基本概念,空載運(yùn)行：同步發(fā)電機(jī)被原動機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流而電樞繞組開路，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為空載運(yùn)行或無載運(yùn)行 。,勵(lì)磁磁動勢：同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電樞電流為零，電機(jī)氣隙中只有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流 if 產(chǎn)生的磁動勢Ff 和磁場，稱為勵(lì)磁磁動勢和勵(lì)磁磁場。,圖10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載磁路,10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行,一、基本概念,主磁通（勵(lì)磁磁通）：既鏈過轉(zhuǎn)子，又通過氣隙并與電樞繞組交鏈的磁通0，稱為主磁通，它就是空載時(shí)的氣隙磁通，或稱勵(lì)磁磁通。 主極漏磁通：只交鏈勵(lì)磁繞組的磁通f稱為主極漏磁通，它不參與電機(jī)的機(jī)電能量

2、轉(zhuǎn)換過程。如圖101所示 。,圖10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載磁路,10-1 同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行,二、同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行分析,空載特性：改變勵(lì)磁電流if ，就可得到不同的0和勵(lì)磁電動勢E0 ，曲線E0f(if )表示在同步轉(zhuǎn)速下，空載電動勢E0與勵(lì)磁電流if 之間的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的空載特性。由于E0 if ，if Ff ，所以，空載曲線實(shí)質(zhì)上就反映了電機(jī)的磁化曲線。,二、同步發(fā)電機(jī)空載特性分析,當(dāng)主磁通0較小時(shí)，整個(gè)磁路處于不飽和狀態(tài)，絕大部分磁動勢消耗于氣隙，所以空載特性的下部是一條直線，與空載曲線下部相切的線OG稱為氣隙線,隨著0的增大，鐵心逐漸飽和，空載曲線逐漸變彎?？蛰d特性是同步發(fā)電機(jī)

3、的基本特性之一。,圖10-2 同步發(fā)電機(jī)的空載特性 （磁化曲線）,電機(jī)的飽和因數(shù) 同步電機(jī)的 k值一般在1.11.25左右。,空載特性不僅適用于空載情況，負(fù)載情況也是適用的。,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),一、基本概念,電樞磁動勢：帶上負(fù)載以后，由于電樞繞組有電流通過，就出現(xiàn)第二個(gè)磁動勢電樞磁動勢。 如果繞組對稱，三相負(fù)載亦對稱，電樞磁動勢的基波就將為一同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢 勵(lì)磁磁動勢的基波和電樞磁動勢基波二者之和，就構(gòu)成了負(fù)載時(shí)的合成磁動勢，從而決定了氣隙合成磁場。 電樞反應(yīng)：負(fù)載時(shí)電樞磁動勢的基波對主極磁通基波的影響，就稱為電樞反應(yīng)，因此，電樞磁動勢又稱為電樞反應(yīng)磁動勢。,10-2

4、三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),一、基本概念,旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本條件：同步電機(jī)的電樞磁動勢的基波與勵(lì)磁磁動勢轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向一致，因此它們在空間保持相對靜止。正由于這種相對靜止，才使它們之間的相互關(guān)系保持不變，從而建立穩(wěn)定的氣隙磁場和產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)距，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。實(shí)際上，定轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止是一切電磁感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)正常運(yùn)行的基本條件。,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),二、時(shí)空相矢圖分析電樞反應(yīng)時(shí)采用時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為“時(shí)空相矢圖”,1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。,基波勵(lì)磁磁動勢 及其磁密 為一空間矢量。該矢量位于轉(zhuǎn)子的極軸線上，方向

5、為N極指向，以同步速旋轉(zhuǎn)，如圖103所示。,1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。,電樞磁動勢 也為空間矢量，它的位置可以這樣來確定，即當(dāng)某相電流達(dá)到最大時(shí)，電樞磁動勢 剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，它的指向與繞組中的電流方向符合右手螺旋定則，而且轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的一致，并以同步速旋轉(zhuǎn)，,如圖104所示。圖中A相電流最大，所以 剛好轉(zhuǎn)到A相軸線上。(電流的規(guī)定正方向仍由末端流向首端)。,2.時(shí)間相量：凡是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的量,同步電機(jī)的空載電動勢(勵(lì)磁電動勢） 是時(shí)間向量，該相量的相位由轉(zhuǎn)子的位置決定，如轉(zhuǎn)子處于圖(a)位置，當(dāng)電動勢正方向與電流正方向一致時(shí)，A相感電動勢為正的最

