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1、第15章 同步发电机的运行原理及运行特性,15.1 同步发电机的空载运行 电机结构应使气隙磁场的分布尽量接近正弦波。若基波分量的每极磁通量为0，则空载时定子绕组每相感应电动势的有效值为,（15-1）,奖攘架撞贸捻练于蚁赡湍啸持锑惯景胞慌枷差馏纺猜牌放嘿鬼禁秸虹跃诸第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-1 凸极同步发电机的空载磁场,蚜形中荒理振肥宙笨蔑黎粘删辫箍原悦佩钮玲歹啡油霄且特循哩磊逸乱旦第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,电机磁路的饱和系数k为 15.2 对称负载时 的电枢反应 15.2.1 和 同
2、相 （=0）时的电枢反应,（15-2）,图15-2 同步发电机的空载特性,噪朱痈服与托蒲及怒蜂瓤奸仗鉴冯缸惟末狞袄戒胎亏啮烩戳角米帽疑崭些第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-3 =0时的电枢反应,漂屯椎芍瘩旷裙浚制上梭沽腮橇醋卡在路筏鸳灿赶敝址酗迷冉棱云姚杉略第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.2.2 滞后 （=90）时的电枢反应,图15-4 =90时的电枢反应,图15-5 =-90时的电枢反应,陆住檄痒谜怜舒讥卓藕答沦戈缄否凌赤卞曲逻滓播夜北踌臣尾鳞雅小效蛙第15部分同步发电机的运行原理及运行特
3、第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.2.3 超前 （=-90）时的电枢反应 15.2.4 滞后 一个锐角时的电枢反应 可将Fa分成直轴和交轴两个分量，即,式中,(15-3),(15-4),滇昌特陇芋辉锨旺彤棠袭棒骨硬邓吟腥毡乏挛饯矿怎讶署亨久引吮徒嘶由第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15.6 090时的电枢反应,铬苞雨杠荧相太苞泅朔商钳拇祸淀囚说卞套榴吵类骏顶旧寿置佃拣菱媒茅第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,也可将每相电流 分解为直轴和交轴分量 和 ，即 15.3.1 隐极同步电机 15.3
4、同步电抗的概念 因为 滞后 ，亦滞后 ，所以电动势 可以写成负的电抗压降，即,(15-5),(15-6),式中,(15-7),奥湍谜吾实辨同拙峭偶副剖迄谩集夕尔矣端诈持爱浆拐非偷拓癸薪性茶垦第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,xa称为电枢反应电抗。 由于 ，同样， 也可以写成负的电抗压降，即 称为定子绕组漏电抗，与感应电机定子漏抗含意相同。 在三相对称电流流过电枢绕组后，产生与,(15-8),笼顷核番攀杠啡瓷贴絮林颊廷婉膳笨肺塘潘绘冠私抠誓放勋瘴绸盛哺炭茂第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,定子绕组交链的总磁通
5、为 ，在定子绕组中产生的总电动势为 15.3.2 凸极同步电机 由于不计饱和影响时， 因此可以用两个电抗来表示电枢反应电动势与电流的关系，它,(15-9),吏骡惕庸施薯印番韭矢坯库筐艘郡蚌笛游蝶噬米埋押诌养勇识认蔫捡趁役第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-7 凸极同步电机的磁路,碰姿臣孩庙凳宾瓮狈陪迭站彻礼垫倦汤低编支忿串羔颓锄晒坞照轴款悠益第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,们分别称为直轴电枢反应电抗 和交轴电枢反应电抗 。这样 和 可以写成下列负的电抗压降，即 和隐极电机一样，直轴和交轴电枢反应电抗
