1、 三相同步发电机的运行特性三 相同步电动机的运行特性原理三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速 n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。若认为磁路不饱和，则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通，并在定子绕阻 内感因电势。对于 极电机，电枢磁势所感应的电势可以表示为 Ea=-jIaXa. Xa被称为电枢反应电抗。 Xa+X=Xs 隐极同步发电机的同步电抗。对于凸极电机，因直轴.交轴处磁阻不同，可将电枢磁势分解成 Fad和 Faq分别研究。它们所感应的电势分别写成 Ead=-jIdXad和 Eaq=-jIqXa
2、q，式中 Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗。Xad+X=Xd.Xaq+X=Xq,Xd 和 Xq分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗。X 为漏磁通引起的电抗 。同步电抗是决定同步电机性能的一个重要参数，通个开路实验和稳态实验就可求取。同步发电机的空载特性是一个很重要的特性，它直接影响着电机的其它特性，通个开路实验还可以发现励磁系统的故障。态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性，和空载特性配合，可以求出同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率。同步发电机的调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时，不改变端
3、电压值.负载电流到多小而不使励磁电流超过规定值。国家标准“GB1029“ 对三相同步电机的实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机的型式实验或检查实验。通过实验可以确定该电机各性 能指标。各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的相应技术条件中有具体规定，将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机的质量和性能了。若求取额定励磁电流和电压变化率，一般用做图法，跟国家标准 GB1029介绍，其具体步骤如下：（1） 如图 1上绘制开路特性曲线，并沿纵轴额定相电压相量 UN.（2）自原点 O作额定电枢电流相量 IN，与纵轴成 N 角（cosN 为额定功率因数）。（3）从相量 UN终端作出电枢
4、绕组电阻压降 INRa平行与相量 ，IN,Ra 为基准工作温度时的绕组电阻（对大型电机的 Ra可忽略不计，对小型电机可进可行实际测量），从 INRa终端作一垂直于相量 IN的保梯电抗压降相量 INXp（Xp 的保梯电抗压降相量 INXp（Xp 的求法见下（5），UN 和INRa及和 INRa及 INXp的相量和为相量 Ep,Ep和 UN的夹角 。（4）由开路特性确定的对应于 Ep的励磁电流为 Ifp在相量终端上与纵与纵轴成 +N 角做相量 Ifa（5）额定电枢电流时电枢反应的励磁电流 Ifa和保梯电抗 Xp的确定：如右下图上的开路特性曲线，并在图上作 F点，F 点的纵坐标为额定电压，横坐标为零
5、功率因数特性上对应于于额定电枢电压.额定电枢电流的励磁电流通过通过 F点作平行于横轴的直线 CF，取 CF的长度等于三相稳态短特性曲线上对应于额定枢电流的励磁电流 Ifk，自点 C作直线平行于开路特性的直线部分于开路特性交于 H，自 CF作的垂线 HK交 CF于 K，线段HK的长度即为额定电枢电流时在保梯电流电抗 Xp上的压降Up，则保梯电抗 Xp，可按下式计算。XpUpIN 若用标么值绘制开路特性曲线时,则,即可直接得出.线段的长度代表对应于时的励磁电流.(6) 与的向量和即为额定励磁电流。（7）由开路特性曲线求出对应与开路电压。电压变化率按下式机算U=（U0-UN)/UN*100注：实验室
6、里为教学实验用的同步电机通常是小型的。一.实验目的1. 掌握三相同步发电机对称运行时工作特性的测量方法。2. 学会三相同步发电机对称运行时稳态参数的测量。二.实验内容1. 开路实验 在 n=nN(即 f=fN),I=0 的条件下，测取开路特性 E=f(If)曲线。2. 三相稳态短路实验 在 n=nN(即 f=fN),U=0 的条件下，测取三相稳态短路特性 Ik=f(If)曲线。3. 零功率因数特性 在 n=nN(即 f=fN),I=IN,cos=0 的条件下，测取纯感负载特性 U=f(I)曲线。4. 外特性 在 n=nN(即 f=fN),I=常数，cos=1 和 cos=0.8 时的外性 U=
