電機學(xué)同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系

電機學(xué)同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系第一頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-1同步發(fā)電機的空載運行一、基本概念主磁通（勵磁磁通）：既鏈過轉(zhuǎn)子，又通過氣隙并與電樞繞組交鏈的磁通Φ0，稱為主磁通，它就是空載時的氣隙磁通，或稱勵磁磁通。主極漏磁通：只交鏈勵磁繞組的磁通Φfσ稱為主極漏磁通，它不參與電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程。如圖10－1所示。圖10-1同步發(fā)電機的空載磁路第二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-1同步發(fā)電機的空載運行二、同步發(fā)電機空載運行分析空載特性：改變勵磁電流if

，就可得到不同的Φ0和勵磁電動勢E0

，曲線E0＝f(if

)表示在同步轉(zhuǎn)速下，空載電動勢E0與勵磁電流if之間的關(guān)系，稱為發(fā)電機的空載特性。由于E0∝if

，if∝Ff

，所以，空載曲線實質(zhì)上就反映了電機的磁化曲線。第三頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、同步發(fā)電機空載特性分析當主磁通Φ0較小時，整個磁路處于不飽和狀態(tài)，絕大部分磁動勢消耗于氣隙，所以空載特性的下部是一條直線，與空載曲線下部相切的線OG稱為氣隙線,隨著Φ0的增大，鐵心逐漸飽和，空載曲線逐漸變彎?？蛰d特性是同步發(fā)電機的基本特性之一。

圖10-2同步發(fā)電機的空載特性（磁化曲線）電機的飽和因數(shù)同步電機的

kμ值一般在1.1～1.25左右。

空載特性不僅適用于空載情況，負載情況也是適用的。

第四頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)一、基本概念電樞磁動勢：帶上負載以后，由于電樞繞組有電流通過，就出現(xiàn)第二個磁動勢－電樞磁動勢。如果繞組對稱，三相負載亦對稱，電樞磁動勢的基波就將為一同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢勵磁磁動勢的基波和電樞磁動勢基波二者之和，就構(gòu)成了負載時的合成磁動勢，從而決定了氣隙合成磁場。電樞反應(yīng)：負載時電樞磁動勢的基波對主極磁通基波的影響，就稱為電樞反應(yīng)，因此，電樞磁動勢又稱為電樞反應(yīng)磁動勢。第五頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)一、基本概念旋轉(zhuǎn)電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的基本條件：同步電機的電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向一致，因此它們在空間保持相對靜止。正由于這種相對靜止，才使它們之間的相互關(guān)系保持不變，從而建立穩(wěn)定的氣隙磁場和產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)距，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。實際上，定轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止是一切電磁感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機正常運行的基本條件。第六頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)二、時空相矢圖－分析電樞反應(yīng)時采用時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為“時空相矢圖”

1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。

基波勵磁磁動勢及其磁密為一空間矢量。該矢量位于轉(zhuǎn)子的極軸線上，方向為N極指向，以同步速旋轉(zhuǎn)，如圖10－3所示。第七頁，共七十三頁，2022年，8月28日1.空間矢量：凡是沿空間按正弦分布的量都可表示為空間矢量。電樞磁動勢

也為空間矢量，它的位置可以這樣來確定，即當某相電流達到最大時，電樞磁動勢剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，它的指向與繞組中的電流方向符合右手螺旋定則，而且轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的一致，并以同步速旋轉(zhuǎn)，如圖10－4所示。圖中A相電流最大，所以剛好轉(zhuǎn)到A相軸線上。(電流的規(guī)定正方向仍由末端流向首端)。

第八頁，共七十三頁，2022年，8月28日2.時間相量：凡是隨時間按正弦規(guī)律變化的量同步電機的空載電動勢(勵磁電動勢）是時間向量，該相量的相位由轉(zhuǎn)子的位置決定，如轉(zhuǎn)子處于圖(a)位置，當電動勢正方向與電流正方向一致時，A相感電動勢為正的最大，所以位于時間軸線上。如圖(b)所示。電動勢相量的角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度都是ω。電樞電流也是時間相量，它的相位決定于電機內(nèi)部的阻抗和負載的性質(zhì)。電機內(nèi)部的阻抗和負載的性質(zhì)決定了電樞電流和空載電動勢之間的相位差角ψ，ψ稱為內(nèi)功率因數(shù)角。第九頁，共七十三頁，2022年，8月28日3.時空相矢圖：由于空間矢量和時聞相量旋轉(zhuǎn)的角速度都是ω，把空間軸線+A與時間軸線+t重合在一起，空間矢量和時間相量就畫在同一張圖里，稱為時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，簡稱為“時空相矢圖”。