6、大，所以 位于時(shí)間軸線上。如圖(b)所示。電動勢相量的角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度都是。,電樞電流 也是時(shí)間相量，它的相位決定于電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)。電機(jī)內(nèi)部的阻抗和負(fù)載的性質(zhì)決定了電樞電流和空載電動勢之間的相位差角， 稱為內(nèi)功率因數(shù)角。,3.時(shí)空相矢圖：由于空間矢量和時(shí)聞相量旋轉(zhuǎn)的角速度都是，把空間軸線+A與時(shí)間軸線+t重合在一起，空間矢量和時(shí)間相量就畫在同一張圖里，稱為時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，簡稱為“時(shí)空相矢圖”。,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),二、時(shí)空相矢圖分析電樞反應(yīng)時(shí)采用時(shí)間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為“時(shí)空相矢圖”,3.時(shí)空相矢圖：,結(jié)論：在時(shí)空相矢圖上 總是落后于

7、 以90度， 總是與 重合。 與 之間相位差 隨著負(fù)載的性質(zhì)不同而改變。而 與 之間相對位置又完全取決于角 (它們之間的空間相位差為 角)，所以電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由角決定的，也就是說單機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由負(fù)載的性質(zhì)決定的。,1試說明同步電機(jī)中的 、 、 、 、 、等物理量哪些是空間矢量？哪些是時(shí)間相量？試述兩種矢（相）量之間的統(tǒng)一性。如果不把相軸和時(shí)軸重合，那么時(shí)、空相（矢）量之間的關(guān)系怎樣？,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),1. 與 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),1. 與 同相位時(shí)的電樞反應(yīng)交軸電樞

8、反應(yīng),交軸電樞反應(yīng)的作用：,1）對主磁極而言，交軸電樞反應(yīng)磁動勢在前極端(順轉(zhuǎn)向看、極靴的前都) 起去磁作用，在后極端（順轉(zhuǎn)向看,極靴的后部)起加磁作用。定子合成磁動勢 較 扭斜了 角，幅值也有所增加，從而使氣隙磁場的大小也有所增加。 2）同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和能量轉(zhuǎn)換與交軸電樞反應(yīng)密切相關(guān)。只有具有交軸電樞反應(yīng)，定子合成磁動勢和主磁極之間才會形成一定的 角，從而才能實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換，所以交軸電樞反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的必要條件。,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),2. 落后 以 時(shí)的電樞反應(yīng)去磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),三、不同角時(shí)的

9、電樞反應(yīng),2. 落后 以 時(shí)的電樞反應(yīng)去磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),直軸電樞反應(yīng)的作用：,1）對主磁場而言，直軸電樞反應(yīng)磁動勢起去磁作用，使得氣隙合成磁場減小。 2）由于合成磁動勢投有扭斜現(xiàn)象（ ），此時(shí)直軸電樞反應(yīng)磁場與勵(lì)磁磁場正對著，不產(chǎn)生切向力，所以不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，因而也不能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。,10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),不同角時(shí)的電樞反應(yīng),3. 超前 以 時(shí)的電樞反應(yīng)加磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),10-2 三相同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),不同角時(shí)的電樞反應(yīng),3. 超前 以 時(shí)的電樞反應(yīng)加磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng),直軸電樞反應(yīng)的作用：,1）對主磁場而言，直軸電樞反應(yīng)磁動勢起加磁作用，使得氣隙合成磁場增

10、強(qiáng)。 2）由于合成磁動勢投有扭斜現(xiàn)象（ ），所以也不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，也不能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。,不同角時(shí)的電樞反應(yīng),4.一般情況下的電樞反應(yīng),直軸電樞反應(yīng)磁動勢,交軸電樞反應(yīng)磁動勢,三、不同角時(shí)的電樞反應(yīng),4.一般情況下的電樞反應(yīng),若把電流 也分解成 和 兩個(gè)分量，則,交軸電樞反應(yīng)磁動勢使氣隙磁場扭斜。產(chǎn)生 角，從而進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，直軸電樞反應(yīng)磁動勢對勵(lì)磁破動勢起去磁作用，使氣隙磁場減小。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,一、不考慮飽和時(shí)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,1、電磁關(guān)系：,2、電勢平衡方程式：,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,一

