同步电机-同步发电机的基本电磁关系.ppt

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1、基本概念基本概念空空载载运运行行：同同步步发发电电机机被被原原动动机机拖拖到到同同步步转转速速，转转子子绕绕组组通通入入直直流流励励磁磁电电流流而而电电枢枢绕绕组组开开路路，这这种种运运行行状状态称为空载运行或无载运行态称为空载运行或无载运行。励磁磁动势：同步励磁磁动势：同步发电机空载运行时电枢电流为零，发电机空载运行时电枢电流为零，电机气隙中只有转子励磁电流电机气隙中只有转子励磁电流 if 产生产生的磁动势的磁动势Ff 和磁和磁场，称为励磁磁动势和励磁磁场。场，称为励磁磁动势和励磁磁场。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行基本概念

2、基本概念主磁通（励磁磁通）：主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与既链过转子，又通过气隙并与电枢绕组交链的磁通电枢绕组交链的磁通0，称为主磁通，它就是空载时称为主磁通，它就是空载时的气隙磁通，或称励磁磁通。的气隙磁通，或称励磁磁通。主极漏磁通：主极漏磁通：只交链励磁绕组的磁通只交链励磁绕组的磁通f称为主极漏磁称为主极漏磁通，它不参与电机的机电能量转换过程。通，它不参与电机的机电能量转换过程。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行同步发电机空载运行分析同步发电机空载运行分析励励磁磁电电动动势势：将将发发电电机机用用原原动动机机拖

3、拖动动，使使转转子子以以同同步步速速旋旋转转，则则主主磁磁通通0将将在在气气隙隙内内形形成成一一个个旋旋转转磁磁场场，如如果果定定子子绕绕组组是是对对称称的的，则则主主磁磁通通切切割割电电枢枢绕绕组组感感应应出出频频率率为为f的的三三相相对对称称电电动动势势，称称为为励励磁磁电电动动势势，不不计计谐谐波波，三相励磁电动势为三相励磁电动势为：同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行同步发电机空载运行分析同步发电机空载运行分析空载特性：改变励磁电流空载特性：改变励磁电流 if，就可得到不同的就可得到不同的 0 和励和励磁电动势磁电动势E0，

4、曲线曲线E0f(if)表示在同步转速下，空载电表示在同步转速下，空载电动势动势 E0与励磁电流与励磁电流 if 之间的关系，称为发电机的空载之间的关系，称为发电机的空载特性。如图所示。由于特性。如图所示。由于E0 if，if Ff，所以，空载曲所以，空载曲线实质上就反映了电机的磁化曲线。线实质上就反映了电机的磁化曲线。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行同步发电机空载特性分析同步发电机空载特性分析当当主主磁磁通通0较较小小时时，整整个个磁磁路路处处于于不不饱饱和和状状态态，绝绝大大部部分分磁磁动动势势消消耗耗于于气气隙隙，所所以以空

5、空载载特特性性的的下下部部是是一一条条直直线线，与与空空载载曲曲线线下下部部相相切切的的线线OG称称为为气气隙隙线线,随随着着0的的增增大大，铁铁心心逐逐渐渐饱饱和和，空空载载曲曲线线逐逐渐渐变变弯弯。空空载载特特性性是是同步发电机的基本特性之一。同步发电机的基本特性之一。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行同步发电机空载特性分析同步发电机空载特性分析一般设计的电机，空载电动势等于额定电压的一点在一般设计的电机，空载电动势等于额定电压的一点在曲线转弯处，电机的饱和因数曲线转弯处，电机的饱和因数普通同步电机的普通同步电机的 k值一般在

6、值一般在1.11.25左右。左右。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行同步发电机空载特性分析同步发电机空载特性分析讨论：空载特性反映了发电机的磁化特性，而磁化特讨论：空载特性反映了发电机的磁化特性，而磁化特性不管空载或负载都适用，所以从这个意义上看，励性不管空载或负载都适用，所以从这个意义上看，励磁电动势与励磁电流的关系不仅适用于空载情况，负磁电动势与励磁电流的关系不仅适用于空载情况，负载情况也是适用的。载情况也是适用的。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-1 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行基本概念基本概