第十頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)二、時空相矢圖－分析電樞反應(yīng)時采用時間相量和空間矢量統(tǒng)一圖，這種圖簡稱為“時空相矢圖”

3.時空相矢圖：結(jié)論：在時空相矢圖上

總是落后于

以90度，

總是與

重合。

與

之間相位差

隨著負載的性質(zhì)不同而改變。而

與

之間相對位置又完全取決于ψ角

(它們之間的空間相位差為

角)，所以電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由ψ角決定的，也就是說單機運行時電樞反應(yīng)的性質(zhì)是由負載的性質(zhì)決定的。

第十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日1．試說明同步電機中的、、、、、等物理量哪些是空間矢量？哪些是時間相量？試述兩種矢（相）量之間的統(tǒng)一性。如果不把相軸和時軸重合，那么時、空相（矢）量之間的關(guān)系怎樣？

第十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)三、不同ψ角時的電樞反應(yīng)1.與同相位時的電樞反應(yīng)－交軸電樞反應(yīng)第十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)三、不同ψ角時的電樞反應(yīng)1.與同相位時的電樞反應(yīng)－交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)的作用：1）對主磁極而言，交軸電樞反應(yīng)磁動勢在前極端(順轉(zhuǎn)向看、極靴的前都)起去磁作用，在后極端（順轉(zhuǎn)向看,極靴的后部)起加磁作用。定子合成磁動勢

較

扭斜了

角，幅值也有所增加，從而使氣隙磁場的大小也有所增加。2）同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩和能量轉(zhuǎn)換與交軸電樞反應(yīng)密切相關(guān)。只有具有交軸電樞反應(yīng)，定子合成磁動勢和主磁極之間才會形成一定的角，從而才能實現(xiàn)機、電能量轉(zhuǎn)換，所以交軸電樞反應(yīng)是實現(xiàn)機、電能量轉(zhuǎn)換的必要條件。

第十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)三、不同ψ角時的電樞反應(yīng)2.落后以時的電樞反應(yīng)－去磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng)第十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)三、不同ψ角時的電樞反應(yīng)2.落后以時的電樞反應(yīng)－去磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)的作用：1）對主磁場而言，直軸電樞反應(yīng)磁動勢起去磁作用，使得氣隙合成磁場減小。2）由于合成磁動勢投有扭斜現(xiàn)象（），此時直軸電樞反應(yīng)磁場與勵磁磁場正對著，不產(chǎn)生切向力，所以不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，因而也不能進行機電能量轉(zhuǎn)換。第十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)不同ψ角時的電樞反應(yīng)3.超前以時的電樞反應(yīng)－加磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng)第十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-2三相同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)不同ψ角時的電樞反應(yīng)3.超前以時的電樞反應(yīng)－加磁性質(zhì)的直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)的作用：1）對主磁場而言，直軸電樞反應(yīng)磁動勢起加磁作用，使得氣隙合成磁場增強。2）由于合成磁動勢投有扭斜現(xiàn)象（），所以也不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，也不能進行機電能量轉(zhuǎn)換。第十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日不同ψ角時的電樞反應(yīng)4.一般情況下的電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)磁動勢交軸電樞反應(yīng)磁動勢第十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、不同ψ角時的電樞反應(yīng)4.一般情況下的電樞反應(yīng)若把電流也分解成和兩個分量，則交軸電樞反應(yīng)磁動勢使氣隙磁場扭斜。產(chǎn)生

ψ角，從而進行機電能量轉(zhuǎn)換，直軸電樞反應(yīng)磁動勢對勵磁破動勢起去磁作用，使氣隙磁場減小。

第二十頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖1、電磁關(guān)系：2、電勢平衡方程式：

第二十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖4、電樞反應(yīng)電抗：Ea

＝4.44fNkw1Φa式中：稱為電樞反應(yīng)電抗是對稱負載下每相電流為1安時所感應(yīng)的電樞反應(yīng)電動勢。第二十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖4、漏電抗：漏磁電動勢

也可寫成負的漏抗壓降的形式，即

式中：為與漏磁通相對應(yīng)的漏電抗。第二十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖5、綜上分析，不考慮飽和時隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式可寫為：稱為同步電機的同步電抗氣隙電動勢：第二十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、不考慮飽和時的電動勢方程式、同步電抗和相量圖6、相量圖和等效電路分析功率因數(shù)角、功率因數(shù)角、功角物理意義？第二十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日一臺隱極式同步發(fā)電機，分別在、、（滯后）與滯后）兩種情況下運行。其中和保持不變，而>，問哪一種情況下所需的勵磁電流大？為什么？、、