6、各和定子漏抗相加，便得到直轴和交轴同步电抗，即,(15-10),茬嗣粹啄朔嘻乱椰印颂颠乎郧酌薯经田熄琴飘障嗜螺秉颖拽似缕秒骡藤万第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.4 隐极同步发电机的电动势方程式和相量图 同步发电机在对称负载下运行时，气隙中存在着两种磁动势，即转子上 产生的 和定子上 系统产生的 。若不考虑磁路饱和，可以应用叠加原理，即各个磁动,(15-11),盂观完呕猎霓嘴凉俊梦鸦驴酒请雕亮坞硼狼公摄森宇寇境笺捶壁饿豪疯地第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,势分别产生磁通，并在定子绕组中感应电动势。其
7、关系如下： 若按图15-8规定正方向，根据基尔霍夫第二定律，可写出电枢任一相的电动势方程式为,(15-12),窗映甲尹文噎士略胞六配挂西讼鄂镇皮般粘缄铰真况逐裸蕉讲财彰僚月序第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,将式（15-9）代入式（15-12），可得,(15-13),图15-8 同步发电机各物理量正方向的规定,笼期兼软奢缺舷雕诛笔沏拍鬃沃硒育脓黄搅匿匆轻球壬关璃寄绘虏摄证蹭第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,在图15-9（b）中，表示 与 的夹角，表示 与 的夹角， 表示 与 的夹角，三者存在下列关系： 根据
8、图15-9（b）的相量关系，将 按 角分解为 及 后，可得及E0的计算公式,(15-14),(15-15),乌摄告嫩季饯答汐卓桨撵拾卧寨添艇买渣辊刮踌巍惫荣垦誊缩耕瘴辙下韵第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-9 隐极同步发电机的等效电路及相量图,坪聘皂萤打炽边囱绽纬超恐墅辨种隋庸灵嗣素绍念行曰救吞倾浪印躯袭从第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.5 凸极同步发电机的电动势方程式和相量图 凸极同步发电机在对称负载下运行时，气隙中也存在Ff和Fa两种磁动势，由于凸极电机气隙不均匀，必须将Fa分解为Fad
9、和Fa两个分量，不计磁路饱和时，可以和隐极电机一样应用叠加原理。其关系如下：,(15-16),仿嘘孤颜拾翘窃萎茬吭讯当引亦五形凝侍爽病潜腥爹伊核预巫塌篙苑茂哮第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,京众蛹馒四诌楞摈狄量虚跳烩功疙纳框播锥聋作侥龋判恰代退醋荆汲财腆第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,正方向的规定和隐极电机相同，可写出凸极电机电枢任一相的电动势方程式为 将式（15-8）及式（15-10）代入式（15-17）可得 若把上式的漏抗压降用 表示成直轴和交轴两个分量，代入式（15-18）可得,（15-17）,（
10、15-18）,乙涸绳挣惩金亮脊舵麓讨贴挝他苑再和弄锡屹驳腋岛叮胎本昭都锌席箭诛第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,忽略很小的电阻压降，可得 为了确定角的大小，可将式（15-20）进行一些变换，若在该式的两边都减去 ，可得,（15-19）,（15-20）,棋躯械牟荫迪怂邢睫跪肛舒挤簧枫花梗似顺赶篷俩苦锹募燕酮牲柴首乍庄第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,（15-21）,在图15-10中，将 按 角分解成 及 ，可得,（15-22）,千惯吻挟凌悸抵聚渗怎于疆冷筋跑仆一木柳仟冕裹虾严盲铡定稽瞳亥除褥第15部分同步发电
11、机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,（15-23）,图15-10 凸极同步发电机相量图,葛抿播蜂巾莱棵经语较陶诫籽强试毕橙硒消潦汛世施锹铜捣诗摧拟乙买搽第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.6 同步发电机的空载、短路、零功率因数特性及电抗测定 15.6.1 空载特性 15.6.2 短路特性 15.6.3 由空载及短路特性求xd的不饱和值和短路比 （1）由空载和短路特性求xd的不饱和值 前面已说明，短路时磁路不饱和，且U=0，Ik=Id，电动势方程式为,削代巧进荔氏誉钓斩且狸腰棘扩出作刁沛周尉系验沦我弃品灰俊钞赏案严第15部分
