相同步发电机的运行特性完整版

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。

三相同步发电机运行特性空载特性当同步发电机运行于n=n1，I a=0时，即称为空载运行。

同步发电机的空载、短路及零功率因数特性都是同步发电机的基本特性，通过它们可以求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定同步发电机的其他特性。

（1）测定同步发电机空载特性曲线当同步发电机达到同步转速之后，如果加入励磁电流，改变励磁电流，随之空载电势也发生改变。

①励磁电流由0升至最大值②励磁电流由最大值降为0由于铁磁材料产生磁滞，空载电势有所不同，一般取下降的空载特性曲线图1 同步发电机空载特性曲线显然，此时我们通过改变励磁电流，则电机气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应电动势都会随之发生变化。

（2）空载特性：空载时不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，图2 同步发电机空载特性因E0正比于0，而励磁电流又正比于励磁磁势，所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。

空载特性主要有两个用处：1.空载特性反映出电机的设计是否合理。

如前面的分析情况一样，额定电压显示应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才经济合理。

2.同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，同步电机的许多性能由它所决定。

空载特性配合短路特性可以求出同步电抗。

零功率因数负载特性同步发电机的负载特性是在n=n N、I=常数、cos=常数的条件下，端电压与励磁电流之间的关系曲线U=f（I f），如图所示。

其中以零功率负载特性最有实用价值。

零功率因数负载特性由可变纯电感负载条件确保cosφ≈ 0 ，通过试验测得最右侧的一条曲线），测试中通常保持电枢电流I=I N。

图4 同步发电机零功率因数负载特性当电机容量较大时，由曲线逐点测取所要求的负载条件的作法代价很高。

实用的作法是将电机并入电网作空载运行，调节励磁电流使电枢输出无功电流为I N，则得曲线上的额定点Q。

再做电机的短路试验，测得I k=I N时的励磁电流为Ifk，又得曲线上另一点，即短路点，工程中有这两点就够用了。

三相同步发电机的运行特性实验报告一、实验目的1、掌握三相同步电动机的异步起动方法。

2、测取三相同步电动机的V形曲线。

3、测取三相同步电动机的工作特性。

二、预习要点1、三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。

2、三相同步电动机的V形曲线是怎样的？怎样作为无功发电机(调相机)使用？3、三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？三、实验项目1、三相同步电动机的异步起动。

2、测取三相同步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线。

3、测取三相同步电动机输出功率P2=0.5倍额定功率时的V形曲线。

4、测取三相同步电动机的工作特性。

四、实验方法1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D31、D42、D33、D32、D34-3、D41、D52、D51、D313、三相同步电动机的异步起动图8-1 三相同步电动机实验接线图1) 按图8-1接线。

其中R的阻值为同步电动机ＭＳ励磁绕组电阻的10倍(约选用D41上90Ω串联90Ω加上90Ω并联90Ω)，选用D41上90Ω固定电阻。

Rf90Ω共225Ω阻值。

R f1选用D42上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值并调至最小。

R选用D42上900Ω串联900Ω加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值并调至最大。

2=220V)。

MS为DJ18(Y接法，额定电压UN2) 用导线把功率表电流线圈及交流电流表短接，开关S闭合于励磁电源一侧(图8-1中为上端)。

3) 将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转至零位。

接通电源总开关，并按下“开”按钮。

调节D52同步电机励磁电源调压旋钮及R f阻值，使同步电机励磁电流I f约0.7A左右。

4) 把开关S闭合于R电阻一侧(图8-1中为下端)，向顺时针方向调节调压器旋钮，使升压至同步电动机额定电压220伏，观察电机旋转方向，若不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。

5) 当转速接近同步转速1500r/min时，把开关S迅速从下端切换到上端让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机的整个起动过程完毕。