7、念电电枢枢磁磁动动势势：同同步步发发电电机机空空载载时时，电电机机中中只只有有一一个个同同步步旋旋转转的的励励磁磁磁磁动动势势，带带上上负负载载以以后后，由由于于电电枢枢绕绕组组有有电电流流通通过过，就就出出现现第第二二个个磁磁动动势势电电枢枢磁磁动动势势。如如果果绕绕组组对对称称，三三相相负负载载亦亦对对称称，电电枢枢磁磁动动势势的的基基波波就就将将为为一一同同步步旋旋转转的的旋旋转转磁磁动动势势，励励磁磁磁磁动动势势的的基基波波和和电电枢枢磁磁动动势势基基波波二二者者之之和和，就就构构成成了了负负载载时时的的合合成成磁磁动动势势，从从而而决定了气隙合成磁场。决定了气隙合成磁场。电电枢枢反反

8、应应：负负载载时时电电枢枢磁磁动动势势的的基基波波对对主主极极磁磁通通基基波波的的影影响响，就就称称为为电电枢枢反反应应，因因此此，电电枢枢磁磁动动势势又又称称为为电电枢枢反应磁动势。反应磁动势。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应基本概念基本概念旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静

9、止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。运行的基本条件。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应时空相矢图时空相矢图分析电枢反应时采用时间相量和空间矢分析电枢反应时采用时间相量和空间矢量统一图，简称为量统一图，简称为“时空相矢图时空相矢图”。1.1.空空间间矢

10、矢量量：凡凡是是沿沿空空间间按按正正弦弦分分布布的的量量都都可可表表示示为为空空间矢量。间矢量。基波励磁磁动势基波励磁磁动势 及其磁密及其磁密 为一空间矢量。该矢量为一空间矢量。该矢量位于转子的极轴线上，方向为位于转子的极轴线上，方向为N极指向，以同步速旋转，极指向，以同步速旋转，如图所示。如图所示。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应电枢磁动势电枢磁动势 也为空间矢量，它的位置可以这样来也为空间矢量，它的位置可以这样来确定，即当某相电流达到最大值时，电枢磁动势确定，即当某相电流达到最大值时，电枢磁动势 刚好转到该相绕组的轴

11、线上，它的指向与绕组中的电刚好转到该相绕组的轴线上，它的指向与绕组中的电流方向符合右手螺旋定则，而且转向与转子转向一流方向符合右手螺旋定则，而且转向与转子转向一致，并以同步速旋转。致，并以同步速旋转。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应如图所示。图中如图所示。图中A相电流最大，所以相电流最大，所以 刚好转到刚好转到A相相轴线上。轴线上。(电流的规定正方向仍由末端流向首端电流的规定正方向仍由末端流向首端)。2.2.时时间间相相量量：凡凡是是随随时时间间按按正正弦弦规规律律变变化化的的量量都都可可表表示示为时间相量。为时间相量。

12、同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应同步电机的空载电动势同步电机的空载电动势(励磁电动势）励磁电动势）是时间相量，是时间相量，该相量的相位由转子的位置决定，如转子处于图该相量的相位由转子的位置决定，如转子处于图示示位位置，当电动势规定正方向与电流规定正方向一致时，置，当电动势规定正方向与电流规定正方向一致时，A相感电动势为正的最大，所以相感电动势为正的最大，所以 位于时间轴线上。位于时间轴线上。如图所示。电动势相量的角频率与转子旋转的角速度如图所示。电动势相量的角频率与转子旋转的角速度都是都是。同步电机的电枢电流同步电机的电

