3,负载特性：当 =const,cosΦ=const时,
()
f
Ufi=
I
五种基本特性：
同步发电机在转速保持恒定、负载功率因数不变的条件下，有三个主要变量：定子端电压,负载电流,励磁电流 。三个量之中保持一个量为常数，求其它两个量之间的函数关系就是同步 发电机的运行特性。
U
I
f
i
1,空载特性：当 =0时，
00
() ()
f
E Ufi=
I
2,短路特性：当 =0时，
()
K f
Ifi=
U
4,外 特 性：当 = const,cosΦ=const时,()UfI=
f
i
5,调整特性：当 = const,cosΦ= const时,
()
f
ifI=
U
6.3 同步发电机的运行特性标幺值计算时的基值定子侧电压基值——额定相电压电流基值——额定相电流容量功率基值——电压基值*电流基值阻抗基值——额定阻抗＝电压基值/电流基值转子侧转子电流基值——空载电势为额定相电压时的激磁电流
6.3.1 同步发电机 空载特性
o同步发电机的空载、短路及零功率因数特性都是同步发电机的基本特性，通过它们可以求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定同步发电机的其他特性。
o当同步发电机运行于n=n
1
,I
a
=0时，即称为空载运行。
同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空载电势也随之改变 。
（1）励磁电流由零升至最大值
（2）励磁电流由最大值降为零由于铁磁材料磁滞的原因,
空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线
0
E
null
null
f
I
上升下降一、同步发电机空载特性曲线的测定
+
-
Rf
Rst
直流电动机
V
-
+
Rf
A
W
W
A
三相负载励磁绕组电枢绕组同步发电机直流电动机的起动电阻，
起动时打到最大，
运行时打到最小直流电动机的励磁调节电阻，
起动时打到最小，运行时用来调节转速。
同步发电机的励磁调节电阻
)(
0 f
ifE =
null
0
E
null
f
I
上升下降空载特性气隙线显然，此时我们通过改变励磁电流，则气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应电动势都会随之发生变化。
1）空载特性：空载时不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，
因 E
0
正比于Φ
f
，而励磁电流又正比于励磁磁势，
所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。空载特性主要有两个用处：
（1）空载特性可以反映出电机设计是否合理。如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。
（2）同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，同步电机的许多性能由它所决定。空载特性配合短路特性可以求出同步电抗。
6.3.2 短路特性
d
k
.
0
.
XIjE =
q
q
d
d
XIjXIjUE
...
0
.
++=
ka
IIU
...
,0 == ?如果略去电枢电阻，并将 代入得到：
当同步发电机运行于n=n
1
，电枢三相绕组持续稳态短路（即U=0）时，称为短路运行。如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。短路特性就是研究这两个量之间的变化关系,I
K
=f(I
f
)曲线。
因为忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度,所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。
f
i
k
I
短路特性是一条通过原点的直线。
思考：同步发电机定子绕组的出线端短路后，
电枢电流 I 随励磁电流 i
f
变化，两者为什么成正比关系？
()()
aa
E UIRjX IRjX
δσσ
=+ + = +
nullnullnull null
E
δ
null
较小
B
δ
较小
f
i
磁路不饱和
F
δ
较小。
合成磁动势
k
I
短路特性若忽略 Ra,则
()()
aa
EUIRjX IRjX
δσσ
=+ + = +
nullnullnull null
∵
E jIX
δσ
=
nullnull
1 1 af fa
FFF FFF
δ δ
∴= + =? +
nullnullnull
而
1f f
iF∝
Kaaa
I EF∝∝Φ∝
K
I EF
δδδ
∝∝Φ∝
磁路不饱和
fK
II∝
短路特性为一直线
o 由于电枢磁势的直轴 去磁作用，使电机中磁通小，
磁路也不饱和，所以式上式中的 X
d
也是一个常数。
同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生的电枢磁势对主磁极去磁，减少了电机中的磁通及感应电势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危险的。
k
I
.
0
.
E
d
k
XIjE
.
0
.
=
?三相短路时，由于 滞后于 90电角度，即
ψ=90°，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。所以二、由空载及短路特性求取同步电抗从特性曲线图上我们可以看出：在不饱和区间，即当 i
f
=i
f
1
很小时，运行于空载特性不饱和部分
（直线部分），那么 E
01
与 I
k1
之比求得的是同步电抗的不饱和值。
不饱和同步电抗
dksk
XIjXIjE
nullnullnull
==
0
*
*
'
0
'
0
'
0
*
0
'
kNk
N
N
k
N
N
dN
d
k
sd
I
E
II
UE
U
I
E
I
U
XI
X
I
E
XX
==
==
==
短路时不计饱和
2
－
短路特性
f
I
U
K
I
0
E
1
－
空载特性
K
I
3
－
气隙线
0
E
′
dq
XX 65.0≈
在凸极电机中，通过开路试验及短路试验只能求出直轴同步电抗。根据经验公式，可以得到交轴同步电抗为：
三、短路比
00
00
*
()
()
1
fN
KN
C
NfkKN
ff
N
u
ffk
d
iU U
I
k
I iI I
ii
U
k
ii E
k
X
μ
=
==
=
==?