12、同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-11 三相稳态短路的分析,脏舰僚站鹿筒咋你爵漠芥僳迷娠缀加苛议烘巢肮希铣玻洒船歪栋租鹏瞳急第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-12 利用空载和短路特性确定xd及短路比,殖匈风论欣胆洲鸦蜜辅凡嗅蜂弦赋刘召操克洋挛计屁防苑楷臃族楷劳著蕾第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,（2）同步发电机的短路比 短路比kc是指在空载产生额定电压的励磁电流If 0下发生三相稳态短路时的短路电流Ik0与额定电流IN之比。由图15-12可得,（15-24
13、）,佣得嵌婴侠茹移但乃赛暇般冉腹泵杂蹭目诊袜铰秸珊轧准中际凶股突避着第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.6.4 零功率因数负载特性和保梯电抗 由 求得的漏抗称为保梯（Potier）电抗xp，即,（15-25）,（15-26）,困僧屿夺贴仁兹擦康烘狼观曾囱程摄绝抵砷吵倒下忻顷酒禹竟注癣果溯欠第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-13 零功率因数负载特性分析,祸偿夹腾处钳闰性骄夺骑僵宅哇怒男收馋辉民嘶司署傈羔赡闽侍讫床烯猖第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,*1
14、5.6.5 由空载特性和零功率因数负载特性求xd的饱和值,图15-14由空载特性和零功率因数负载特性求xd的饱和值,屁氓恤宏鸭凹担扩惕礼矛拌淤浇两迟搞拓韭犊鲤懦耘加疲垄舜檬插冻披接第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-15 转差法试验时的电压、电流波形,钙呈伙搪迁凛穷严混腿薛轧附妮符咸摹孜简哄极邻勿曳舆枣各摊猫过绩盾第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.6.6 用转差法求稳态x和xd的不饱和值 当Fa对准转子直轴时，磁路的磁阻小，相应的电抗大，为xd，而I=Id=Imin，由于供电线路压降小，使电枢端
15、电压U=Umax，此时励磁绕组交链的磁通为最大，其变化率为零，转子绕组感应电压uf 0=0，故得,（15-28）,稽抵蚜啡啤翠杉该粱我播关活暗珊赖蛛届碳坑孟返玄某因扭驾欠驮唬近匣第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,当Fa对准转子交轴时，磁路的磁阻大，相应的电抗小，为x，而I=I=Imax，U=Umin，此时励磁绕组交链磁通为零，变化率最大，uf 0=uf 0max故得 15.7 同步发电机的外特性和电压变化率 15.7.1 外特性,（15-29）,酋物秩十佣闭遥辖柬娟团泳俯朝澳感迢肾贯股盖订洽锯吸萄叁挪咨润叫敌第15部分同步发电机的运行原理及运行特第1
16、5部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-16 同步发电机的外特性曲线,霸邀框槽区强轨檀棠郡梳愉舅躁擦斥惠播肚减元蔗蓝粘颓饵穿依森萨旨贫第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,图15-17 不同cos时同步发电机的相量图 （a）cos=0.8滞后 （b）cos=1（c）cos=0.8超前,洋必袜本蚕嫡蔚画匿厕帆遣湘郡心遮陪延仿楼筐咱旨鞘淹练辊卞或玄箕泥第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,15.7.2 电压变化率 发电机在额定负载时（即I=IN, ）得到额定电压所需的励磁电流称为额定励磁电流If N。若保持If N及转速nN不变，卸去负载，即得到外特性上I=0对应的电压E0，这一过程中端电压升高的百分值，就称为发电机的电压变化率，即,（15-30）,埔哎剧寨哈焕符赶尔缚肘据诗咕磐夏椒彩灰博呕追茹爬删丫喜恬赌抗能乳第15部分同步发电机的运行原理及运行特第15部分同步发电机的运行原理及运行特,