13、枢电流 也是时间相量，它的相位决定也是时间相量，它的相位决定于电机内部的阻抗和负载的性质。电机内部的阻抗和于电机内部的阻抗和负载的性质。电机内部的阻抗和负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位差角差角，称为内功率因数角。如图所示。称为内功率因数角。如图所示。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应同步电机的空间矢量是指整个电机的量，没有三相之分，同步电机的空间矢量是指整个电机的量，没有三相之分，而同步电机的时间相量却有三相之分。由于研究电机带而同步电机的时间相量却有三相之分。由

14、于研究电机带三相对称负载运行，所以，为了简便，在今后的相量图三相对称负载运行，所以，为了简便，在今后的相量图中，仅画中，仅画A相时间相量，而且在相量符号中不加注脚相时间相量，而且在相量符号中不加注脚A。其它相的量可根据互差其它相的量可根据互差120 度度画出来。画出来。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应3.3.时时空空相相矢矢图图：由由于于空空间间矢矢量量和和时时间间相相量量旋旋转转的的角角速速度度都都是是。为为了了分分析析上上的的方方便便，我我们们可可以以把把空空间间轴轴线线+A与与时时间间轴轴线线 +t 重重合合在在一

15、一起起。这这样样，空空间间矢矢量量和和时时间间相相量量就就画画在在同同一一张张图图中中，称称为为时时间间相相量量和和空空间间矢矢量量统统一一图图，简称为简称为“时空相矢图时空相矢图”。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应在时空相矢图上在时空相矢图上 总是落后于总是落后于 以以90度度，总是与总是与 重合。重合。与与 之间的相位差之间的相位差 随着负载的随着负载的性质不同而改变。而性质不同而改变。而 与与 之间的空间相位差为之间的空间相位差为 ，因此，二者的相对位置完全取决于，因此，二者的相对位置完全取决于 角角。所以电所以电

16、枢反应的性质是由枢反应的性质是由角决定的，也就是说单机运行时角决定的，也就是说单机运行时电枢反应的性质是由负载的性质决定的。电枢反应的性质是由负载的性质决定的。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应不同不同角时的电枢反应角时的电枢反应1.1.与与 同相位时的电枢反应同相位时的电枢反应交轴电枢反应交轴电枢反应同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应图图10-7 0时的电枢反应时的电枢反应不同不同角时的电枢反应角时的电枢反应 作用在与作用在与 相垂直的方向，通常把转

17、子磁极相垂直的方向，通常把转子磁极轴线称为直轴或轴线称为直轴或d轴，与它垂直的极间中心线称为轴，与它垂直的极间中心线称为交轴或交轴或q轴。当轴。当=0=0 时，时，位于交轴上，这种情位于交轴上，这种情况称为交轴电枢反应，这种情况的况称为交轴电枢反应，这种情况的 称为交轴电称为交轴电枢反应磁动势，常用枢反应磁动势，常用 表示。表示。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应交轴电枢反应的作用：交轴电枢反应的作用：1）对主磁极而言，交轴电枢反应磁动势在前极端对主磁极而言，交轴电枢反应磁动势在前极端(顺顺转向看、极靴的前部转向看、极靴的

18、前部)起去磁作用，在后极端（顺转向起去磁作用，在后极端（顺转向看看，极靴的后部极靴的后部)起加磁作用。定子合成磁动势起加磁作用。定子合成磁动势 扭斜了扭斜了 角，幅值也有所增加，从而使气隙磁场的大小也有角，幅值也有所增加，从而使气隙磁场的大小也有所增加。所增加。2）同步电机的电磁转矩和能量转换与交轴电枢反应密）同步电机的电磁转矩和能量转换与交轴电枢反应密切相关。只有具有交轴电枢反应，定子合成磁动势和切相关。只有具有交轴电枢反应，定子合成磁动势和主磁极之间才会形成一定的主磁极之间才会形成一定的 角，从而实现机、电能角，从而实现机、电能量转换，所以交轴电枢反应是实现机、电能量转换的量转换，所以交轴

