6.3 同步电机的基本运行特性同步电机的基本运行特性教学内容教学内容Ø同步发电机各特性的原理和方法同步发电机各特性的原理和方法Ø利用各特性测量有关参数的方法利用各特性测量有关参数的方法Ø低转差法测量同步电抗的原理和方法低转差法测量同步电抗的原理和方法纵蹦宅谗全湛掂撵铣打喊蘑少疫逝城仲骡犯钻衬腋撼滋辊舅瓶徐盯屠号悍电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 6.3 同步电机的运行特性同步电机的运行特性同步电机标幺值系统基值选定：同步电机标幺值系统基值选定：励磁电流基值励磁电流基值 If0(A)：空载电压：空载电压E0等于额定电压等于额定电压UNφ时的励磁电流时的励磁电流容量基值容量基值(VA)：：SN=mUNφINφ电压基值电压基值(V)：： UNφ电流基值电流基值(A)：： INφ阻抗基值阻抗基值 (Ω)：：ZN=UNφ/INφ转速基值转速基值(rad/s)：： ΩN=2πnN/60币居鬼纫讣萧脊问扰羚败衍陷疟倪漆篡逛阉喝伙够坯闽航腆盅概随妥凰霸电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 1.1. 空载特性空载特性U U0 0= =f f( (I If f) )将转子拖动到同步转速将转子拖动到同步转速(n=nN)，，定子绕组开路定子绕组开路(I=0)，改变励磁，改变励磁电流，测量空载电压电流，测量空载电压测定空载特性时，由于磁滞测定空载特性时，由于磁滞现象，上升和下降的曲线不现象，上升和下降的曲线不会重合，因此一般约定采用会重合，因此一般约定采用自自U0 ≈ 1.3UN开始至开始至If=0的下的下降曲线降曲线同步电机的运行特性同步电机的运行特性将原实测曲线整体右移得到将原实测曲线整体右移得到工程中实用的工程中实用的校正曲线校正曲线酮镶堡劝耽鲁空丑钝源蔗拓里暴锑碉锈湃惦拥苏往并赚审吝彭去砍徊把滤电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 2.2.短路特性短路特性短路特性短路特性Ik=f(If) ：：定子三相稳态短路、定子三相稳态短路、保持保持n=nN时电枢电流与励磁电流的关系时电枢电流与励磁电流的关系Ø磁动势平衡方程为磁动势平衡方程为Ff=F'δ+F'ad。
F'ad∝∝Fad∝∝I，，Ff∝∝If，故有，故有If∝∝I，即，即短路特性是一条直线短路特性是一条直线 Ø 短路时电枢反应基本上是纯去磁的短路时电枢反应基本上是纯去磁的,电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，亦即直轴磁动势，亦即Fa=FadØ 短路时电机磁路不饱和短路时电机磁路不饱和 F'δ∝∝Eδ∝∝I榆酷班兔外呐贞排仰溜固件承冰冕副醇睬山袋掸诊嫉促述姜槽溉狡茄呻姚电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 3.3.零功率因数负载特性零功率因数负载特性负载特性负载特性U=f(If) ：：在在n=nN、、I=常数、常数、cosφ=常数的条件下，端电压常数的条件下，端电压 与励磁电流之间的关系曲线与励磁电流之间的关系曲线零功率因数负载特性零功率因数负载特性由可由可变纯电感负载条件确保变纯电感负载条件确保cosφ≈0，通过试验测得，，通过试验测得，测试中通常保持电枢电流测试中通常保持电枢电流I=INØ 零功率因数负载特性曲线的实用做法零功率因数负载特性曲线的实用做法美惠态斡衔吮磐梭克回将次齿撤藤搅夫禁仗右俄钾预域啼幢幕堂闺屁毖殉电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 3.3.零功率因数负载特性零功率因数负载特性Ø 由于由于φ=90°,忽略电枢电阻，忽略电枢电阻，ψ≈90°故零功率因数负载时的电枢磁动故零功率因数负载时的电枢磁动势是势是纯去磁作用的直轴磁动势纯去磁作用的直轴磁动势Eδ≈U+IXσF'δ≈Ff-F′aØ 空载特性与零功率因数特性之间存空载特性与零功率因数特性之间存在一个在一个特性三角形特性三角形。