7、f(I)曲线。5. 调整特性 在 n=nN(即 f=fN),U=UN,cos=1 时，测取调整特性 I=f(I)曲线。三.实验操作步骤被试三相同发电机由直流电动机输入机械能，直流电机经过起动器（本列为四点式起动器）接入直流电网。若无起动器也可在电枢回路串入可调电阻。接线图如下所示。（实验正视图，侧视图，后视图）。开路特性测定试验步骤：（1）.接线无误后，使直流电动机磁场电阻处于最小位置，点枢回外串电阻（此图中为起动器）调至最大阻值位置。（2）.合上开关 K1，起动直流电动机，调节磁场电阻 R1使电机的转速到额定转速并保持不变。（3）.合上同步发电机励磁电源开关 K2,同步发电机的电枢绕组开路。
8、调节励磁电阻 Rf,使 空载电枢电势 E0=1.3UN。读取三个线电势.励磁电流.转速作为开路特性曲线上的第一点。(4).再单方向逐步减少励磁电流，量取 7-9组，数据填入表 30。注意在额定附至近多测取几点，最后读取励磁电流为零时的剩磁电压表 30 当 n=nN= rpm, I=0 时空载电流 励磁电流序号表中 U=1/3(UAB+UBC+UCA),U0*=U0/UN,If=If/If0 注：若实验时的频率 f与额定频率 fN略有差异，则空载电压 U0=U*fN/f式中：U-实验室测的得空载电压（单位： V)，是三个线电压的平均值。U-换算到额定频率时的空载电压，伏。对自励恒压发电机开路特性
9、 实验应在他励方式下进行，励 磁装置系统应断开。关系曲线 E0=f(If)即为所求的开 路特性。若剩磁电压较高，则空 载特性应预以校正，即将特性曲 线的直线部分延长与横轴相交， 交点的坐标的绝对值即为正量， 所有试验测得的励磁电流数据上 加上此值，即得通过原点之校正， 如图所示零功率因数特性实验国家标准 GB1029-80规定：本实验同步发电机输出有功功率应为零，如有困难发电机也可带部分负载，但此时因数应低于 0.2图 50中开关 K3下边的 A.B.C三点改接三相电抗器，或用感应调压器代替。若用感应调压器时，应将其输出端接到开关 K3下边。具体实验步骤如下：起动原动机调节转速的额定值 n，并
10、始终保持不变。调节发电机励磁电流使端电压大约升至 1.1UN在电抗器 XL为最大电抗位置时，即感因调压器指示在最高电压位置时，合上开关逐步减少电抗，同时增加励磁电流使发电机和电枢电流即转速约达到额定值，纪录此时的三相电压励磁电流。在保持电枢电流 IN等于的情况下，逐步减少电抗，同时改变励磁电流 If，使发电机端电压在 1.1UN至最低制之间测取 5-7组，数据纪录于下表中.表 当 n=nN= rpm, I=IN （A)时三相电压 励磁电流序号UAB UBC UCA U U* If If*表中 U=1/3(UAB+UBC+UCA),U*=U/UN,If*=If/If0表中 U=1/3(UAB+U
11、BC+UCA),U0*=U0/UN,If=If/If0外特性纯电阻负载(CO=1)图 50中开关 K3下边的 A.B.C三点同时接入三相可调电阻箱。将三相负载电组调到最大位置，闭合开关 K1和 K2起动原动机并调到额定转速.额定电压时合上开关 K3。减少负载电阻同时增加励磁电流使电压和电枢电流均达到额定值，并使原动机拖动的转速也保持额定值。此时发电机作额定窜态运行，纪录此数组于表中。以下保持发电机励磁电流 If不变，转速 n=nN不变逐次减少负载电流直到空载，测取 4-6组数据纪录于表中.表 当 n=nN= rpm, If= (A) COS=0.8 或 COS=1.0 时 三相电压（V） 三相
12、电流 功率因数序号AB BC CA I IA IB IC COS表中 U=1/3(UAB+UBC+UCA),I=1/3(IA+IB+IC)调整特性接线于外特性的纯电阻负载情况相同。当同步发电机空载运行，且 n=nN时， 调节发电机励磁电流 If时端电压达到额定值。在 RL最大时合上负载开关 K3，减少 负载电阻 R2，同时调节发电机励磁电流时端电压一直保持不变，转速也保持不变 在电枢电流从零到额定值之间，测取电枢电流和励磁电流值 4-6组，记录于表中。表 34 当 n=nN= rpm,u=uN= (v),cos=1 时负载电流 励磁电流序号IA IB IC I I* If If实验内容完成后，将开关断开，随后在断开和，将实验纪录数据请指导老师检 查后，在拆除和整理连线和仪器实验报告1. 跟据实验数据，在同一坐标上绘出开路.短路.零功率因数特性曲线，并画出特性三角形。2. 作出 CO=1.0 和 CO=0.8 时的同步发电机外特性曲线，并计算两种情况下的电压调整率。3. 用开路特性和短路特性求出同步电抗的不饱和值。求出短路比。4. 用“原理简述”中介绍的作图法求取额定励磁电流和电压变化率。思考题1. 分析同步发电机的特性三形有何意义。2. 同步发电机的电压变化率U 与负载性质有何关系。3. 如何利用开路短路和零功率因数特性曲线求取同步发电机的稳态参数。