19、电枢反应是实现机、电能量转换的必要条件。必要条件。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系不同不同角时的电枢反应角时的电枢反应2.2.落后落后 9090o o 时的电枢反应时的电枢反应直轴电枢反应直轴电枢反应10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系 位于直轴上，这种情况称为直轴电枢反应，这位于直轴上，这种情况称为直轴电枢反应，这种情况的种情况的 称为直轴电枢反应磁动势，常用称为直轴电枢反应磁动势，常用 表示。表示。1

20、0-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应直轴电枢反应的作用：直轴电枢反应的作用：1）对主磁场而言，直轴电枢反应磁动势起去磁作用，）对主磁场而言，直轴电枢反应磁动势起去磁作用，使得气隙合成磁场减小。使得气隙合成磁场减小。2）由于合成磁动势没有扭斜现象（）由于合成磁动势没有扭斜现象（），此时直），此时直轴电枢反应磁场与励磁磁场正对，相当于轴电枢反应磁场与励磁磁场正对，相当于N N极、极、S S极轴极轴线重合，不会产生切向力，所以不产生电磁转距，因线重合，不会产生切向力，所以不产生电磁转距，因而也不能进行机电能量转换。而也不能进行机电能量转换。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本

21、电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系不同不同角时的电枢反应角时的电枢反应3.3.超前超前 9090o o 时的电枢反应时的电枢反应直轴电枢反应直轴电枢反应10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应直轴电枢反应的作用：直轴电枢反应的作用：1）对主磁场而言，直轴电枢反应磁动势起加磁作用，）对主磁场而言，直轴电枢反应磁动势起加磁作用，使得气隙合成磁场增强。使得气隙合成磁场增强。2）由于合成磁动势没有扭斜现象（）由于合成磁动势没有扭斜现象（），所以也），所以也不会产生电磁转矩，也不能进行机电能量转换。不会产生

22、电磁转矩，也不能进行机电能量转换。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应4.4.一般情况下的电枢反应一般情况下的电枢反应同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应电枢磁动势可以分解成直轴和交轴两个分量。电枢磁动势可以分解成直轴和交轴两个分量。称为直轴电枢反应磁动势称为直轴电枢反应磁动势称为交轴电枢反应磁动势称为交轴电枢反应磁动势同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应若把电流若把电流 也分解成也分解

23、成 和和 两个分量，则两个分量，则同步发电机同步发电机的基本电磁关系的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应其中其中 和和 同相位，三相电流的同相位，三相电流的q轴分量（即轴分量（即 、）产生交轴电枢磁动势）产生交轴电枢磁动势 ；落后于落后于 以以 ，三相电流的，三相电流的d轴分量产生直轴电枢反应轴分量产生直轴电枢反应磁动势磁动势 。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-2 三相同步发电机的电枢反应三相同步发电机的电枢反应交轴电枢反应磁动势使气隙磁场扭斜，而直轴电枢反交轴电枢反应磁动势使气隙磁场扭斜，而直轴电枢反应磁动势对励磁磁动势起去磁作用，使

24、气隙磁场减小。应磁动势对励磁磁动势起去磁作用，使气隙磁场减小。结论：只有交轴电枢反应的存在，才能实现机械能与结论：只有交轴电枢反应的存在，才能实现机械能与电能之间的转换，而直轴电枢反应的存在，将只引起电能之间的转换，而直轴电枢反应的存在，将只引起气隙磁场的变化，进而引起电机端电压的变化。气隙磁场的变化，进而引起电机端电压的变化。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系9090o o xaq，所以所以xd xq。2）对于隐极电机，由于对于隐极电机，由于xad=xaq=xa，所以，所以 xd=xq=xs。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-5 凸极同步发电机的电动势方程式

25、、同步电抗和相量图凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图不考虑饱和时的相量图不考虑饱和时的相量图同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-5 凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图已知已知 U、I、cos、及电机参数及电机参数同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-5 凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图讨论：实际上并不存在电动势讨论：实际上并不存在电动势 ，但由于它与，但由于它与 同相位，在数值上又接近，因此可以近似代替。同相位，在数值上又接近，因此