′′
=
当发电机空载运行时，空载电动势等于额定电压Ｕ
Ｎ
时，所加的励磁电流 i
f 0
，保持此励磁电流不变，在稳态短路时所对应电流为 I
K
,I
K
与发电机额定电流I
N
之比，
称为短路比 K
c
。
2
－
短路特性
K
I
0
E
′
1
－
空载特性
K
I
f
I
U
N
U
f
I
δ fk
I
0f
I
N
I
分析,短路比略大于不饱和同步电抗 的倒数短路比大,则同步电抗小，负载变化时发电机的电压变化就小，并联运行时发电机的稳定度较高；设计上，电机气隙较大，转子的额定激磁磁势和用铜量增大,成本增加 。
短路比小,同步电抗大，负载变化时发电机的电压变化就大—
— 电压调整率大,发电机的 稳定度较差 。
工程上,
随着单机容量的增大，为了提高材料利用率，随机组容量增大短路比降低。
由于采用自动励磁调节装置，大大提高了运行稳定性，降低短路比可以提高电机经济指标短路比和发电机的性能
*
1
C
d
kk
X
μ
=
例题 6-3
例题
0
*
E
*
f
I
6-3 一三相72500千瓦的水轮发电机，U
N
=10.5千伏，
cosφ
N
=0.8 (滞后)，Y接线，空载特性为
2.091.761.511.00.52
1.331.271.211.00.55 短路特性为过原点的直线,I
K
*=1时,I
f
*=0.965
试求：（ 1）直轴同步电抗标么值 (不饱和值 )（ 2）短路比。
0
E
fs
i
kN
I
0f
i
N
U
a
b
c
N
I
d
k
E
0
E
k
I
f
i
fk
i
气隙线空载特性解,当 I
f
*=0.965时,在气隙线上求得E
0
*=1.0267,而 I
K
*=1，则
036.1
1
036.1
*
*
===
N
KN
I
I
Kc
027.1
'
*
*
0
*
==
k
d
I
E
X
不饱和当E
0
*=1时，在空载特性上得 I
f0
*=1.0
时,在短路特性上求得I
KN
*=1.036,则短路特性
6.3.3 零功率因数特性所谓零功率因数特性指：在 n=n
1
,I=恒定值、
cosφ=0的条件下，所得到的特性 U=f(i
f
)。
在 I
a
=定值条件下，把电压及励磁电流的变化关系描绘成曲线，便得到零功率因数特性。
N
U
2－零功率因数负载特性
f
I
U
气隙线
1
－
空载特性一、零功率因数负载下的电磁关系由于同步电机是在电感负载下运行，而电机本身的阻抗也是电感性的，因此，电势和电流之间夹角
ψ=90°，所以 电枢反应是纯粹的直轴去磁效应。
同步发电机在电感负载下运行，磁极磁势补偿了电枢反应去磁磁势后，剩余部分在电机气隙内产生磁通。所以励磁电流增加时，磁路能逐渐饱和，电压上升逐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上,零功率因数特性曲线的形状与空载特性曲线颇为类似。
气隙线
N
U
2－零功率因数负载特性
f
I
U
1
－
空载特性
纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应
F
aq
=0,F
ad
=F
a
adadf
FkFF?=
δ
σδ
IXEIXEU
s
=?=
0
合成磁势端电压
0
E
null
U
null
s
XIj
null
a
F
ad
II
nullnull
=
f
F
0 addqq
EUIRjIX jIX
EUjIX
δσ
=+ + +
=+
nullnullnull null null
nullnullnull
?在上图中我们可以看出，当U=0时的情况。在空载特性上,U=0 时,i
f
=0；而在零功率因数曲线上，U=0
时,i
f
=OC 。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢？
气隙线
f
I
U
K
I
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
（1）零功率因数特性是在 U=0 定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降IX
σ
，所以需要一定励磁电流,以产生电势来平衡此漏电抗压降。
（2）零功率因数曲线是在纯电感负载下得到的，从图右以看出，此时的电枢反应是一个纯粹的去磁作用,所以再需要一定的励磁电流来抵消此电枢反应去磁作用的影响。
ΔABC称为 特性三角形,它的垂直边是定子漏抗压降，水平边是电枢反应去磁磁势，这两边都正比于电枢电流，因此在电枢电流一定时，此特性三角形的气隙线
f
I
U
K
I
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性大小不变。所以当特性三角形的A点在空载特性上移动时，C点的轨迹就是零功率因数特性。当然也可以用作图的方法求特性。
A
B
C
二、零功率因数曲线求取两点试验 实验法当电机较大时，将电机并联于电网，有功调节为零，调节励磁使发出无功电流达到 I
N
，即为 e点,
短路点 ——（ I=I
N
,U=0）
调节发电机励磁电流，使三相稳定短路电流为额定值额定电压点 ——（ I=I
N
,U=U
N
）调节发电机处于过激，电枢电流为额定值，输出有功功率为 0（零功率因数），激磁电流和额定电压决定该点气隙线
f
I
U
K
I
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
+
-
Rf
Rst
直流电动机
V
-
+
Rf
A
W
W
A
三相电感负载励磁绕组电枢绕组同步发电机直流电动机的起动电阻，
起动时打到最大，
运行时打到最小直流电动机的励磁调节电阻，
起动时打到最小，运行时用来调节转速。
同步发电机的励磁调节电阻三相调压器调节负载电流，保持额定电流三、饱和同步电抗
EF
DE
I
UE
U
I
I
U
X
X
N
N
N
N
N
N
d
d
=
′
==
0
*
磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场,
不同的端电压时,X
d
不同
0
E
′
气隙线
f
I
U
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
D
E
F
d
IXUE =?
0
在 纯感性负载 时电枢反应是直轴去磁的电枢反应，磁路是否饱和？对应的电抗是否为饱和电抗？
σδ
XIjUE
nullnullnull
+=
四、保梯电抗 x
p
Y 在三相稳态短路时，纵边为
I
N
x
σ
——短路三角形零功率因数试验时，磁极漏磁较大，磁极饱和程度较空载时高，为此必须加大激磁曲线 2：由特征三角形及空载特性作出当考虑转子漏磁影响后，特性三角形纵边并非恒定不变 。
Y 随着电压增加，三角形纵变将增大，对应于 U=U
N
，边长为 I
N
x
P
——保梯 (potier)三角形
Y 汽轮发电机，极间漏磁通较小,x
p
近似等于 x
σ
Y 凸极发电机,x
p
=(1.1-1.3) x
σ
6.3.4 同步发电机的外特性和电压调整率一、外特性：
影响因数,
1,电枢反应
2,漏抗压降显然,外特性曲线和负载的性质密切相关 。
( )
σδ
XIjRIUEEE
EI
XIjXIjRIEU
aa
f
qqdda
nullnullnullnullnullnull
nullnullnullnullnull
++=+=
++?=
0
0
0
一定一定，则在n=n
1
,I
f
=常数，cosφ＝常数 的条件下，同步发电机作单机运行，端电压 U随负载电流而变化的关系特性曲线U=f(I) 。
纯电阻负载:随着电枢电流增加，漏阻抗压降增加，加上电枢反应的去磁作用，端电压下降。
cos 0.8( )? = 超前
I
U
N
U
N
I
cos 0.8( )? = 滞后
cos 1.0? =
外特性当是感性负载时：曲线（2），此时随着负载电流的增加，端电压逐步下降。这是因为考虑了电枢反应的去磁作用的影响，
随着电枢电流增加，
电枢反应的去磁作用加强，电机中的合成磁通减弱，所以端电压逐步下降。
外特性
cos 0.8( )? = 超前
I
U
N
U
N
I
cos 0.8( )? = 滞后
cos 1.0? =
当是容性负载时：
曲线（ 3），此时电流超前电压，此时的电枢反应是增磁作用，随着电枢电流的增加，合成的磁通在减小，所以端电压下降。
cos 0.8( )? = 超前
I
U
N
U
N
I
cos 0.8( )? = 滞后
cos 1.0? =
外特性二、电压调整率
%100
0
×
=Δ
N
N
U
UE
U
UΔ
定义：发电机的端电压随负载的改变而变化，
变化的程度我们可以通过电压调整率 来衡量。
即：
影响电压调整率的因素有：功率因数和同步电抗。
一般发电机的电压调整率较大，常在20%--40%之间。
6.3.5 发电机的调整特性在感性负载时，随负载增大，需 增加励磁以抵消电枢反应的去磁作用在容性负载时，随负载增大，需 减小励磁以平衡电枢反应的助磁影响调整特性,n=n1,U =const,cosθ=const，作 单机运行,负载电流 I与励磁电流 If的关系物理意义,维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大小变化进行调节 。
cos 0.8( )? = 超前
I
f
I
0f
I
N
I
cos 1.0? =
cos 0.8( )? = 滞后
6.3.6 同步发电机的参数及测定同步电抗,Xd的饱和值与不饱和值
Xd和Xq的转差法测定短路比漏抗和保梯电抗
1,Xd的不饱和值
dksk
XIjXIjE
nullnullnull
==
0
k
sd
I
E
XX
'
0
==
短路时不计饱和
2
－
短路特性
f
I
U
K
I
0
E
1
－
空载特性
K
I
3
－
气隙线
0
E
′
*
*
'
0
'
0
'
0
*
kNk
N
N
k
N
N
dN
d
I
E
II
UE
U
I
E
I
U
XI
X ==
==
2,饱和同步电抗
EF
DE
I
UE
U
I
I
U
X
X
N
N
N
N
N
N
d
d
=
′
==
0
*
磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场,
不同的端电压时,X
d
不同
0
E
′
气隙线
f
I
U
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
D
E
F
d
IXUE =?