11、、不考慮飽和時(shí)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,4、電樞反應(yīng)電抗：,Ea 4.44fNkw1a,式中： 稱為電樞反應(yīng)電抗,是對稱負(fù)載下每相電流為1安時(shí)所感應(yīng)的電樞反應(yīng)電動勢。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,一、不考慮飽和時(shí)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,4、漏電抗：,漏磁電動勢 也可寫成負(fù)的漏抗壓降的形式，即,式中： 為與漏磁通相對應(yīng)的漏電抗。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,一、不考慮飽和時(shí)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,5、綜上分析，不考慮飽和時(shí)隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式可寫為：,稱為同步電機(jī)的同步電抗,氣隙電動勢：,一、不考慮飽

12、和時(shí)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,6、相量圖和等效電路,分析功率因數(shù)角、功率因數(shù)角、功角物理意義？,一臺隱極式同步發(fā)電機(jī)，分別在 、 、 （滯后）與 滯后）兩種情況下運(yùn)行。其中 和 保持不變，而 ，問哪一種情況下所需的勵(lì)磁電流大？為什么？,、,、,、,、,由于在滯后的功率因數(shù)時(shí)，愈小，電樞反應(yīng)去磁作用愈強(qiáng)，為了獲得一樣的端電壓，必須增大勵(lì)磁。在運(yùn)行中，當(dāng)功率因數(shù)變小所需勵(lì)磁電流增大時(shí)，必須注意轉(zhuǎn)子的溫升不能超過額定溫升值。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、考慮飽和時(shí)的磁動勢電動勢相矢圖,1、電磁關(guān)系：,其中 稱為氣隙中基波合成磁動勢(簡稱氣隙磁動勢)；,2、電

13、動勢方程式：,二、考慮飽和時(shí)的磁動勢電動勢相矢圖,根據(jù)磁動勢方程式和電動勢方程式作出的相矢圖，稱為磁動勢電動勢相矢圖。,1、繪制磁動勢電動勢相矢圖的步驟：,1)已知U、I、cos以及空載特性，以感性負(fù)載為例。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,考慮飽和時(shí)的磁動勢電動勢相矢圖,1、繪制磁動勢電動勢相矢圖的步驟：,2) 的位置領(lǐng)前于 ,均為基波磁動勢,換算成一等效的階梯形波氣隙磁動勢:,式中：kf為階梯形波勵(lì)磁磁動勢分解出的基波的波形系數(shù)。,二、考慮飽和時(shí)的磁動勢電動勢相矢圖,電樞磁動勢折算系數(shù),10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、考慮飽和時(shí)的磁動

14、勢電動勢相矢圖,ka的物理意義：一個(gè)基波電樞磁動勢乘以折算系數(shù)ka以后就換算成了一個(gè)等值的階梯形波勵(lì)磁磁動勢；反過來說，一個(gè)階梯形勵(lì)勵(lì)磁磁動勢除以ka (或乘以 kf)后，就換算成了一個(gè)等值的電樞基波磁動勢。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、考慮飽和時(shí)的磁動勢電動勢相矢圖,3)決定 的大小與位置: 的位置與 重合，其大小可由計(jì)算或試驗(yàn)獲得，它 的計(jì)算公式為,4)求出,如上圖中 段。,5)把Ff1換算成階梯形波，即求出Ff kaFf 1， Ff用或 if Ff / Nf在空載特性上找 出E0，然后在落后于 矢量 方向作 相量,討論：在負(fù)載時(shí)，雖然有Ff，然而卻不存在

15、E0，實(shí)際繞組里只存在一個(gè)氣隙電 動勢E，只有在負(fù)載除去后，E0才表現(xiàn)出來。,10-3 隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、考慮飽和時(shí)的磁動勢電動勢相矢圖,2、電壓調(diào)整率：,所謂電壓調(diào)整率，就是指當(dāng)勵(lì)磁電流保持不變，發(fā)電機(jī)從滿載和額定電壓下逐漸甩去全部負(fù)載，電壓變化的百分?jǐn)?shù)。即,E0為對應(yīng)于額定負(fù)載和額定電壓時(shí)得勵(lì)磁電流下得空載電動勢 UN為額定相電壓。,10-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論,一、雙反應(yīng)理論,凸極同步發(fā)電機(jī)的電樞磁場分布及雙反應(yīng)理論的提出：,凸極同步發(fā)電機(jī)的氣隙是不均勻的，極弧下氣隙較小，極間部分氣隙較大，因此同一電樞磁破動勢作用在不同的位置時(shí)，電樞反應(yīng)將不一樣