26、可以近似代替。已知已知 U、I、cos 及电机参数，相量图作法。及电机参数，相量图作法。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-5 凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图凸极同步发电机的电动势方程式、同步电抗和相量图空载特性空载特性 空载特性：空载特性：n=n1，I=0时，时，E0 U0=f(if)测取方法：在电枢空载（开路）的情况下，用原动测取方法：在电枢空载（开路）的情况下，用原动机把发电机转子拖到同步速，然后调节励磁电流，使空机把发电机转子拖到同步速，然后调节励磁电流，使空载电枢电压达到额定值的载电枢电压达到额定值的1.3倍左右，然后单方向逐步倍左右，然后单方向逐步

27、减少励磁电流并记录不同励磁电流下对应的电枢端电压。减少励磁电流并记录不同励磁电流下对应的电枢端电压。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比空载特性空载特性 绘制空载曲线时，既可以采用励磁电流和端电压绘制空载曲线时，既可以采用励磁电流和端电压的实际值，亦可以采用其标么值。的实际值，亦可以采用其标么值。如果采用标么值，则电枢电压应以额定电压作为如果采用标么值，则电枢电压应以额定电压作为基值，励磁电流通常以空载产生额定电压时的励磁电基值，励磁电流通常以空载产生额定电压时的励磁电流作为基

28、值。流作为基值。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比空载特性空载特性同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比 空载特性是发电机的基本特性之一，空载特性一方空载特性是发电机的基本特性之一，空载特性一方面表征了电机磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特面表征了电机磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特性等其它特性配合在一起还可以确定同步电机的基本性等其它特性配合在一起还可以

29、确定同步电机的基本参数。参数。短路特性短路特性 表示电机在同步转速下，电枢端点三相短路时，电表示电机在同步转速下，电枢端点三相短路时，电枢电流枢电流(短路电流短路电流)与励磁电流的关系，即：与励磁电流的关系，即：n=n1，U=0时，时，Ik=f(if)同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比 通过三相稳态短路试验测取。发电机的转速保持通过三相稳态短路试验测取。发电机的转速保持为同步速，调节励磁电流，使电枢电流约为为同步速，调节励磁电流，使电枢电流约为1.2倍额定倍额定值，同时量取电

30、枢电流和励磁电流，然后逐渐减小励值，同时量取电枢电流和励磁电流，然后逐渐减小励磁电流，使励磁电流降低到零为止。磁电流，使励磁电流降低到零为止。短路特性是一条直线。为什么？短路特性是一条直线。为什么？短路特性短路特性以隐极电机为例。以隐极电机为例。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比利用空载特性和短路特性求同步电抗的不饱和值利用空载特性和短路特性求同步电抗的不饱和值同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性

31、、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比式中式中E0是在短路电流为是在短路电流为Ik时之励磁电流所对应的空载时之励磁电流所对应的空载电动势，考虑到短路时电机磁路处于不饱和状态，所电动势，考虑到短路时电机磁路处于不饱和状态，所以以E0应该从气隙线上查出。相应地，由此确定的应该从气隙线上查出。相应地，由此确定的xs值值是不饱和值。是不饱和值。利用空载特性和短路特性求同步电抗的不饱和值利用空载特性和短路特性求同步电抗的不饱和值同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比1）E0 和和 I k

32、是电枢的相电动势和相电流。如果空载曲是电枢的相电动势和相电流。如果空载曲线的纵坐标采用线电压，短路曲线的纵坐标采用线电线的纵坐标采用线电压，短路曲线的纵坐标采用线电流，则应算出相应的相值，再进行计算；如果空载特流，则应算出相应的相值，再进行计算；如果空载特性、短路特性均采用标么值，则相、线之间不需换算，性、短路特性均采用标么值，则相、线之间不需换算，计算的计算的 xs 即为标么值。即为标么值。利用空载特性和短路特性求同步电抗的不饱和值利用空载特性和短路特性求同步电抗的不饱和值同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短