此三角形的大小此三角形的大小不变若Xσ已知，而对应于电枢电流已知，而对应于电枢电流I的去磁作用的等效励磁电流为的去磁作用的等效励磁电流为Ifa ，则，则该三角形可唯一确定其左上角顶点该三角形可唯一确定其左上角顶点沿空载曲线移动时，其右下角顶点的沿空载曲线移动时，其右下角顶点的轨迹即为零功率因数负载特性曲线轨迹即为零功率因数负载特性曲线德总村狰畦烈幸皮偷毗冒仰迭彤屿密转林驳忘喜孺页沏褂斤纂厅魔寞瓣遍电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 4.4.外特性外特性外特性外特性U=f(I)：：发电机在发电机在n=nN、、If=常数、常数、cosφ=常数条件下，端电常数条件下，端电压与负载电流之间的关系曲线压与负载电流之间的关系曲线Ø 在在感性负载或纯电阻负载感性负载或纯电阻负载(cosφ=1)时，由于电枢反应去磁作用和定子漏时，由于电枢反应去磁作用和定子漏抗压降影响，抗压降影响，外特性是下降的外特性是下降的Ø在在容性负载且容性负载且ψ<0时，由于电枢反时，由于电枢反应起助磁作用及容性电流的漏抗压降应起助磁作用及容性电流的漏抗压降使端电压上升，使端电压上升，外特性是上升的外特性是上升的额定励磁电流额定励磁电流IfN ：：发电机在额定负载发电机在额定负载(I=IN、、cosφ=cosφN、、U=UN)运行时的励磁电流运行时的励磁电流电压调整率：电压调整率： ΔU=[(E0-UN)／／UN]×100%混赔猖仔迷附譬产愧月螺莎客饼素住碉楼蜀筛旗臼汕郎白妄俞驾杜假政阳电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 5.5.调整特性调整特性调整特性调整特性If=f(I)：：n=nN、、U=常数、常数、cosφ=常数时，发电机励磁电流常数时，发电机励磁电流与电枢电流的关系曲线与电枢电流的关系曲线当发电机负载电流变化时，为当发电机负载电流变化时，为保持端电压不变，必须调节发保持端电压不变，必须调节发电机的励磁电流电机的励磁电流Ø 对于对于感性和电阻性负载感性和电阻性负载，转子电流随负载增加而增加，，转子电流随负载增加而增加， 特性是上升的特性是上升的Ø 对于对于容性负载容性负载，因负载电流的助磁作用，，因负载电流的助磁作用，特性会下降特性会下降浅朵伞徽窟线淮凝槽脂隐词彭雍皮贾滞疑贯息徊堑榆菌铱趴颁弊充讽矗傲电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 特性曲线在参数计算中的应用特性曲线在参数计算中的应用1.1.由空载特性和零功率因数负载特性确定定子漏电抗由空载特性和零功率因数负载特性确定定子漏电抗 和电枢反应的等效励磁磁动势和电枢反应的等效励磁磁动势已知空载与零功率因数两条特已知空载与零功率因数两条特性曲线，由此求出它们之间的性曲线，由此求出它们之间的特性三角形特性三角形三角形三角形A'B'C'为所求的为所求的特性三角形特性三角形特性三角形的具体做法特性三角形的具体做法Ifa=A'C'Xσ=BC／／INφ径添建兔喧燕况契蛮慷狞鸥粱疽狞怨犯疫赵入前魔用钒都颈砷雅怂睛坛茵电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 2.2.利用空载特性和短路特性确定利用空载特性和短路特性确定X Xd d的不饱和值的不饱和值由于短路时主磁路处于不饱和状态，由于短路时主磁路处于不饱和状态，短路电流为直轴电流，电压平衡方程短路电流为直轴电流，电压平衡方程式为式为E0=IkXd。
此时此时E0应为不饱和值，应为不饱和值，因而应按线性原则让沿空载特性直线因而应按线性原则让沿空载特性直线段的延长线产生相应的段的延长线产生相应的E′0求取直轴同步电抗直轴同步电抗Xd的不饱和值为的不饱和值为Xd（不饱和）（不饱和）=E′0／／Ik沧卯搀嘱劫衫峦卡闯镜儒善捞滋吩才晦敖遥椿妓遥笛源布忠艳箍蜘唾游完电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 3.3.