第14章 同步发电机的运行特性分析

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。

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。

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。

三相同步发电机的运行特性实验报告一、实验目的1. 掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因数负载特性的实验求取法。

2.学会用实验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳太参数。

二、实验内容：1.空载实验：在n=nN，I=0的条件下，测取同步发电机的空载特性曲线Uo=f(If)。

2.三相短路实验：在n=n N，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线I k=f(I f).3..求取零功率因数负载特性曲线上的一点，在n=nN；U=UN；cosØ≈0的条件下，测取当I=IN 时的If值。

三、实验仪器及其接线1.实验仪器如下图所示：2.实验室实际接线图如下图所示：图1 实验室实际接线图四、实验线路及操作步骤：1. 空载实验实验接线图如图2所示图2 实验接线图实验时启动原动机（直流电动机），将发电机拖到额定转速，电枢绕组开路，调节励磁电流使电枢空载电压达到120%U N值左右，读取三相线电压和励磁电流，作为空载特性的第一点。

然后单方向逐渐减小励磁电流，较均匀地测取8到9组数据，最后读取励磁电流为零时的剩磁电压，将测量数据记录于表1中。

表1 空载实验数据记录 n=no=1500转/分 I=0（1）表1中U 0=3AC BC AB U U U ++ U 0*=NU U 0 I f =I ´f +ΔI f0 I I fofI f =* I f0为U 0= U N 时的I f 值，在本实验室中取U N =400V,I N =3.6A 。

（2）若空载特性剩磁较高，则空载特性应予以修正，即将特曲线的的直线部分延长与横轴相交，交点的横坐标绝对植ΔI f0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔI f0，即得通过坐标原点之空载校正曲线。

如图3所示。

图3 空载特性曲线校正2.短路实验实验线路图如图2所示。

在直流电动机不停机状态下，并且，发电机励磁电流等于零的情况下，这时合上短路开关K 2，将电枢三相绕组短路，将机组转速调到额定值并保持不变，逐步增加发电机的励磁电流I f ，使电枢电流达到（1.1-1.2）倍额定值，同时量取电枢电流和励磁电流，然后逐步减小励磁电流直到降为0为止。