33、路特性求同步电抗的不饱和值和短路比2）如果被试电机是凸极电机，由于短路时如果被试电机是凸极电机，由于短路时 90 90，此时电枢反应为直轴电枢反应，因此求出的同步电抗，此时电枢反应为直轴电枢反应，因此求出的同步电抗为直轴同步电抗为直轴同步电抗 x xd d 的不饱和值。的不饱和值。短路比短路比 在相应于空载额定电压的励磁电流下，三相稳态短在相应于空载额定电压的励磁电流下，三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比值。路时的短路电流与额定电流之比值。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路

34、比短路比短路比同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比讨论：不计饱和时，讨论：不计饱和时，k1。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比短路比的数值对电机性能影响很大。短路比小，说明短路比的数值对电机性能影响很大。短路比小，说明同步电抗大，这时短路电流小，但负载变化时发电机同步电抗大，这时短路电流小，但负载变化时发电机机端电压变化较大，并联运行时稳定性较差，但电机机端电

35、压变化较大，并联运行时稳定性较差，但电机的成本较低；反之，短路比大则电机性能较好，但成的成本较低；反之，短路比大则电机性能较好，但成本高，因为短路比大表示同步电抗小，故气隙大，使本高，因为短路比大表示同步电抗小，故气隙大，使励磁电流增大、转子用铜量增大，所以短路比的选择励磁电流增大、转子用铜量增大，所以短路比的选择要合理地统筹兼顾运行性能和电机造价这两方面地要要合理地统筹兼顾运行性能和电机造价这两方面地要求。汽轮发电机的求。汽轮发电机的Kc0.470.63，水轮发电机的水轮发电机的Kc1.01.4，水轮发电机的短路比较大是由于水轮发电机水轮发电机的短路比较大是由于水轮发电机为凸极结构，气隙大之

36、故。为凸极结构，气隙大之故。零功率因数负载特性零功率因数负载特性 同步发电机带纯感性负载（同步发电机带纯感性负载（coscos0 0），），转速保持转速保持同步速，并保持负载电流同步速，并保持负载电流 I I （I I=I IN N）不变，求取发电不变，求取发电机端电压与励磁电流之间的关系，即机端电压与励磁电流之间的关系，即同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定零功率因数负载特性零功率因数负载特性试验方法：电枢接一个可调节三相纯感性负载。将同步试验方法：电枢接一个可调节三相纯感性负载

37、。将同步发电机拖动至同步转速，然后调节励磁电流和电枢的大发电机拖动至同步转速，然后调节励磁电流和电枢的大小，使电枢电流始终保持为常值（小，使电枢电流始终保持为常值（I I=I IN N），），记录不同励记录不同励磁电流下发电机的电压，即可得到零功率因数曲线，如磁电流下发电机的电压，即可得到零功率因数曲线，如图所示。图所示。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定零功率因数特性在空载特性的右侧，其形状与空载特性零功率因数特性在空载特性的右侧，其形状与空载特性相似，这表明两条曲线之间具有某

38、种联系。相似，这表明两条曲线之间具有某种联系。为什么？为什么？同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系零功率因数特性和空载特性之间相差一个直角三角形零功率因数特性和空载特性之间相差一个直角三角形AEF，该三角形称为同步电机的特性三角形或保梯三角该三角形称为同步电机的特性三角形或保梯三角形。特性三角形的一条直角边形。特性三角形的一条直角边(铅垂边铅垂边)是定子漏抗压降是定子漏抗压降Ix，另一条直角边另一条直角边(水平边水平边)是电枢反应磁动势的等效是电枢反应磁动势的等效励磁电流励磁电流ifa。测取零功率因数特性时，电流测取零功率因数特性时，电流I I保持不变，保持不变，可见可见Ix和和i