0
在 纯感性负载 时
3,转差率测定 x
d
,x
q
d
d
XIjU
..
0 +=
q
q
XIjU
..
0 +=
q
q
d
d
XIjXIjU
...
0 ++=
让Iq=0
q
q
d
d
XIjXIjUE
...
0
.
++=
励磁电流I f=0,
E0=0
I
U
X
d
=
I
U
X
q
=
让Id=0
如何做到？
3,转差率测定 xd,xq
a) 同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，
转子激磁绕组开路（ 不加激磁 ），在定子端子上外施—对称三相电压。为了避免转子被牵入同步,外施电压约为额定电压的1/4左右,且使其相序能保证电枢旋转磁场的转向与转子的转向—致。
b) 调节原动机转速，使约有1％一2％的转差。此时，定子旋转磁场的轴线交替地与转子直轴和交轴重合。
当定子旋转磁场与转子直轴重合时，定子的电抗为 X
d
，此时电抗最大，定子电流最小，线路压降最小，端电压为最大。
当定子旋转磁场与转子交轴重合时，定子的电抗为 Xq，此时电抗最小，定子电流最大，线路压降最大，端电压为最小。
1 外施电压低，定子电枢磁场较小
2 无激磁电流，没有转子励磁磁场
3,转差率测定 xd,xq
X
d
,X
q
为不饱和值
max
min
min
max
I
U
X
I
U
X
qd
==
计算应用：
正常运行时，电机磁路饱和，d轴气隙小而磁导大，磁路饱和而使x
d
减小，分析时应用
x
d
饱和值；短路时，由于电枢反应的去磁作用，使电机磁路处于不饱和状态，x
d
用不饱和值。
q轴：磁路气隙较长，磁导小，磁路不饱和，x
q
取不饱和值。
3,转差率测定 xd,xq
00
00
*
()
()
1
fN
KN
C
NfkKN
ff
N
u
ffk
d
iU U
I
k
I iI I
ii
U
k
ii E
k
X
μ
=
==
=
==?
′′
=
当发电机空载运行时，空载电动势等于额定电压Ｕ
Ｎ
时，所加的励磁电流 i
f 0
，保持此励磁电流不变，在稳态短路时所对应电流为 I
K
,I
K
与发电机额定电流I
N
之比，
称为短路比 K
c
。
2
－
短路特性
f
I
U
K
I
0
E
′
1
－
空载特性
K
I
N
U
f
I
δ fk
I
0f
I
N
I
４.短路比
5,漏抗的测定
o 电抗三角形法
N
I
ba
X
′′
=
σ
b’c’等效于电枢反应的励磁电流
o 抽出转子法测漏抗
★ 特点：实测值大于实际值—— 转子空间也归入了漏磁路，使总磁阻减小，表现漏抗增大 。
★ 抽出电机转子，定子绕组外施三相对称电压，使输入电流达到额定值（ U =15% U
N
）
I
U
X ≈
σ
忽略定子绕组电阻，则：
()0
0
≈++=+=
σ
jXRIUEEE
aa
nullnullnullnullnull
电压方程
6.保梯电抗x
p
随着电压增加，三角形纵变将增大，
对应于 U=UN，边长为 INＸ P——保梯
(potier)三角形气隙线
f
I
U
K
I
N
U
7,隐极发电机求△U%
pNN
XIjUE
nullnullnull
+≈
δ
基本思路：
气隙磁动势的大小气隙磁动势的位置电枢电流电枢磁动势换算到转子侧的磁动势确定额定运行状态的气隙电动势
δ
E
null
励磁磁动势
af
FFF
′
′
=
δ
确定额定励磁下的空载电压查找空载特性曲线磁动势超前电动势90度计算或从试验得到
fa
aaa
kF
FkF
/ =
=
′
特点：
o考虑了磁路的饱和 情况，直接反应电枢磁势 Fa的作用
o用保梯电抗 xp代替漏抗,反映负载时转子漏磁的变化
U,I
I
f
2 短路特性
1 空载特性
U
N
I
N
φ
N
I’
fδ
a
I’
f
δ
I
fa
I
fk
-I
fa
I
fN
I
fN
E0
△ U
E
δ
I
fa
电枢反应相当的激磁电流额定激磁电流有效激磁电流?=+
'
δffafN
III
nullnullnull
已知额定负载时 U=UN,I=IN,conφ N
已知电机参数 Ra,Xp,Ka
7.凸 极发电机 求△U%
f
I
f
F
0
Φ
0
E
I
q
I
d
I
σ
Φ
ad
F
aq
F
ad
Φ
aq
Φ
ad
E
aq
E
σ
E
δ
E
a
rI
磁路不饱和时的电磁过程
D轴不饱和
7.凸 极发电机 求△U%
f
I
f
F
'
d
F
I
q
I
d
I
σ
Φ
'
ad
F
'
aq
F
d
Φ
aq
Φ
d
E
aq
E
σ
E
δ
E
a
rI
磁路饱和时的电磁过程
D轴饱和
7.凸 极发电机 求△U%
pNN
XIjUE
nullnullnull
+≈
δ
基本思路：
D轴合成磁动势的大小 F'
d
电枢电流电枢磁动势换算到转子侧的磁动势确定额定运行状态的气隙电动势
δ
E
null
励磁磁动势
addf
FFF
′
+
′
=
确定额定励磁下的空载电压查找空载特性曲线计算或从试验得到
aqaqaq
adadad
FkF
FkF
=
′
=
′
σ
XIj
null
U
null
I
null
a
RI
null
E
δ
ψ
θ
ψ
O
AB
N
M
qaq
aq
cos
IX
IX
ψ
=
0
E
a
F
f
F
qaq
IX
已知额定负载时 U=UN,I=IN,conφ N,
Ra,Xp,Kad,Kaq
()
a
EUIRjX
δσ
=+ +
1,求气隙电动势
2,确定AM的长度，即确定q轴的位置。 (q轴不饱和，利用空载特性的气隙线 )
aq aq q aq
kF IX?