短路比短路比短路比：短路比：在空载额定电压所对应的在空载额定电压所对应的励磁电流励磁电流If0励磁下三相稳态短路时的励磁下三相稳态短路时的短路电流短路电流Ik0与额定电流与额定电流IN之比之比kc=Ik0／／IN=If0／／Ifk =(If0／／I'f0)(I'f0／／Ifk) =kμ(UNφ／／E′0)短路比：短路比：产生空载额定电压和额产生空载额定电压和额定短路电流所需的励磁电流之比定短路电流所需的励磁电流之比由于由于E′0=INφXd（不饱和）（不饱和）故故kc=kμ／／X*d（不饱和）（不饱和）欧鳖篓抚敞影屹乎抨吏怯戚棱疥恍匡抬闽漏牺臭凌围侣佯鲍拆服似黎蜕献电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 3.3.短路比短路比短路比的数值对电机影响短路比的数值对电机影响短路比的数值对电机影响短路比的数值对电机影响Ø 短路比小，负载变化时发短路比小，负载变化时发电机的电压变化较大，并联电机的电压变化较大，并联运行时发电机的稳定度较差，运行时发电机的稳定度较差，但电机造价较便宜但电机造价较便宜Ø 增大气隙可减小增大气隙可减小Xd，使短，使短路比增大，电机性能变好，路比增大，电机性能变好，但励磁电动势和转子用铜量但励磁电动势和转子用铜量增大，造价增高增大，造价增高Ø 随着单机容量增长，为提高材料利用率，希望短路比有所随着单机容量增长，为提高材料利用率，希望短路比有所降低。
对汽轮发电机，降低对汽轮发电机，kc=0.4~1.0；对水轮发电机，；对水轮发电机，kc=0.8~1.8帅领陈浪比香畴永哈质禄悟有抚塔恨打测赊和临侈蔽郁魔逆昧雌甲载德韦电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 4.4.利用空载特性和零功率因数特性确定利用空载特性和零功率因数特性确定X Xd d的饱和值的饱和值 由于同步发电机主要在额由于同步发电机主要在额定电压下运行，且在不同负载定电压下运行，且在不同负载电流和不同功率因数时电流和不同功率因数时Eδ的变的变化不大，因此，为简化分析，化不大，因此，为简化分析，可近似地取零功率因数特性上可近似地取零功率因数特性上额定电压点额定电压点A对应的对应的Eδ=BL作作为为考虑饱和程度的依据考虑饱和程度的依据KT为励磁电动势为励磁电动势E0≈UNφ+INφXd(饱和饱和)=KA+ATAT=INφXd(饱和饱和)X*d(饱和饱和)=Xd(饱和饱和)INφ/UNφ=AT/KA 懂榷滩特屯膀斧衅瓤欺醚疯袜骏瓦建靴闽舆独绝啊礁反窝阻挟妻逐氓羞咬电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 同步电机稳态参数（同步电机稳态参数（X Xd d、、X Xq q、、X Xp p、、X Xσσ和和R Ra a等）的测定等）的测定前面结合空载特性、短路特性和零功率因数特性已得到前面结合空载特性、短路特性和零功率因数特性已得到Xσ、、Xp、、Xd(不饱和不饱和)，，Xd(饱和饱和)等参数的确定方法等参数的确定方法低转差法：一种能同时测出低转差法：一种能同时测出Xd和和Xq的方法的方法测量方法测量方法 将同步电机拖动到接近同步转速，将同步电机拖动到接近同步转速，励磁绕组开路，在定子侧加额定频励磁绕组开路，在定子侧加额定频率的相序与转子转向一致的三相对率的相序与转子转向一致的三相对称低电压。
用示波器拍摄定子电压、称低电压用示波器拍摄定子电压、电流和转子励磁绕组端电压波形电流和转子励磁绕组端电压波形无励磁电流，即无励磁电流，即E0=0,忽略忽略Ra，则，则酥轮迹皇仁观俞形吮瘸坯剿藕万娟友慧跃抛缕坍傍块厅挪措艺描耿挨黄差电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 同步电机稳态参数（同步电机稳态参数（X Xd d、、X Xq q、、X Xp p、、X Xσσ和和R Ra a等）的测定等）的测定低转差法低转差法由于所加电压很低，磁路不饱和，故转差法测得的由于所加电压很低，磁路不饱和，故转差法测得的Xd，，Xd都是不饱和值都是不饱和值电枢磁场轴线依次交替与转子直轴和电枢磁场轴线依次交替与转子直轴和交轴重合交轴重合Xd=Umax／／IminXq=Umin／／Imax跌卑肾涅兜涸谋老虏欢擞横妙栅番赔躇移袱丘抓守印店例芹聚控柿孰治危电机学（下）ch6-3电机学（下）ch6-3 。