、、

第二十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日由于在滯后的功率因數(shù)時，愈小，電樞反應(yīng)去磁作用愈強，為了獲得一樣的端電壓，必須增大勵磁。在運行中，當功率因數(shù)變小所需勵磁電流增大時，必須注意轉(zhuǎn)子的溫升不能超過額定溫升值。第二十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖1、電磁關(guān)系：其中稱為氣隙中基波合成磁動勢(簡稱氣隙磁動勢)；2、電動勢方程式：第二十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖根據(jù)磁動勢方程式和電動勢方程式作出的相矢圖，稱為磁動勢－電動勢相矢圖。

1、繪制磁動勢－電動勢相矢圖的步驟：1)已知U、I、cosφ以及空載特性，以感性負載為例。第二十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖1、繪制磁動勢－電動勢相矢圖的步驟：2)

的位置領(lǐng)前于

,均為基波磁動勢,換算成一等效的階梯形波氣隙磁動勢:式中：kf為階梯形波勵磁磁動勢分解出的基波的波形系數(shù)。第三十頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖電樞磁動勢折算系數(shù)第三十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖

ka的物理意義：一個基波電樞磁動勢乘以折算系數(shù)ka以后就換算成了一個等值的階梯形波勵磁磁動勢；反過來說，一個階梯形勵勵磁磁動勢除以ka

(或乘以

kf)后，就換算成了一個等值的電樞基波磁動勢。

第三十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖3)決定

的大小與位置:

的位置與重合，其大小可由計算或試驗獲得，它的計算公式為

4)求出如上圖中段。5)把Ff1換算成階梯形波，即求出Ff＝kaFf

1，F(xiàn)f用或if＝Ff/Nf在空載特性上找

出E0，然后在落后于矢量方向作相量討論：在負載時，雖然有Ff，然而卻不存在E0，實際繞組里只存在一個氣隙電動勢Eδ，只有在負載除去后，E0才表現(xiàn)出來。

第三十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-3隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、考慮飽和時的磁動勢－電動勢相矢圖2、電壓調(diào)整率：所謂電壓調(diào)整率，就是指當勵磁電流保持不變，發(fā)電機從滿載和額定電壓下逐漸甩去全部負載，電壓變化的百分數(shù)。即

E0為對應(yīng)于額定負載和額定電壓時得勵磁電流下得空載電動勢UNφ為額定相電壓。第三十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-4凸極同步發(fā)電機的雙反應(yīng)理論一、雙反應(yīng)理論凸極同步發(fā)電機的電樞磁場分布及雙反應(yīng)理論的提出：凸極同步發(fā)電機的氣隙是不均勻的，極弧下氣隙較小，極間部分氣隙較大，因此同一電樞磁破動勢作用在不同的位置時，電樞反應(yīng)將不一樣第三十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-4凸極同步發(fā)電機的雙反應(yīng)理論1、雙反應(yīng)理論凸極同步發(fā)電機的電樞磁場分布及雙反應(yīng)理論的提出：雙反應(yīng)理論的基本思想：當電樞磁動勢的軸線既不和直軸又不和交軸重合時，可以把電樞磁動勢

分解成直軸分量

和交軸分量，然后分別分析直軸和交軸電樞磁動勢的電樞反應(yīng)，最后再把它們的的效果迭加起來。這種考慮到凸極電機中氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分為直軸和交軸電樞反應(yīng)的處理方法，叫做雙反應(yīng)理論。

第三十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時的相量圖1、電磁關(guān)系：2、電動勢方程式：各物理量的規(guī)定正方向與圖10－11所示。第三十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時的相量圖電樞反應(yīng)電抗：和隱極電機相似，不計飽和時

式中xad、xaq分別為直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗，它表征當對稱的三相直軸或交軸電樞電流每相為1安時，三相聯(lián)合產(chǎn)生的基波電樞磁場在每一相繞組中感應(yīng)的直軸或交軸電樞反應(yīng)電動勢。第三十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時的相量圖電樞反應(yīng)電抗：電樞反應(yīng)電抗正比于匝數(shù)的平方和磁導(dǎo)的乘積，即