39、fa不变，即特性三角形的大小不变。因此只要不变，即特性三角形的大小不变。因此只要把特性三角形的底边保持水平位置而使其顶点把特性三角形的底边保持水平位置而使其顶点E E沿空载沿空载特性上移动，则其右边顶点的轨迹即为零功率因数特性。特性上移动，则其右边顶点的轨迹即为零功率因数特性。当特性三角形移到其水平边与横坐标重合时，可得当特性三角形移到其水平边与横坐标重合时，可得K K点，点，该点的端电压该点的端电压U=0=0，故实质上即为短路点。故实质上即为短路点。10-7 同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定由零功率因数负载特性和空载特性确定定子漏抗

40、和电枢由零功率因数负载特性和空载特性确定定子漏抗和电枢反应磁动势反应磁动势同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系 在零功率因数特性上取两点：额定电压点（在零功率因数特性上取两点：额定电压点（U=UN，I=IN），），另一点为短路点另一点为短路点K（U0，I=IN）。10-7 同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定AEF AEF 特性三角形特性三角形研究表明，由于零功率因数负载时转子的漏磁比空载时研究表明，由于零功率因数负载时转子的漏磁比空载时大，零功率因数特性和空载特性所确定的漏抗将比实际大，零功率因数特性和空载特性所确定的漏抗将

41、比实际的定子漏抗稍大，一般把由零功率因数特性和空载特性的定子漏抗稍大，一般把由零功率因数特性和空载特性确定的漏抗称为保梯电抗，以确定的漏抗称为保梯电抗，以 xp 表示。对一般的电机表示。对一般的电机来说，试验和作图求取的零功率因数特性的差别是不大来说，试验和作图求取的零功率因数特性的差别是不大的。在隐极电机中，因为极间漏磁通较小，故的。在隐极电机中，因为极间漏磁通较小，故 xp x，而凸极电机中，则而凸极电机中，则 xp(1.1-1.3)x。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定 为

42、了求电枢反应磁动势和定子漏抗，只要已知空为了求电枢反应磁动势和定子漏抗，只要已知空载特性和零功率因数特性上的载特性和零功率因数特性上的 K和和 F 两点就可以了。两点就可以了。K点可以通过短路特性找出，零功率因数持性实验只需点可以通过短路特性找出，零功率因数持性实验只需做一点做一点 F 即可。即可。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定同步发电机的零功率因数负载特性及保梯电抗的测定外特性外特性 发电机的转速保持同步转速，励磁电流、负载功率发电机的转速保持同步转速，励磁电流、负载功率因数保持不变，发电机的端电压和负载电流的关系，即

43、因数保持不变，发电机的端电压和负载电流的关系，即 同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的外特性和调整特性同步发电机的外特性和调整特性 根据外特性可以求出发电机的电压调整率。调节根据外特性可以求出发电机的电压调整率。调节发电机的励磁，使额定负载时发电机的端电压为额定发电机的励磁，使额定负载时发电机的端电压为额定电压，此励磁电流就称为额定励磁电流。然后保持励电压，此励磁电流就称为额定励磁电流。然后保持励磁和转速不变，卸去负载，此时端电压变化的标么值，磁和转速不变，卸去负载，此时端电压变化的标么值，就称为同步发电机的电压调整率，如图所示。就称为同步发电机的电压调整率，

44、如图所示。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的外特性和调整特性同步发电机的外特性和调整特性调整特性调整特性 当发电机的负载发生变化时，为了保持端电压不当发电机的负载发生变化时，为了保持端电压不变，必须同时调节发电机的励磁电流。当发电机的转变，必须同时调节发电机的励磁电流。当发电机的转速保持为同步速，发电机的端电压和负载功率因数不速保持为同步速，发电机的端电压和负载功率因数不变时，负载电流变化时励磁电流的调整曲线，就称为变时，负载电流变化时励磁电流的调整曲线，就称为发电机的调整特性，即发电机的调整特性，即 同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7

