同步发电机的运行特性

§4.5同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性主要有：用以确定发电机的同步电抗及表示电机磁路饱和情况的空载特性和短路特性；用以确定发电机的电压变化率，额定励磁电流及表明运行性能的外特性和调整特性；以及用来研究发电机和电力系统并列运行时功率传递情况的功角特性。空载特性指发电机空载并保持额定转速不变，空载电压U0与励磁电流If的关系，即n=nN,I=0时，U0=f(If)。空载试验：在空载的情况下，原动机把发电机拖动到同步转速，并维持不变。然后增加励磁电流If，直到空载电压等于1.3倍额定电压为止。上升分支：在电压上升时记取对应的电压U0和励磁电流If值。下降分支：逐步减小励磁电流，记取对应的电压U0和励磁电流If值。因为电机有剩磁，当If减到零时，空载电压不为零，其值即为剩磁电压。一、空载特性发电机的空载特性曲线为上升和下降的两条分支的平均值，如图1-3中虚线所示。往往将虚线右移使之过原点，作为实用的空载特性曲线，如图1-4中曲线1所示。将空载特性的直线段延长后所得直线（如图1-4中曲线2）称为气隙线。U0IfIf1If0IfU0UNE0下降分支上升分支21图1-3同步发电机的空载特性曲线图1-4同步发电机的实用空载特性曲线1-空载特性曲线2-气隙线空载特性曲线表明了电机磁路的饱和情况,具有磁化曲线的特征。起始部分是直线，铁心未饱和；弯曲部分，表明铁心已有不同程度的饱和；其后段，铁心已达到深度饱和。U0IfIf1If0IfU0UNE0下降分支上升分支21图1-3同步发电机的空载特性曲线图1-4同步发电机的实用空载特性曲线1-空载特性曲线2-气隙线在做试验时，我们从表计反应的电压、电流值，可以得到机组的空载励磁电压和电流值，若此值超过常规数值，即可能是定子铁芯有片间短路或转子绕组有匝间短路。二、短路特性短路特性：指同步发电机保持额定转速下，定子三相绕组的出线端持续稳态短路时，定子相电流I（即稳态短路电流）与励磁电流If的关系，即n=nN，U=0时，I=f(If)。三相短路试验：先将定子三相绕组的出线端短接，维持额定转速不变，调节励磁电流If，使定子短路电流I从零逐渐增加，直到短路电流等于1.25倍的额定电流为止。记取对应的I和If，做出短路特性I=f(If)，如图1-5中直线2所示。短路特性为一条直线是因为定子绕组短路时，端电压U=0,限制短路电流的仅是发电机的内部阻抗。由于定子绕组电阻远小于同步电抗，所以短路电流可以认为是纯感性的，故电枢磁动势是起去磁作用的，气隙合成磁动势就很小，它所产生的气隙磁通也就很小，故磁路处于不饱和状态，所以短路特性是一条直线。21U0IUNE0E03If0IfNIfINIR图1-5同步发电机的短路特性利用空载特性和短路特性，从而可以确定同步电抗的不饱和值和短路比。同步电抗：xd=E0ˊ/IRˊ；短路比：Kc=E0ˊ/(IN*xd)=Ku/xd21U0IUNE0E03If0IfNIfINIR图1-5同步发电机的短路特性短路比大，则同步电抗小，负载电流引起的端电压的波动幅度较小；但短路电流则较大，且发电机的静态稳定极限就越高。三、外特性外特性：指发电机在保持额定转速不变，额定励磁电流If和负载的功率因数不变时，发电机端电压U与负载电流I的关系曲线，即n=nN，If=常数，功率因数=常数时，U=f(I)。对应于不同的负载功率因数有不同的外特性，如图所示在感性负载cos=0.8和纯电阻性负载cos=1时，外特性是下降的，这两种情况下电枢反应均为去磁作用，引起端电压下降，在容性负载cos（-）=0.8时，电枢反应为助磁作用，气隙磁通增加，端电压U上升，外特性是上升的。四、调整特性调整特性：调整特性是指发电机保持额定转速不变，端电压和负载的功率因数恒定时，励磁电流If与负载电流I的关系，即n=nN，U=常数，cos=常数时，If=f(I)。对应于不同的负载功率因数有不同的调整特性，如图所示。对于感性和纯阻性负载，为了补偿负载电流所产生的电枢反应去磁作用，保持发电机端电压U不变，必须随负载电流I的增大相应地增大励增电流If。因此图中调整特性曲线是上升的，如图中cos=0.8和cos=1的曲线所示。对于容性负载，为了抵消电枢反应的助磁作用，保持发电机端电压不变，必须随负载电流的增加相应地减少励磁电流。因此图中调整特性曲线是下降的，如图中cos（-）=0.8的曲线所示。在生产实践中，空载特性，仅用来判定空载励磁电压和电流与设计说明书是否相符；短路特性和空载特性并用，从而求得发电机的一些重要参数；外特性和调整特性，则反应出定子电压、负载电流及励磁电流三者之间的一些变化曲势，从而帮助我们来分析在运行中一些量的变化，会影响到哪些量的变化，最终采取何种补救措施来维持机组的稳定。四种特性作用总结：