cos cos
aq aq q aq
kF IX
ψψ
aq a aq
kF IX?
σ
XIj
null
U
null
I
null
a
RI
null
E
δ
ψ
θ
ψ
O
AB
N
M
qaq
aq
cos
IX
IX
ψ
=
0
E
a
F
f
F
qaq
IX
dqaq
()
a
E UIR jX jIX
σ
=+ + +
3,d轴合成电动势E d：连接OM，过
A作OM的垂直线AB，OB即为E d
4.由合成电动势E d确定d轴的合成磁动势F' d(利用空载特性 )
ad a
sinFFψ=
dq a
E EEUIR
σ
++ =+
ad ad ad
FkF
′
=
5,确定额定励磁磁动势F f,E0
dadf
FFF
′′
=+
发电机的空载特性
Ff
E
Y
E0Ed
XZ
IqXaq
cosψ
Ff
T
F’ad
F’d
kaqFa
6-4 一三相15MW的水轮发电机，U
N
=13.8kV,Y接，
cosφ
N
=0.8 (滞后)，Xq*=0.62，Ra*=0,发电机额定运行时的电枢反应按直轴折算后的等效励磁电流I fa=kadFa/Nf=135A,空载特性为例题 6-4
例题
VE /
0?
AI
f
/
试求：额定励磁电流和电压变化率
3503002502001508045
10000955089007800630036002000
σ
XIj
null
U
null
I
null
E
δ
ψ
θ
O
B
d
E
a
F
f
F
qaq
jIX
Xaq已知，
可直接求Ed
19.8θ ψ?=?= °
1.求Ed
** *
** *
sin
arctan 56.7
cos
q
a
IX U
IR U
ψ
+
==°
+
**
cos 0.55 19.8
q
II ψ θ=∠=∠°
******
dqaq
1.14 19.8
E UjIXjIX
σ
=+ +
=∠°
**
1.0 0,36.87,1.0 36.87UI?=∠°= °=∠? °
设：
σ
XIj
null
U
null
I
null
E
δ
ψ
θ
O
B
d
E
a
F
f
F
qaq
jIX
ad
135A
/sin
135sin56.7 113A
fa
fadadffa
I
IkFNIψ
=
==
=°=
0
10150VE =
2.求I fd
265 113 378A
fN fd fad
III=+ = + =
265A
fd
I =
d
1.14 13800/ 3 9083VE =× =
查空载特性曲线
3.求I
fad
4,额定励磁电流
*
0
10150/(13800 / 3) 1.2739E ==
0
27.39%
N
N
EU
U
U
Δ= =
查空载特性曲线例题（ 选择题 ）
f
n
1,测定同步发电机空载特性时，如果转速降为 0.9n
N
，对实验结果影响为：
(1)空载特性曲线上升 (2)空载特性曲线下降
(3) 没有影响
0
()
f
E fi=
空载特性
0110
2
N
EfNKπ=Φ
60
pn
f n=∝
0
E
√ 空载特性曲线下降
2,测定同步发电机短路特性时，如果转速降为 0.9n
N
,对实验结果的影响为：
(1)短路特性曲线上升 (2)短路特性曲线下降
(3)没有影响
0 dk
E jX I=
nullnull
k
I
短路特性
0
k
d
E
I
X
=
011
4.44
Nm
ENK=Φ∝ff
2
dd
XLπ=∝ff
√ 没有影响
3,同步发电机短路特性曲线为一直线的原因是
(1)励磁电流较小，使磁路不饱和
(2)去磁的电枢反应使磁路不饱和
(3)发电机在短路时，其内阻抗相当于一个电阻，
所以 I
K
和 I
f
成正比。
√ (2)去磁的电枢反应使磁路不饱和
4,Xd(不饱和 )的数值用哪些试验来求取？
(1)空载试验和短路试验
(2)空载试验和零功率因数试验
(3)短路试验和零功率因数试验
√ (1)空载试验和短路试验
5,Xd(饱和 )的数值用哪些试验来求取？
(1)空载试验和短路试验
(2)空载试验和零功率因数试验
(3)短路试验和零功率因数试验
√ (2)空载试验和零功率因数试验
6,Xq的数值用哪些试验求取？
(1)空载试验和短路试验
(2)空载试验和零功率因数试验
(3)转差法
√ (3)转差法
6,有两台隐极式同步电机，气隙分别为δ
1
和δ
2
，其它诸如绕组和磁路结构完全一样，已知δ
1
=2δ
2
，现分别在两台电机上进行短路试验，当加同样大小的励磁电流时，
测得短路电流分别为 I
k1
和 I
k2
，它们的关系为
(1)I
k1
＞ I
K2
(2)I
k1
＜ I
k2
(3)I
k1
＝ I
k2
0
k
d
E
I
X
=
2
ad
Xfπ Λ=∝
ad ad
L
气隙大 磁导小，电抗小 短路电流大
√ (1)I
k1
＞ I
K2
一台同步发电机，由于制造误差，使所隙偏大，因此对电机性能发生了下列影响,
Xd变 _____________，△ U变 ____________，
短路比 ____________,稳定性 ____________。
()
f
Ufi=
I
五种基本特性：
同步发电机在转速保持恒定、负载功率因数不变的条件下，有三个主要变量：定子端电压,负载电流,励磁电流 。三个量之中保持一个量为常数，求其它两个量之间的函数关系就是同步 发电机的运行特性。
U
I
f
i
1,空载特性：当 =0时，
00
() ()
f
E Ufi=
I
2,短路特性：当 =0时，
()
K f
Ifi=
U
4,外 特 性：当 = const,cosΦ=const时,()UfI=
f
i
5,调整特性：当 = const,cosΦ= const时,
()
f
ifI=
U
