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1、同步发电机的运行及计算摘要：随着国家经济发展水平和人们生活水平的日益提高，生产和生活用电量日益增加，所需的电能供应也随之增加。继而人们对产生电能的关键器件发电机越来越关注。但大多数人们只是大概的了解发电机长什么样子，很少人知道它的具体构造和运行特性。文章从同步发电机的工作原理入手，较详细的介绍了有关同步发电机运行的各种特性和参数的计算方法。 关键词：同步发电机；运行特性；参数计算同步发电机由定子和转子两大部分组成，两者之间是气隙。发电机转子是旋转的，转子励磁绕组线圈的两端分别与两个彼此绝缘的滑环连接，外界通过压在滑环上的电刷将直流电传送给励磁绕组，当励磁绕组通电后，产生磁场（有N极、S极）。当
2、转子在原动机的拖动下旋转时，旋转磁场依次切割定子三项对称绕组，从而产生感应电动势，当输出端接入负荷，发电机就会向负载供电。总的来说，同步发电机在磁场中完成机电能量转换，是一种将机械能转化为电能的机械装置。1同步发电机的分类1.1按转子结构特点分类1.1.1隐极同步发电机。隐极同步发电机转子为细长的圆柱体，从外表看没有突出的磁极，故称为隐极。其特点为在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速旋转，多用于汽轮机。1.1.2凸极同步发电机。凸极发电机转子由磁极、磁轭、阻尼绕组、转轴和转子支架构成，气隙不均匀，适合于中速或低速旋转，多用于水轮机。1.2按电机安装特点分类立式电机、卧式电机。1.3按励磁方
3、式分类电励磁式及永磁式电机。1.4按通风方式分类开启式、防护式及封闭式电机。1.5按电机负载分类均匀负载、交变负载及冲击负载电机。2同步发电机的运行特性同步发电机在转速n1，功率因素cos保持不变的条件下，定子端电压U，负载电流I，励磁电流If三变量中保持一个量为常数，其他两个量之间的函数关系即为同步发电机的运行特性。其主要包括空载特性、短路特性、零功率因素负载特性、负载运行特性、电压调整特性与调整特性等。2.1空载特性保持同步转速n1不变，定子绕组开路，空载电动势E0与励磁电流If的函数关系E0=f（If）即为同步发电机空载特性。2.2短路特性短路特性是指电枢三相绕组出线端短接，同步转速n1
4、保持不变，电枢绕组短路电流IK与励磁电流If的函数关系。其中IK=f（If），两者为线性关系。2.3零功率因数负载特性零功率因数负载特性就是cos=0时的负载特性。该特性曲线与空载特性曲线形状相似，并通过曲线可以求出电枢绕组漏电抗。2.4负载特性电枢反应的不同性质与与内功率因数角（相电动势E与相电流I的夹角）的大小有关。以隐极发电机为例。=0电枢反应为交轴电枢反应=90电枢反应为直轴去磁作用=-90电枢反应为直轴助磁作用0任意角电枢反应既有直轴电枢分量，又有交轴电枢分量。2.5电压调整特性同步发电机电压调整特性也成为外特性，是指同步转速n1、励磁电流If和负载功率因素cos不变，改变负载电流I
5、，端电压U的变化曲线。它反映了负载性质不同时，端电压随负载变化而变化的情况。带cos=1纯电阻负载时，端电压随负载增大降落较少；带cos=0.8的电感性负载时，端电压随负载增大降落较多；带cos=0.8的电容性负载时，端电压随负载增加而升高。2.6调整特性它反映的是负载电流变化时，为维持端电压不变，励磁电流的变化曲线。其特征与电压调整特性相对应。3同步发电机参数计算（以隐极为例）3.1磁动势计算3.1.1转子励磁绕组基波磁动势幅值Ff1=kfNf If其中kf为励磁磁动势波形因数；Nf为励磁绕组匝数；If为励磁电流。3.1.2定子三相绕组基波电枢磁动势幅值F1=1.35kdp1其中N1为定子绕
6、组每项串联匝数；P为极对数；kdp1为基波绕组系数；I为定子电流。3.2电动势计算3.2.1电枢反应电动势Ea 可用下式计算Ea=-jIXa式中I为电枢电流；Xa为每相绕组电枢反应电抗。3.2.2空载电动势E0=U+IZs式中Zs为同步电机每项绕组同步电抗。3.3电抗计算3.3.1同步电抗测定Xs=其中E0为空载电动势；IK为短路电流。3.3.2保梯电抗计算保梯电抗在一定条件下可看做为电枢绕组漏电抗X=式中E为一相绕组中感应的气隙电动势。3. 4有功功率计算同步发电机有功功率为Pem=msin其中Xs为同步电抗；为同步发电机功角。3. 5过载能力计算最大电磁转矩超出额定电磁转矩一的比列即为过载
7、能力km=式中N为发电机额定运行时的功角。4同步发电机 的并联合闸理想并联合闸的条件：发电机频率与电网频率相同；发电机电压幅值与电网电压幅值相同；发电机电压相序与电网电压相序相同；发电机电压相位与电网电压相位相同。判别合闸条件是否满足的两个基本方法：暗灯法和灯光旋转法。5结语同步发电机是我们日常生活中常用的机械装置，现代社会中使用的交流电能，几乎全由同步发电机产生。因此掌握同步发电机的运行特性及参数计算，对每个电气技术人员来说都十分重要。参考文献1 孙旭东,王善铭.电机学M.清华大学出版社,2006年9月第一版.2 金续曾.中小型同步发电机使用与维修M.中国电力出版社, 2004年7月第一版.3 周德贵,巩北宁.同步发电机运行技术与实践M.中国电力出版社,2004年12月第一版.
