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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。
同步发电机的五种特性
同步发电机，即转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机。
按结构可分为旋转电枢和旋转磁场两种。
当它的磁极对数为p、转子转速为n时，输出电流频率f=np/60（赫兹）。
同步发电机的五种特性: 空载特性短路特性零功率因数负
载特性同步发电机的外特性调节特性。
同步发电机是一种最常用的交流发电机。
在现代电力工业中，它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。
由于同步发电机一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节励磁电流，能方便地调节发电机的电压。
若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。
介绍
作发电机运行的同步电机是一种最常用的交流发电机。
在现代电力工业中，它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。
由于同步发电机一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节励磁电流，能方便地调节发电机的电压。
若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。
同步发电机的定子、转子结构与同步电机相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步发电机中电枢绕组采用单相。
表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。
这些特性是用户选用发电机的重要依据。
同步电机的三种运行状态及特点
同步电机是一种电动机，具有与交流电源同步运行的特性。
同步电机的运行状态可以分为三种：同步运行状态、失步运行状态和过励磁运行状态。
同步运行状态是指电机的转速与交流电源的频率相等，这时电机的转速和电源频率之间的比值就是同步速度。
同步电机运行时转矩稳定，性能稳定可靠，但是启动时需要外部助力。
失步运行状态是指电机的转速低于同步速度，这时电机的转矩会减小，性能不稳定。
失步运行常常发生在电机负载过重或者启动阻力较大的情况下。
过励磁运行状态是指电机的励磁电流超过额定值，会导致电机过热甚至烧毁。
过励磁运行常常发生在电机负载突然减小或者电源电压波动较大的情况下。
综上所述，同步电机的三种运行状态各具特点，需要根据不同的使用情况进行选择和控制，以保证电机的正常工作和安全运行。
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2.1同步发电机数学模型及运行特性本节主要阐述同步发电机稳态数学模型及运行特性：包括向量图、等值电路与功率方程以及功角特性。
2.1.1 同步发电机稳态数学模型理想电机假设：1）电机铁心部分的导磁系数为常数；2）电机定子三相绕组完全对称，在空间上互差120度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称；3）定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在空气隙中按正弦规率分布；4）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。
同步电动机是一种交流电机，主要做发电机用，也可做电动机用，一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机和矿井通风机等。
近年由于永磁材料和电子技术的发展，微型同步电机得到越来越广泛的应用。
同步电动机的特点之一是稳定运行时的转速n与定子电流的频率f1之间有严格不变的关系，即同步电动机的转速n与旋转磁场的转速n0相同。
“同步”之名由此而来。
同步发电机是电力系统中的电源，它的稳态特性与暂态行为在电力系统中具有支配地位。
虽然在电机学中已经学过同步电机，但那时侧重于基本电磁关系，而现在则从系统运行的角度审视发电机组。
1.同步发电机的相量图设发电机以滞后功率因数运行，三相同步发电机正常运行时，定子某一相空载电势Eq，输出电压或端电压U和输出电流I间的相位关系如图2-1所示。
δ是Eq领先U的角度，称为功角，是功率因数角，即U与I的相位差， Eq与q轴（横轴或交轴）重合，d为纵轴或直轴。
U和I的d、q分量为：图 2-1电势电压相量图电机学课程中已经讨论过，端电压和电流的分量与Eq间的关系为：（2-3）式中，r为定子每相绕组的电阻，x d为定子纵轴同步电抗，x q为定子横轴同步电抗。
其中空载电势Eq与转子励磁绕组中的励磁电流成正比，其比例系数可从空载试验中得到。
为了便于绘制相量图，令d轴作正实轴，q轴作正虚轴，则各相量可表示为所以（2-7）对于隐极式同步发电机（汽轮发电机），因气隙均匀，直轴和交轴同步电抗相等（x d=x q），上式变为（2-8）此即表示隐极式同步发电机的方程，由此即可作出它的等值电路和相量图，如图2-2所示（a）等值电路（b）矢量图图2-2 隐极式同步发电机等值电路和矢量图凸极式同步发电机（水轮发电机），把电枢反应磁势分解为d轴及q轴两个分量，d轴电枢反应磁势的位置固定在转子d轴上，q轴电枢反应磁势的位置固定在转子q轴上，从而解决了合成磁势遇到的不同气隙宽度的困难。