6.3 同步发电机的运行特性标幺值计算时的基值定子侧电压基值——额定相电压电流基值——额定相电流容量功率基值——电压基值*电流基值阻抗基值——额定阻抗＝电压基值/电流基值转子侧转子电流基值——空载电势为额定相电压时的激磁电流
6.3.1 同步发电机 空载特性
o同步发电机的空载、短路及零功率因数特性都是同步发电机的基本特性，通过它们可以求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定同步发电机的其他特性。
o当同步发电机运行于n=n
1
,I
a
=0时，即称为空载运行。
同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空载电势也随之改变 。
（1）励磁电流由零升至最大值
（2）励磁电流由最大值降为零由于铁磁材料磁滞的原因,
空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线
0
E
null
null
f
I
上升下降一、同步发电机空载特性曲线的测定
+
-
Rf
Rst
直流电动机
V
-
+
Rf
A
W
W
A
三相负载励磁绕组电枢绕组同步发电机直流电动机的起动电阻，
起动时打到最大，
运行时打到最小直流电动机的励磁调节电阻，
起动时打到最小，运行时用来调节转速。
同步发电机的励磁调节电阻
)(
0 f
ifE =
null
0
E
null
f
I
上升下降空载特性气隙线显然，此时我们通过改变励磁电流，则气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应电动势都会随之发生变化。
1）空载特性：空载时不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，
因 E
0
正比于Φ
f
，而励磁电流又正比于励磁磁势，
所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。空载特性主要有两个用处：
（1）空载特性可以反映出电机设计是否合理。如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。
（2）同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，同步电机的许多性能由它所决定。空载特性配合短路特性可以求出同步电抗。
6.3.2 短路特性
d
k
.
0
.
XIjE =
q
q
d
d
XIjXIjUE
...
0
.
++=
ka
IIU
...
,0 == ?如果略去电枢电阻，并将 代入得到：
当同步发电机运行于n=n
1
，电枢三相绕组持续稳态短路（即U=0）时，称为短路运行。如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。短路特性就是研究这两个量之间的变化关系,I
K
=f(I
f
)曲线。
因为忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度,所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。
f
i
k
I
短路特性是一条通过原点的直线。
思考：同步发电机定子绕组的出线端短路后，
电枢电流 I 随励磁电流 i
f
变化，两者为什么成正比关系？
()()
aa
E UIRjX IRjX
δσσ
=+ + = +
nullnullnull null
E
δ
null
较小
B
δ
较小
f
i
磁路不饱和
F
δ
较小。
合成磁动势
k
I
短路特性若忽略 Ra,则
()()
aa
EUIRjX IRjX
δσσ
=+ + = +
nullnullnull null
∵
E jIX
δσ
=
nullnull
1 1 af fa
FFF FFF
δ δ
∴= + =? +
nullnullnull
而
1f f
iF∝
Kaaa
I EF∝∝Φ∝
K
I EF
δδδ
∝∝Φ∝
磁路不饱和
fK
II∝
短路特性为一直线
o 由于电枢磁势的直轴 去磁作用，使电机中磁通小，
磁路也不饱和，所以式上式中的 X
d
也是一个常数。
同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生的电枢磁势对主磁极去磁，减少了电机中的磁通及感应电势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危险的。
k
I
.
0
.
E
d
k
XIjE
.
0
.
=
?三相短路时，由于 滞后于 90电角度，即
ψ=90°，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。所以二、由空载及短路特性求取同步电抗从特性曲线图上我们可以看出：在不饱和区间，即当 i
f
=i
f
1
很小时，运行于空载特性不饱和部分
（直线部分），那么 E
01
与 I
k1
之比求得的是同步电抗的不饱和值。
不饱和同步电抗
dksk
XIjXIjE
nullnullnull
==
0
*
*
'
0
'
0
'
0
*
0
'
kNk
N
N
k
N
N
dN
d
k
sd
I
E
II
UE
U
I
E
I
U
XI
X
I
E
XX
==
==
==
短路时不计饱和
2
－
短路特性
f
I
U
K
I
0
E
1
－
空载特性
K
I
3
－
气隙线
0
E
′
dq
XX 65.0≈
在凸极电机中，通过开路试验及短路试验只能求出直轴同步电抗。根据经验公式，可以得到交轴同步电抗为：
三、短路比
00
00
*
()
()
1
fN
KN
C
NfkKN
ff
N
u
ffk
d
iU U
I
k
I iI I
ii
U
k
ii E
k
X
μ
=
==
=
==?
