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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)。
三相同步发电机的运行特性一、实验目的1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。
2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。
二、预习要点1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？2、这些基本特性各在什么情况下测得？3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？三、实验项目1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。
2、空载实验：在n=n N、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f(I f)。
3、三相短路实验：在n=n N、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线I K=f(I f)。
4、纯电感负载特性：在n=n N、I=I N、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。
5、外特性：在n=n N、I f=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。
6、调节特性：在n=n N、U=U N、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I f=f(I)。
四、实验方法2、屏上挂件排列顺序D34-2、D52、D513、测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。
测量与计算方法参见实验4-1。
记录室温。
测量数据记录于表5-1中。
图5-1 三相同步发电机实验接线图4、空载实验(1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y 形接法(U N =220V)。
R f2用R4组件上的90Ω与90Ω串联加R6上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R st 用R2上的180Ω电阻值，R f1用R1上的1800Ω电阻值。
开关S 1，S 2选用D51挂箱。
(2) 调节D52上的24V 励磁电源串接的R f2至最大位置。
调节MG 的电枢串联电阻R st 至最大值，MG 的励磁调节电阻R f1至最小值。
开关S 1、S 2均断开。
将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。
三相同步发电机的运行特性一、实验目的1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。
2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。
二、预习要点1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？2、这些基本特性各在什么情况下测得？3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？三、实验项目1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。
2、空载实验：在n=n、I=0的条件下，测取空载特性曲线U=f(I)。
f0N3、三相短路实验：在n=n、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线I=f(I)。
fKN4、纯电感负载特性：在n=n、I=I、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。
NN5、外特性：在n=n、I=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。
fN6、调节特性：在n=n、U=U、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I=f(I)。
fNN四、实验方法2、屏上挂件排列顺序D34-2、D52、D513、测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。
COSФ三相同步发电机实验接线图图5-1 IS*1A R L AW*同步电机组绕磁励XVAVRY L SG源A －Z~C3电I B4、空载实验(1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y形接法(U=220V)。
R用R4组件上的90Ω与90Ω串联加R6上90Ωf2N与90Ω并联共225Ω阻值，R用R2上的180Ω电阻值，R用R1上的1800Ω电阻值。
开关S，1st f1S选用D51挂箱。
2(2) 调节D52上的24V励磁电源串接的R至最大位置。
调节MG的电枢串联电阻R至最大值，stf2MG的励磁调节电阻R至最小值。
开关S、S均断开。
将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋2f11转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。