45、 同步发电机的外特性和调整特性同步发电机的外特性和调整特性调整特性调整特性 在感性和纯电阻负载时，为克服负载电流所产生在感性和纯电阻负载时，为克服负载电流所产生的去磁电枢反应和阻抗压降，以保持端电压为一常数，的去磁电枢反应和阻抗压降，以保持端电压为一常数，随着负载的增加，励磁电流必须相应地增大，因此，随着负载的增加，励磁电流必须相应地增大，因此，这两种情况下的调整特性是上升的。反之，在容性负这两种情况下的调整特性是上升的。反之，在容性负载时，调整特性也可能是下降的。载时，调整特性也可能是下降的。同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系10-7 同步发电机的外特性和调整特性同步发电机的外

46、特性和调整特性并联运行的必要性并联运行的必要性电电能能的的供供应应可可以以相相互互调调剂剂，合合理理使使用用，从从而而更更合合理理地地利用动力资源和发电设备。利用动力资源和发电设备。提高供电可靠性。提高供电可靠性。供供电电质质量量提提高高。由由于于系系统统容容量量很很大大，电电网网的的电电压压和和频频率基本保持恒定。率基本保持恒定。同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-1 概述概述并联运行的必要性并联运行的必要性系系统统愈愈大大，负负载载愈愈趋趋均均匀匀，不不同同性性质质的的负负载载，相相互互补补偿。偿。联成电力系统，可以使发电厂的布局更加合理。联成电力系统，可以使发电厂的布局更加合理

47、。同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-1 概述概述无限大电网无限大电网无无限限大大电电网网：现现代代电电网网的的电电压压和和频频率率可可以以看看作作是是不不变变的的，即即U=常常数数，f常常数数，称称为为无无限限大大电电网网，所所以以无无限限大大电电网实际上相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。网实际上相当于一个内阻抗等于零的恒频、恒压电源。同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-1 概述概述研究并联运行时所用的规定正方向研究并联运行时所用的规定正方向同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-1 概述概述并联投入条件并联投入条件 为为了了避避免免并并联联合合闸闸时时引引起

48、起电电流流、功功率率以以及及由由此此引引起起的的发发电电机机内内部部的的机机械械应应力力的的冲冲击击，将将要要投投入入电电网网的的发发电机应满足下列条件：电机应满足下列条件：1.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。2.2.投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致。投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致。3.3.发电机的频率等于电网的频率。发电机的频率等于电网的频率。4.4.发电机的相序必须与电网相序一致。发电机的相序必须与电网相序一致。同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-2 同步发电机并联投入的条件和方法同步发电机并联

49、投入的条件和方法不满足并联条件投入的后果不满足并联条件投入的后果频频率率相相等等，相相序序一一致致，但但发发电电机机电电压压和和电电网网电电压压不不相相等。等。由于发电机和电网之间存在着电位差由于发电机和电网之间存在着电位差，故在并联故在并联投入时，发电机和电网之间将出现环流投入时，发电机和电网之间将出现环流。同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行11-2 同步发电机并联投入的条件和方法同步发电机并联投入的条件和方法不满足并联投入条件的后果不满足并联投入条件的后果电电压压相相等等，相相序序一一致致，但但发发电电机机频频率率和和电电网网频频率率不不相相等。等。同步发电机的并联运行同步发电机的并

50、联运行11-2 同步发电机并联投入的条件和方法同步发电机并联投入的条件和方法 发电机电压相量和电网电压相量之间存在相对运发电机电压相量和电网电压相量之间存在相对运动。设动。设 f fG G f fS S ，并把电网电压相量看成相对静止的，并把电网电压相量看成相对静止的，则发电机的电压相量将以则发电机的电压相量将以 w wG G-w wS S 的相对速度向前旋的相对速度向前旋转。此时，发电机和电网之间将出现一个大小和相位转。此时，发电机和电网之间将出现一个大小和相位均不断变化的电位差。均不断变化的电位差。并联投入时将在并联投入时将在发电机和电网发电机和电网内产生环流。内产生环流。不满足并联投入条