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同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。
所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势，将导体连接成闭合回路，就有电流通过的现象。
导体镶嵌在铁芯的槽里，铁芯是固定不动的称为定于（静子）。
磁极是转动的，称为转子。
它是由励磁绕组和铁芯组成的。
励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连，定子和转子是发电机的基本组成部分。
那么，三相交流电是如何产生的呢？直流电通入转子绕组后，就产生了稳恒的磁场，沿定于铁芯内圆，每相隔120度，分别安放三相绕组A－X、B－Y、C－Z。
当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时，定子绕组便切割磁力线，产生感应电势，感应电势的方向可由右手定则来确定。
由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电势。
交流电势的额定频率为f，它决定于发电机的极对数P和转速n，其计算公式为:f=np/60HZ，我国规定交流电的频率为50HZ。
即：p=1，n=3000r/min交流电势的相位关系：转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以三相绕组中电势的相位是不同的，因为定子绕组在安放时，空间角度相差120°相序为A－B－C。
何为同步呢？当发电机并列带负荷后，三相绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，交流磁场与转子同速度，同方向旋转，这就是同步。
二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。
其中，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。
而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量，计算发电机的各项基本参数。
1、外特性所谓外特性，就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。
实验四三相同步发电机的运行特
性
实验四：三相同步发电机的运行特性
三相同步发电机是一种常用的大功率电机，它具有较好的效率、可靠性和低成本。
在实验四中，将对三相同步发电机的运行特性进行详细的说明。
首先，要弄清楚三相同步发电机的工作原理。
三相同步发电机是通过三个单相电磁激励来产生同步旋转磁场的。
三个单相电磁激励的电流分别以120度的相位差来传递，这样就形成了一个永久磁场，在这个永久磁场中，三相交流电的同步旋转磁场，能够对发电机的转子产生相应的力，使发电机的转子沿着永久磁场的方向旋转。
其次，要了解三相同步发电机的主要运行特性。
三相同步发电机的运行特性有以下几点：
1. 功率因数：三相同步发电机的功率因数取决于负载的阻抗值，随着负载阻抗的变化，功率因数也会发生变化。
2. 电流平衡：当三相同步发电机处于空载状态时，三相电流应保持平衡，即三相电流之间的相位关系应始终保持120度。
3. 调速特性：三相同步发电机的调速特性取决于供电电压，当供电电压改变时，发电机的转速也会随之改变。
4. 效率：三相同步发电机的效率高，其输出功率大于输入功率，且随着负载的增加而逐渐降低。
5. 启动特性：三相同步发电机的启动特性要求电流不能过大，否则可能会对转子、绕组等部件造成损坏。
最后，要注意三相同步发电机的安全性。
三相同步发电机的安全性要求要求电流不能过大，电压不能过高，否则可能会对电机产生过大的力，从而导致发电机的损坏。
同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性有（空载特性、短路特性、负载特性）合称电机基本特性、（外特性和调整特性）主要是运行特性等五种。
外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。
空载特性、短路特性和负载特性是检验发电机基本性能的特性，用于测量、计算发电机的各项基本参数一、发电机的空载特性（Eo与IL关系）所谓发电机空载运行是指发电机以额定转速运转，定子不带负荷时的运行。
此时，空载电势Eo与励磁电流IL之间的关系叫做空载特性。
当发电机处于空载运行状态，其端电压U就等于电势Eo,因此，端电压U与励磁电流的关系曲线就是空载特性。
如图所示空载特性曲线E0=f(I),做空载特性试验时，应维持发电机转速不变，逐渐增加励磁电流，直至端电压等于额定电压的130%时为止。
在增加励磁电流的过程中，读取励磁电流值及与其对应的端电压值，便可以得到空载特性的上升分支。
接着减小励磁电流，按上面方法读取数值；便得到下降分支，如图2-1-2（a）所示。
由于两曲线的平均，如图中虚线所示。
空载特性曲线是发电机的一条最基本的特曲线。
可用来求发电机的电压变化率、不饱和的同步电抗值等参数。
二、发电机的短路特性（定子绕组的稳态电流I与励磁电流Ii的关系曲线）所谓发电机的短路特性，系指发电机在额定转速下，定子绕组短路时，定子绕组的稳态电流I与励磁电流Ii的关系曲线。
如图2-1-3所示。
短路试验测得的短路特性曲线，不但可以用来求取同步发电机的重要参数饱和的同步电抗与短路比外，在发电厂中，常用它来判断励磁绕组有无匝间短路等故障。
显然，励磁绕组存在匝间短路时，因安匝数的减少，短路特性曲线是会降低的。