′′
=
当发电机空载运行时，空载电动势等于额定电压Ｕ
Ｎ
时，所加的励磁电流 i
f 0
，保持此励磁电流不变，在稳态短路时所对应电流为 I
K
,I
K
与发电机额定电流I
N
之比，
称为短路比 K
c
。
2
－
短路特性
K
I
0
E
′
1
－
空载特性
K
I
f
I
U
N
U
f
I
δ fk
I
0f
I
N
I
分析,短路比略大于不饱和同步电抗 的倒数短路比大,则同步电抗小，负载变化时发电机的电压变化就小，并联运行时发电机的稳定度较高；设计上，电机气隙较大，转子的额定激磁磁势和用铜量增大,成本增加 。
短路比小,同步电抗大，负载变化时发电机的电压变化就大—
— 电压调整率大,发电机的 稳定度较差 。
工程上,
随着单机容量的增大，为了提高材料利用率，随机组容量增大短路比降低。
由于采用自动励磁调节装置，大大提高了运行稳定性，降低短路比可以提高电机经济指标短路比和发电机的性能
*
1
C
d
kk
X
μ
=
例题 6-3
例题
0
*
E
*
f
I
6-3 一三相72500千瓦的水轮发电机，U
N
=10.5千伏，
cosφ
N
=0.8 (滞后)，Y接线，空载特性为
2.091.761.511.00.52
1.331.271.211.00.55 短路特性为过原点的直线,I
K
*=1时,I
f
*=0.965
试求：（ 1）直轴同步电抗标么值 (不饱和值 )（ 2）短路比。
0
E
fs
i
kN
I
0f
i
N
U
a
b
c
N
I
d
k
E
0
E
k
I
f
i
fk
i
气隙线空载特性解,当 I
f
*=0.965时,在气隙线上求得E
0
*=1.0267,而 I
K
*=1，则
036.1
1
036.1
*
*
===
N
KN
I
I
Kc
027.1
'
*
*
0
*
==
k
d
I
E
X
不饱和当E
0
*=1时，在空载特性上得 I
f0
*=1.0
时,在短路特性上求得I
KN
*=1.036,则短路特性
6.3.3 零功率因数特性所谓零功率因数特性指：在 n=n
1
,I=恒定值、
cosφ=0的条件下，所得到的特性 U=f(i
f
)。
在 I
a
=定值条件下，把电压及励磁电流的变化关系描绘成曲线，便得到零功率因数特性。
N
U
2－零功率因数负载特性
f
I
U
气隙线
1
－
空载特性一、零功率因数负载下的电磁关系由于同步电机是在电感负载下运行，而电机本身的阻抗也是电感性的，因此，电势和电流之间夹角
ψ=90°，所以 电枢反应是纯粹的直轴去磁效应。
同步发电机在电感负载下运行，磁极磁势补偿了电枢反应去磁磁势后，剩余部分在电机气隙内产生磁通。所以励磁电流增加时，磁路能逐渐饱和，电压上升逐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上,零功率因数特性曲线的形状与空载特性曲线颇为类似。
气隙线
N
U
2－零功率因数负载特性
f
I
U
1
－
空载特性
纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应
F
aq
=0,F
ad
=F
a
adadf
FkFF?=
δ
σδ
IXEIXEU
s
=?=
0
合成磁势端电压
0
E
null
U
null
s
XIj
null
a
F
ad
II
nullnull
=
f
F
0 addqq
EUIRjIX jIX
EUjIX
δσ
=+ + +
=+
nullnullnull null null
nullnullnull
?在上图中我们可以看出，当U=0时的情况。在空载特性上,U=0 时,i
f
=0；而在零功率因数曲线上，U=0
时,i
f
=OC 。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢？
气隙线
f
I
U
K
I
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
（1）零功率因数特性是在 U=0 定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降IX
σ
，所以需要一定励磁电流,以产生电势来平衡此漏电抗压降。
（2）零功率因数曲线是在纯电感负载下得到的，从图右以看出，此时的电枢反应是一个纯粹的去磁作用,所以再需要一定的励磁电流来抵消此电枢反应去磁作用的影响。
ΔABC称为 特性三角形,它的垂直边是定子漏抗压降，水平边是电枢反应去磁磁势，这两边都正比于电枢电流，因此在电枢电流一定时，此特性三角形的气隙线
f
I
U
K
I
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性大小不变。所以当特性三角形的A点在空载特性上移动时，C点的轨迹就是零功率因数特性。当然也可以用作图的方法求特性。
A
B
C
二、零功率因数曲线求取两点试验 实验法当电机较大时，将电机并联于电网，有功调节为零，调节励磁使发出无功电流达到 I
N
，即为 e点,
短路点 ——（ I=I
N
,U=0）
调节发电机励磁电流，使三相稳定短路电流为额定值额定电压点 ——（ I=I
N
,U=U
N
）调节发电机处于过激，电枢电流为额定值，输出有功功率为 0（零功率因数），激磁电流和额定电压决定该点气隙线
f
I
U
K
I
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
+
-
Rf
Rst
直流电动机
V
-
+
Rf
A
W
W
A
三相电感负载励磁绕组电枢绕组同步发电机直流电动机的起动电阻，
起动时打到最大，
运行时打到最小直流电动机的励磁调节电阻，
起动时打到最小，运行时用来调节转速。
同步发电机的励磁调节电阻三相调压器调节负载电流，保持额定电流三、饱和同步电抗
EF
DE
I
UE
U
I
I
U
X
X
N
N
N
N
N
N
d
d
=
′
==
0
*
磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场,
不同的端电压时,X
d
不同
0
E
′
气隙线
f
I
U
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
D
E
F
d
IXUE =?
0
在 纯感性负载 时电枢反应是直轴去磁的电枢反应，磁路是否饱和？对应的电抗是否为饱和电抗？
σδ
XIjUE
nullnullnull
+=
四、保梯电抗 x
p
Y 在三相稳态短路时，纵边为
I
N
x
σ
——短路三角形零功率因数试验时，磁极漏磁较大，磁极饱和程度较空载时高，为此必须加大激磁曲线 2：由特征三角形及空载特性作出当考虑转子漏磁影响后，特性三角形纵边并非恒定不变 。
Y 随着电压增加，三角形纵变将增大，对应于 U=U
N
，边长为 I
N
x
P
——保梯 (potier)三角形
Y 汽轮发电机，极间漏磁通较小,x
p
近似等于 x
σ
Y 凸极发电机,x
p
=(1.1-1.3) x
σ
6.3.4 同步发电机的外特性和电压调整率一、外特性：
影响因数,
1,电枢反应
2,漏抗压降显然,外特性曲线和负载的性质密切相关 。
( )
σδ
XIjRIUEEE
EI
XIjXIjRIEU
aa
f
qqdda
nullnullnullnullnullnull
nullnullnullnullnull
++=+=
++?=
0
0
0
一定一定，则在n=n
1
,I
f
=常数，cosφ＝常数 的条件下，同步发电机作单机运行，端电压 U随负载电流而变化的关系特性曲线U=f(I) 。
纯电阻负载:随着电枢电流增加，漏阻抗压降增加，加上电枢反应的去磁作用，端电压下降。
cos 0.8( )? = 超前
I
U
N
U
N
I
cos 0.8( )? = 滞后
cos 1.0? =
外特性当是感性负载时：曲线（2），此时随着负载电流的增加，端电压逐步下降。这是因为考虑了电枢反应的去磁作用的影响，
随着电枢电流增加，
电枢反应的去磁作用加强，电机中的合成磁通减弱，所以端电压逐步下降。
外特性
cos 0.8( )? = 超前
I
U
N
U
N
I
cos 0.8( )? = 滞后
cos 1.0? =
当是容性负载时：
曲线（ 3），此时电流超前电压，此时的电枢反应是增磁作用，随着电枢电流的增加，合成的磁通在减小，所以端电压下降。
cos 0.8( )? = 超前
I
U
N
U
N
I
cos 0.8( )? = 滞后
cos 1.0? =
外特性二、电压调整率
%100
0
×
=Δ
N
N
U
UE
U
UΔ
定义：发电机的端电压随负载的改变而变化，
变化的程度我们可以通过电压调整率 来衡量。
即：
影响电压调整率的因素有：功率因数和同步电抗。
一般发电机的电压调整率较大，常在20%--40%之间。
6.3.5 发电机的调整特性在感性负载时，随负载增大，需 增加励磁以抵消电枢反应的去磁作用在容性负载时，随负载增大，需 减小励磁以平衡电枢反应的助磁影响调整特性,n=n1,U =const,cosθ=const，作 单机运行,负载电流 I与励磁电流 If的关系物理意义,维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大小变化进行调节 。
cos 0.8( )? = 超前
I
f
I
0f
I
N
I
cos 1.0? =
cos 0.8( )? = 滞后
6.3.6 同步发电机的参数及测定同步电抗,Xd的饱和值与不饱和值
Xd和Xq的转差法测定短路比漏抗和保梯电抗
1,Xd的不饱和值
dksk
XIjXIjE
nullnullnull
==
0
k
sd
I
E
XX
'
0
==
短路时不计饱和
2
－
短路特性
f
I
U
K
I
0
E
1
－
空载特性
K
I
3
－
气隙线
0
E
′
*
*
'
0
'
0
'
0
*
kNk
N
N
k
N
N
dN
d
I
E
II
UE
U
I
E
I
U
XI
X ==
==
2,饱和同步电抗
EF
DE
I
UE
U
I
I
U
X
X
N
N
N
N
N
N
d
d
=
′
==
0
*
磁路饱和决定于空气隙中的合成磁场,
不同的端电压时,X
d
不同
0
E
′
气隙线
f
I
U
N
U
2－零功率因数负载特性
1
－
空载特性
D
E
F
d
IXUE =?