16、,10-4 凸極同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)理論,1、雙反應(yīng)理論,凸極同步發(fā)電機(jī)的電樞磁場分布及雙反應(yīng)理論的提出：,雙反應(yīng)理論的基本思想：當(dāng)電樞磁動勢 的軸線既不和直軸又不和交軸重合時(shí)，可以把電樞磁動勢 分解成直軸分量 和交軸分量 ，然后分別分析直軸和交軸電樞磁動勢的電樞反應(yīng)，最后再把它們的的效果迭加起來。 這種考慮到凸極電機(jī)中氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分為直軸和交軸電樞反應(yīng)的處理方法，叫做雙反應(yīng)理論。,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、不考慮飽和時(shí)的相量圖,1、電磁關(guān)系：,2、電動勢方程式：各物理量的規(guī)定正方向與圖1011所示。,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步

17、電抗和相量圖,二、不考慮飽和時(shí)的相量圖,電樞反應(yīng)電抗：和隱極電機(jī)相似，不計(jì)飽和時(shí),式中xad、 xaq分別為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗，它表征當(dāng)對稱的三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時(shí)，三相聯(lián)合產(chǎn)生的基波電樞磁場在每一相繞組中感應(yīng)的直軸或交軸電樞反應(yīng)電動勢。,同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、不考慮飽和時(shí)的相量圖,電樞反應(yīng)電抗：,電樞反應(yīng)電抗正比于匝數(shù)的平方和磁導(dǎo)的乘積，即,對于隱極電機(jī)，由于氣隙均勻， ，所以 。,同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、不考慮飽和時(shí)的相量圖,電樞反應(yīng)

18、電抗：,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、不考慮飽和時(shí)的相量圖,綜上分析，凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式為：,式中：,分別稱為凸極同步電機(jī)的直軸同步電抗和交軸同步電抗。,其物理意義為當(dāng)對稱三直軸或交軸電樞電流每相為1安時(shí)，三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。,二、不考慮飽和時(shí) 的相量圖,引入電動勢 ，,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,二、不考慮飽和時(shí)的相量圖,等效電路：,例10-2 一臺凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸和交軸同步電抗分別等于 ，電樞電阻略去不計(jì)。試計(jì)算發(fā)電機(jī)發(fā)出額定電壓、額定功率， （滯后）時(shí)的勵(lì)磁電動勢（不計(jì)飽和）

19、。,三、考慮飽和時(shí)的相量圖,設(shè)已知凸極同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)數(shù)據(jù)U、I、cos和電機(jī)參數(shù)ra、x、kad、kaq以及空載特性，作考慮飽和時(shí)的相量圖。,1）首先按 作出P點(diǎn)； 2）確定角，即如何確定Q點(diǎn)；,由1024相矢圖可以看出：,產(chǎn)生,所需的等效磁動勢為：,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,考慮飽和時(shí)的相量圖,2）確定角，即如何確定Q點(diǎn)；,因此只要算出kaqFa，即可從空載特性上找出,由圖1024可知，若 已作出，則 由兩部分組成，一部分為 ，一部分為 ，即,因而相矢圖中的 方向即可作出。,產(chǎn)生Ed 的磁動勢 可由空載特性找出；產(chǎn)生Ead的磁動勢為FadFasin，可以計(jì)算

20、得到，只要把Fad折算成等效的勵(lì)磁磁動勢kad Fad ，就可求出勵(lì)磁磁動勢為,由Ff從空載特性上即可找出E0的值，如圖1025所示。,同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,10-5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式、同步電抗和相量圖,考慮飽和時(shí)的相量圖,2）確定角，即如何確定Q點(diǎn)；,10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比,一、空載特性,空載特性：在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，電樞空載情況下，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)電樞空載端電壓的變化曲線，即 n=n1，I=0時(shí)，U0=f(if),空載特性的試驗(yàn)測取方法：在電樞空載（開路）的情況下，用原動機(jī)把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步速，然后調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使空載電樞電壓達(dá)