三、发电机的外特性（负荷与端电压）所谓发电机的外特性，就是指励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，变更定子负荷电流时，端电压U的变化曲线，即U=f(I)曲线。
在滞后的功率因数情况下cos(θ),当定子电流增加时，电压降落较大，就是由于此时电枢反应是去磁的。
同步发电机的运行特性1、同步发电机单机运行时，输入转矩和磁力电流保持不变，当有功负载（>）增加时，端电压U 下降，频率下降；当无功负载（>）增加时，端电压下降，频率f 不变。
2、同步发电机的短路比可借助于空载特性和短路特性两条特性曲线来求取。
3、同步发电机稳态短路时，空载电动势是用来平衡稳态短路电流在同步电抗上的压降而气隙电动来平衡稳态短路电流在漏抗上的压降。
4、影响同步电动机电压变化率的因素，有负载大小和性质和同步阻抗。
5、一台同步发电机带cos=0.8的阻感性负载运行，若定子电流减小，发电机端电压升高，为保持电压额定值不变，励磁电流要减小。
6、同步发电机带纯电阻负载时，从外特性曲线可知，若电枢电流增加，端电压会下降，其主要原因有内功率因数角>，仍有一部分直轴去磁电枢反应磁动势作用的结果。
7、测定同步发电机短路特性时，如果转速降低0.8nN时，测得的短路特性(A)。
（A）不变（B）提高0.8倍（C）降低0.8倍8、试比较同步发电机在空载（=）、短路实验（U=0, =）、满载（U=, =,cos=cos）三种情况下气隙磁通的大小。
（提示：用向量图分析）答：=短路实验时=满载时。
>>，所以9、简析同步发电机在短路特性曲线为什么是一条直线？、答：由=可知短路时气隙电动势直需用来平衡漏抗电压，因为很小，故很小，其所对应的漏磁通也很小，所以磁路不饱和。
故，又因为所以，两者为一直线关系。
10、为什么短路比是同步电抗的一个重要参数？、答：短路比直接影响惦记的制造成本和运行性能。
（1）大，成本高。
（2）大，小。
（3）大，小，大，稳定性高。
（4）大，短路电流大。
11、画出同步电动机各种性质负载时的外特性曲线。
12、写出同步发电机四条运行特性定义，并画出相应的曲线。
13、保持励磁电流不变，电枢电流，发电机转速恒定，试分析：①空载；②纯阻负载；③纯感负载；④纯容负载（设容抗大于发电机的同步电抗）时发电机端电压的大小？欲保持端电压为额定值，应如何调节？答：>>>以空载电压为基准（=），容性负载产生直轴助磁电枢反应，使端电压升高。
同步电机知识点
同步电机是一种常用的交流电机，其动态性能对全电力系统的动态性能有极大影响。
以下是关于同步电机的知识点：
1. 同步电机是电力系统的心脏，它是一种集旋转与静止、电磁变化与机械运动于一体，实现电能与机械能变换的元件。
2. 同步电机的特点包括：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系；若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。
3. 同步电机分为同步发电机和同步电动机。
4. 同步发电机的转矩方程为T1=To+Te，其中T1为原动机的驱动转矩。
5. 同步发电机的运行特性以外特性为主U=f(I)。
6. 投入并联运行的条件包括：发电机的相序应与电网一致；发电机的频率应与电网相同；发电机的激磁电动势与电网电压大小相同、相位相同。
7. 投入并联的方法包括：准确整步法、自整步法。
8. 同步电机的特点包括：转速不随负载变化而变化；改变励磁电流可以改变功率因数；增大励磁电流，可以提高电磁功率，从而提高电动机的过载能力。
9. 有功功率的调节方法：增加发电机的输入功率，即增加原动机的驱动转矩，可以增加发电机向电网输入的有功功率。
10. 无功功率的调节方法：通过改变励磁电流的大小可以改变发电机对电网无功功率的需求。
11. 同步补偿机是同步电机的一种（同步电机不带载时），作用是改善电网功率因数。
同步发电机的运行特性同步发电机对称稳态运行时，保持转速为额定转速，端电压、电枢电流和励磁电流的变化关系。
一、空载特性1. 定义电枢绕组开路(空载)，保持转子转速为额定转速，电枢端电压U0(空载时即激磁电动势E0)随励磁电流If的变化曲线。
.2. 空载特性曲线见图6-113. 原因：交流绕组电动势公式。
4. 作用：判断同步发电机定子铁心的性能与故障。
二、短路特性1.定义：电枢绕组三相短接(短路，端电压U=0)，保持转子转速为额定转速，电枢电流I随励磁电流If的变化曲线。
2.短路特性曲线：见图6-243.原因：忽略电枢绕组的电阻Ra ，可认为短路电流为纯感性，即，则即此时，电枢反应的性质为直轴去磁的电枢反应，使气隙磁场不饱和，即。
所以，。
4.作用：配合空载特性求xd见图6-25，求xd 不饱和值，见图6-26，求xd 的饱和值，三、外特性及电压变化率1.定义保持转子转速为额定转速，且励磁电流 If 和负载功率因数cosφ不变，发电机端电压U随负载电流I的变化曲线，即U=f (I ) 。
2.外特性曲线见图6-30，负载功率因数不同，外特性曲线不同3.原因感性负载(cosφ =0.8滞后)和纯电阻负载时，外特性曲线是下降的。
这是由于电枢反应去磁作用和漏阻抗压降所引起的。
容性负载(cosφ=0.8超前)时，外特性曲线可能上升。
这是由于电枢反应助磁作用抵消漏阻抗压降使端电压下降的影响使端电压上升。
4.电压调整率调节发电机的励磁电流，使电枢电流为额定电流、功率因数为额定功率因数，端电压为额定电压，此时的励磁电流为额定励磁电流IfN。
保持励磁电流为IfN，转子转速为额定转速，卸去负载(即I=0)，此时端电压的升高的百分值即为电压调整率，用Δu表示，即Δu= 100%同步电机的电压调整率较大，汽轮发电机通常在(30~48)%，水轮发电机通常在(18~30)%;而变压器的仅有(5~8)%。
四、整特性1.定义保持转子转速为额定转速，发电机端电压为额定电压和负载功率因数cosφ不变，励磁电流If随负载电流I的变化曲线，即If = f(I)。