0
在 纯感性负载 时
3,转差率测定 x
d
,x
q
d
d
XIjU
..
0 +=
q
q
XIjU
..
0 +=
q
q
d
d
XIjXIjU
...
0 ++=
让Iq=0
q
q
d
d
XIjXIjUE
...
0
.
++=
励磁电流I f=0,
E0=0
I
U
X
d
=
I
U
X
q
=
让Id=0
如何做到？
3,转差率测定 xd,xq
a) 同步电机由原动机带动，转速接近于同步转速，
转子激磁绕组开路（ 不加激磁 ），在定子端子上外施—对称三相电压。为了避免转子被牵入同步,外施电压约为额定电压的1/4左右,且使其相序能保证电枢旋转磁场的转向与转子的转向—致。
b) 调节原动机转速，使约有1％一2％的转差。此时，定子旋转磁场的轴线交替地与转子直轴和交轴重合。
当定子旋转磁场与转子直轴重合时，定子的电抗为 X
d
，此时电抗最大，定子电流最小，线路压降最小，端电压为最大。
当定子旋转磁场与转子交轴重合时，定子的电抗为 Xq，此时电抗最小，定子电流最大，线路压降最大，端电压为最小。
1 外施电压低，定子电枢磁场较小
2 无激磁电流，没有转子励磁磁场
3,转差率测定 xd,xq
X
d
,X
q
为不饱和值
max
min
min
max
I
U
X
I
U
X
qd
==
计算应用：
正常运行时，电机磁路饱和，d轴气隙小而磁导大，磁路饱和而使x
d
减小，分析时应用
x
d
饱和值；短路时，由于电枢反应的去磁作用，使电机磁路处于不饱和状态，x
d
用不饱和值。
q轴：磁路气隙较长，磁导小，磁路不饱和，x
q
取不饱和值。
3,转差率测定 xd,xq
00
00
*
()
()
1
fN
KN
C
NfkKN
ff
N
u
ffk
d
iU U
I
k
I iI I
ii
U
k
ii E
k
X
μ
=
==
=
==?
′′
=
当发电机空载运行时，空载电动势等于额定电压Ｕ
Ｎ
时，所加的励磁电流 i
f 0
，保持此励磁电流不变，在稳态短路时所对应电流为 I
K
,I
K
与发电机额定电流I
N
之比，
称为短路比 K
c
。
2
－
短路特性
f
I
U
K
I
0
E
′
1
－
空载特性
K
I
N
U
f
I
δ fk
I
0f
I
N
I
４.短路比
5,漏抗的测定
o 电抗三角形法
N
I
ba
X
′′
=
σ
b’c’等效于电枢反应的励磁电流
o 抽出转子法测漏抗
★ 特点：实测值大于实际值—— 转子空间也归入了漏磁路，使总磁阻减小，表现漏抗增大 。
★ 抽出电机转子，定子绕组外施三相对称电压，使输入电流达到额定值（ U =15% U
N
）
I
U
X ≈
σ
忽略定子绕组电阻，则：
()0
0
≈++=+=
σ
jXRIUEEE
aa
nullnullnullnullnull
电压方程
6.保梯电抗x
p
随着电压增加，三角形纵变将增大，
对应于 U=UN，边长为 INＸ P——保梯
(potier)三角形气隙线
f
I
U
K
I
N
U
7,隐极发电机求△U%
pNN
XIjUE
nullnullnull
+≈
δ
基本思路：
气隙磁动势的大小气隙磁动势的位置电枢电流电枢磁动势换算到转子侧的磁动势确定额定运行状态的气隙电动势
δ
E
null
励磁磁动势
af
FFF
′
′
=
δ
确定额定励磁下的空载电压查找空载特性曲线磁动势超前电动势90度计算或从试验得到
fa
aaa
kF
FkF
/ =
=
′
特点：
o考虑了磁路的饱和 情况，直接反应电枢磁势 Fa的作用
o用保梯电抗 xp代替漏抗,反映负载时转子漏磁的变化
U,I
I
f
2 短路特性
1 空载特性
U
N
I
N
φ
N
I’
fδ
a
I’
f
δ
I
fa
I
fk
-I
fa
I
fN
I
fN
E0
△ U
E
δ
I
fa
电枢反应相当的激磁电流额定激磁电流有效激磁电流?=+
'
δffafN
III
nullnullnull
已知额定负载时 U=UN,I=IN,conφ N
已知电机参数 Ra,Xp,Ka
7.凸 极发电机 求△U%
f
I
f
F
0
Φ
0
E
I
q
I
d
I
σ
Φ
ad
F
aq
F
ad
Φ
aq
Φ
ad
E
aq
E
σ
E
δ
E
a
rI
磁路不饱和时的电磁过程
D轴不饱和
7.凸 极发电机 求△U%
f
I
f
F
'
d
F
I
q
I
d
I
σ
Φ
'
ad
F
'
aq
F
d
Φ
aq
Φ
d
E
aq
E
σ
E
δ
E
a
rI
磁路饱和时的电磁过程
D轴饱和
7.凸 极发电机 求△U%
pNN
XIjUE
nullnullnull
+≈
δ
基本思路：
D轴合成磁动势的大小 F'
d
电枢电流电枢磁动势换算到转子侧的磁动势确定额定运行状态的气隙电动势
δ
E
null
励磁磁动势
addf
FFF
′
+
′
=
确定额定励磁下的空载电压查找空载特性曲线计算或从试验得到
aqaqaq
adadad
FkF
FkF
=
′
=
′
σ
XIj
null
U
null
I
null
a
RI
null
E
δ
ψ
θ
ψ
O
AB
N
M
qaq
aq
cos
IX
IX
ψ
=
0
E
a
F
f
F
qaq
IX
已知额定负载时 U=UN,I=IN,conφ N,
Ra,Xp,Kad,Kaq
()
a
EUIRjX
δσ
=+ +
1,求气隙电动势
2,确定AM的长度，即确定q轴的位置。 (q轴不饱和，利用空载特性的气隙线 )
aq aq q aq
kF IX?