21、到額定值的1.3倍左右，然后單方向逐步減少勵(lì)磁電流并記錄不同勵(lì)磁電流下對應(yīng)的電樞端電壓。,同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系,10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比,一、空載特性,研究空載特性的重要意義：空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一，空載特性一方面表征了電機(jī)磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性等其它特性配合在一起還可以確定同步電機(jī)的基本參數(shù)。,10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比,二、短路特性,短路特性：短路特性表示了電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下，電樞端點(diǎn)三相短路時(shí)，電樞電流(短路電流)與勵(lì)磁電流的關(guān)系，即：n=n1，U=0時(shí)，Ik=f(if),短路特性的試驗(yàn)測取方法：

22、短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測得，試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使電樞電流約為1.2倍額定值，同時(shí)量取電樞電流和勵(lì)磁電流，,10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比,二、短路特性,短路特性是直線的原因：用三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)發(fā)電機(jī)的相矢圖來說明。,10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比,二、短路特性,對于一般同步電機(jī)，定子漏抗標(biāo)么值約為0.100.20，若平均取為0.15，則短路電流等于額定電流（即I* =1）時(shí)，漏抗壓降的標(biāo)么值應(yīng)為0.15，于是氣隙電動勢標(biāo)么值亦等于0.15，即氣隙電動勢僅為額定電壓的15，由此可見，在短路情況下，電機(jī)的磁路

23、通常處以于不飽和狀態(tài)。 因此勵(lì)磁電流變化時(shí)，氣隙電動勢和對應(yīng)的短路電流將隨之正比地變化，即,所以短路特性是一條直線。,10-6 從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比,三、利用空載特性和短路特性求同步電抗的不飽和值,為了便于查對，常把空載特性和短路特性畫在同一張坐標(biāo)紙上，如圖103l所示 。,四、短路比,短路比：所謂“短路比”就是在相應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流與額定電流之比值。,四、短路比,短路比：所謂“短路比”就是在相應(yīng)于空載額定電壓的勵(lì)磁電流下，三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流與額定電流之比值。,不計(jì)飽和時(shí),四、短路比,短路比對電機(jī)的影響：,短路比的數(shù)值對電機(jī)

24、影響很大。短路比小，說明同步電抗大，這時(shí)短路電流小，但負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化較大，而且并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性較差，但電機(jī)的成本較低；反之，短路比大則電機(jī)性能較好，但成本高，因?yàn)槎搪繁却蟊硎?小，故氣隙大，使勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)子用銅量增大，所以短路比的選擇要合理地統(tǒng)籌兼顧運(yùn)行性能和電機(jī)造價(jià)這兩方面地要求。我國制造的汽輪發(fā)電機(jī)的Kc0.47-0.63，水輪發(fā)電機(jī)的Kc1.0-1.4，水輪發(fā)電機(jī)的短路比較大是由于水輪發(fā)電機(jī)為凸極結(jié)構(gòu)，氣隙大之故。,10-7 用轉(zhuǎn)差法試驗(yàn)測同步電機(jī)的同步電抗,一、轉(zhuǎn)差法既可以測出xd又可以測出xq的方法,試驗(yàn)接線如圖1033所示，其中勵(lì)磁繞組應(yīng)開路,試驗(yàn)方法：首先把同

25、步電機(jī)的轉(zhuǎn)子用原動機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速(但不能等于同步速)，讓轉(zhuǎn)差率小于l。,然后在定子上加上一個(gè)額定頻率的三相對稱電壓，并且讓電樞旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，所加電壓的大小等于(0.02-0.15) 待轉(zhuǎn)差穩(wěn)定后，用示波器拍攝電樞電壓、電樞電流及勵(lì)磁電壓的波形，如圖(10-34)所示。,轉(zhuǎn)差法既可以測出xd又可以測出xq的方法,計(jì)算同步電抗的方法：,由于沒有勵(lì)磁電流，故E0=0，電樞的電動勢方程式為,旋轉(zhuǎn)磁場的軸線將不斷依次和轉(zhuǎn)子的直軸或交軸置合，相應(yīng)地，電樞的電抗將隨著旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁極相對位置的變化而變化，即在最大值xd 和最小值xq 之間作周期變動。,10-7 用轉(zhuǎn)差法試驗(yàn)測同步電

26、機(jī)的同步電抗,轉(zhuǎn)差法既可以測出xd又可以測出xq的方法,計(jì)算同步電抗的方法：,當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場軸線對準(zhǔn)直軸d時(shí),Iq=0，I=Id，這時(shí)電樞電抗達(dá)到最大值，故電樞電流為最小值Imin，由于供電線路壓降較小，電樞每相電壓為最大值Umax，故得,同理，當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場對準(zhǔn)交軸q時(shí)，電壓為最小值，電流為最大值，故得,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,零功率因數(shù)負(fù)載特性：指同步發(fā)電機(jī)帶上一個(gè)純感性負(fù)載（cos0），讓轉(zhuǎn)速為同步速，并保持負(fù)載電流I不變，求取發(fā)電機(jī)端點(diǎn)壓與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系，即,試驗(yàn)接線及方法：如圖1035所示，電樞接一個(gè)可變的三相純感性負(fù)載。試驗(yàn)時(shí)，把同步發(fā)電機(jī)拖動到同

27、步轉(zhuǎn)速，然后調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流和負(fù)載的大小，使負(fù)載電流始終保持為常值（例如I=IN），記錄不同勵(lì)磁下發(fā)電機(jī)的的電壓，即可得到零功率因數(shù)曲線，如圖10-36所示。,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,從圖l036可見，零功率因數(shù)特性在空載特性的右邊，其形狀與空載特性相似，這表明兩條曲線之間具有某種聯(lián)系，下面研究這個(gè)問題。,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：,零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)，由于需要克服定子漏抗壓降和去磁的電樞反應(yīng)，如仍要保持

28、端電壓為額定值,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：,零功率因數(shù)特性和空載特性之間相差一個(gè)直角三角形AEF，該三角形稱為同步電機(jī)的特性三角形或保梯三角形。 特性三角形的一條直角邊(鉛垂邊)是定子漏抗壓降Ix，另一條直角邊(水平邊)是電樞反應(yīng)磁動勢的等效勵(lì)磁電流ifa, 由于測取零功率因數(shù)特性時(shí)，電流I保持不變，可見Ix和ifa不變，即特性三角形的大小不變。因此只要把特性三角形的底邊保持水平位置而使其頂點(diǎn)E沿空載特性上移動，則其右邊頂點(diǎn)的軌跡即為零功率因數(shù)特性。當(dāng)特性三角形移到其水平邊與橫坐標(biāo)重合時(shí)，可得K點(diǎn)，該點(diǎn)的端電壓U=0，故實(shí)質(zhì)上即為

29、短路點(diǎn)。,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：,氣隙線的平行線 并和空載特性交于E點(diǎn)，由E點(diǎn)作 的垂線交于A點(diǎn)，則AEF即為要找的特性三角形。由此可見，電樞電流I所產(chǎn)生的電樞磁動勢為,定子漏抗為,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：,研究表明，由于零功率因數(shù)負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)子的漏磁比空載時(shí)大，所以零功率因數(shù)特性和空載特性所確定的漏抗將比實(shí)際的定子漏抗稍大，一般把由零功率因數(shù)特性和空載特性確定的漏抗稱為保梯電抗，以xp表示。對一般的電機(jī)來說，試驗(yàn)和作圖求取的零功率因數(shù)特性的差別是不大的。在隱極電機(jī)中，因?yàn)闃O間漏磁通較小，故xp x，而凸極電機(jī)中，則xp (1.1-1.3)x。,10-8 同步發(fā)電機(jī)的零功率因數(shù)負(fù)載特性及保梯電抗的測定,已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：,結(jié)論：為了求電樞反應(yīng)磁動勢和定子漏抗，只要巳知空載特性和零功率因數(shù)特性上的K和F兩點(diǎn)就可以了。K點(diǎn)可以通過短路特性找出，因此，零功率因數(shù)持性實(shí)驗(yàn)只需求一點(diǎn)F就可以了。,10-9 同步發(fā)電機(jī)的外特性和調(diào)整特性,一、外特性,外特性：表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁電流和負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓和負(fù)載電流的關(guān)系，