cos cos
aq aq q aq
kF IX
ψψ
aq a aq
kF IX?
σ
XIj
null
U
null
I
null
a
RI
null
E
δ
ψ
θ
ψ
O
AB
N
M
qaq
aq
cos
IX
IX
ψ
=
0
E
a
F
f
F
qaq
IX
dqaq
()
a
E UIR jX jIX
σ
=+ + +
3,d轴合成电动势E d：连接OM，过
A作OM的垂直线AB，OB即为E d
4.由合成电动势E d确定d轴的合成磁动势F' d(利用空载特性 )
ad a
sinFFψ=
dq a
E EEUIR
σ
++ =+
ad ad ad
FkF
′
=
5,确定额定励磁磁动势F f,E0
dadf
FFF
′′
=+
发电机的空载特性
Ff
E
Y
E0Ed
XZ
IqXaq
cosψ
Ff
T
F’ad
F’d
kaqFa
6-4 一三相15MW的水轮发电机，U
N
=13.8kV,Y接，
cosφ
N
=0.8 (滞后)，Xq*=0.62，Ra*=0,发电机额定运行时的电枢反应按直轴折算后的等效励磁电流I fa=kadFa/Nf=135A,空载特性为例题 6-4
例题
VE /
0?
AI
f
/
试求：额定励磁电流和电压变化率
3503002502001508045
10000955089007800630036002000
σ
XIj
null
U
null
I
null
E
δ
ψ
θ
O
B
d
E
a
F
f
F
qaq
jIX
Xaq已知，
可直接求Ed
19.8θ ψ?=?= °
1.求Ed
** *
** *
sin
arctan 56.7
cos
q
a
IX U
IR U
ψ
+
==°
+
**
cos 0.55 19.8
q
II ψ θ=∠=∠°
******
dqaq
1.14 19.8
E UjIXjIX
σ
=+ +
=∠°
**
1.0 0,36.87,1.0 36.87UI?=∠°= °=∠? °
设：
σ
XIj
null
U
null
I
null
E
δ
ψ
θ
O
B
d
E
a
F
f
F
qaq
jIX
ad
135A
/sin
135sin56.7 113A
fa
fadadffa
I
IkFNIψ
=
==
=°=
0
10150VE =
2.求I fd
265 113 378A
fN fd fad
III=+ = + =
265A
fd
I =
d
1.14 13800/ 3 9083VE =× =
查空载特性曲线
3.求I
fad
4,额定励磁电流
*
0
10150/(13800 / 3) 1.2739E ==
0
27.39%
N
N
EU
U
U
Δ= =
查空载特性曲线例题（ 选择题 ）
f
n
1,测定同步发电机空载特性时，如果转速降为 0.9n
N
，对实验结果影响为：
(1)空载特性曲线上升 (2)空载特性曲线下降
(3) 没有影响
0
()
f
E fi=
空载特性
0110
2
N
EfNKπ=Φ
60
pn
f n=∝
0
E
√ 空载特性曲线下降
2,测定同步发电机短路特性时，如果转速降为 0.9n
N
,对实验结果的影响为：
(1)短路特性曲线上升 (2)短路特性曲线下降
(3)没有影响
0 dk
E jX I=
nullnull
k
I
短路特性
0
k
d
E
I
X
=
011
4.44
Nm
ENK=Φ∝ff
2
dd
XLπ=∝ff
√ 没有影响
3,同步发电机短路特性曲线为一直线的原因是
(1)励磁电流较小，使磁路不饱和
(2)去磁的电枢反应使磁路不饱和
(3)发电机在短路时，其内阻抗相当于一个电阻，
所以 I
K
和 I
f
成正比。
√ (2)去磁的电枢反应使磁路不饱和
4,Xd(不饱和 )的数值用哪些试验来求取？
(1)空载试验和短路试验
(2)空载试验和零功率因数试验
(3)短路试验和零功率因数试验
√ (1)空载试验和短路试验
5,Xd(饱和 )的数值用哪些试验来求取？
(1)空载试验和短路试验
(2)空载试验和零功率因数试验
(3)短路试验和零功率因数试验
√ (2)空载试验和零功率因数试验
6,Xq的数值用哪些试验求取？
(1)空载试验和短路试验
(2)空载试验和零功率因数试验
(3)转差法
√ (3)转差法
6,有两台隐极式同步电机，气隙分别为δ
1
和δ
2
，其它诸如绕组和磁路结构完全一样，已知δ
1
=2δ
2
，现分别在两台电机上进行短路试验，当加同样大小的励磁电流时，
测得短路电流分别为 I
k1
和 I
k2
，它们的关系为
(1)I
k1
＞ I
K2
(2)I
k1
＜ I
k2
(3)I
k1
＝ I
k2
0
k
d
E
I
X
=
2
ad
Xfπ Λ=∝
ad ad
L
气隙大 磁导小，电抗小 短路电流大
√ (1)I
k1
＞ I
K2
一台同步发电机，由于制造误差，使所隙偏大，因此对电机性能发生了下列影响,
Xd变 _____________，△ U变 ____________，
短路比 ____________,稳定性 ____________。