對于隱極電機，由于氣隙均勻，，所以。第三十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時的相量圖電樞反應(yīng)電抗：第四十頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時的相量圖綜上分析，凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式為：式中：分別稱為凸極同步電機的直軸同步電抗和交軸同步電抗。其物理意義為當對稱三直軸或交軸電樞電流每相為1安時，三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。第四十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、不考慮飽和時的相量圖引入電動勢，第四十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖二、不考慮飽和時的相量圖等效電路：第四十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日例10-2一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗分別等于，電樞電阻略去不計。試計算發(fā)電機發(fā)出額定電壓、額定功率，（滯后）時的勵磁電動勢（不計飽和）。第四十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、考慮飽和時的相量圖設(shè)已知凸極同步發(fā)電機負載時數(shù)據(jù)U、I、cosφ和電機參數(shù)ra、xσ、kad、kaq以及空載特性，作考慮飽和時的相量圖。1）首先按作出P點；2）確定ψ角，即如何確定Q點；由10－24相矢圖可以看出：產(chǎn)生所需的等效磁動勢為：第四十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖考慮飽和時的相量圖2）確定ψ角，即如何確定Q點；因此只要算出kaqFa，即可從空載特性上找出由圖10－24可知，若已作出，則由兩部分組成，一部分為，一部分為，即因而相矢圖中的方向即可作出。產(chǎn)生Eδd

的磁動勢可由空載特性找出；產(chǎn)生Ead的磁動勢為Fad＝Fasinψ，可以計算得到，只要把Fad折算成等效的勵磁磁動勢kad

Fad

，就可求出勵磁磁動勢為由Ff從空載特性上即可找出E0的值，如圖10－25所示。第四十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系§10-5凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式、同步電抗和相量圖考慮飽和時的相量圖2）確定ψ角，即如何確定Q點；第四十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-6從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比一、空載特性空載特性：在發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，電樞空載情況下，調(diào)節(jié)勵磁電流時電樞空載端電壓的變化曲線，即

n=n1，I=0時，U0=f(if)空載特性的試驗測取方法：在電樞空載（開路）的情況下，用原動機把發(fā)電機轉(zhuǎn)子拖到同步速，然后調(diào)節(jié)勵磁電流，使空載電樞電壓達到額定值的1.3倍左右，然后單方向逐步減少勵磁電流并記錄不同勵磁電流下對應(yīng)的電樞端電壓。第四十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日同步發(fā)電機的基本電磁關(guān)系§10-6從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比一、空載特性研究空載特性的重要意義：空載特性是發(fā)電機的基本特性之一，空載特性一方面表征了電機磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性等其它特性配合在一起．還可以確定同步電機的基本參數(shù)。

第五十頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-6從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比二、短路特性短路特性：短路特性表示了電機在同步轉(zhuǎn)速下，電樞端點三相短路時，電樞電流(短路電流)與勵磁電流的關(guān)系，即：n=n1，U=0時，Ik=f(if)短路特性的試驗測取方法：短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗測得，試驗時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持為同步速，調(diào)節(jié)勵磁電流，使電樞電流約為1.2倍額定值，同時量取電樞電流和勵磁電流，第五十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-6從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比二、短路特性短路特性是直線的原因：用三相穩(wěn)態(tài)短路時發(fā)電機的相矢圖來說明。

第五十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-6從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比二、短路特性對于一般同步電機，定子漏抗標么值約為0.10～0.20，若平均取為0.15，則短路電流等于額定電流（即I*=1）時，漏抗壓降的標么值應(yīng)為0.15，于是氣隙電動勢標么值亦等于0.15，即氣隙電動勢僅為額定電壓的15％，由此可見，在短路情況下，電機的磁路通常處以于不飽和狀態(tài)。因此勵磁電流變化時，氣隙電動勢和對應(yīng)的短路電流將隨之正比地變化，即

所以短路特性是一條直線。第五十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-6從空載特性、短路特性求同步電抗的不飽和值和短路比三、利用空載特性和短路特性求同步電抗的不飽和值為了便于查對，常把空載特性和短路特性畫在同一張坐標紙上，如圖10－3l所示。第五十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、短路比短路比：所謂“短路比”就是在相應(yīng)于空載額定電壓的勵磁電流下，三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流與額定電流之比值。第五十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、短路比短路比：所謂“短路比”就是在相應(yīng)于空載額定電壓的勵磁電流下，三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流與額定電流之比值。

不計飽和時第五十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、短路比短路比對電機的影響：短路比的數(shù)值對電機影響很大。短路比小，說明同步電抗大，這時短路電流小，但負載變化時發(fā)電機的電壓變化較大，而且并聯(lián)運行時發(fā)電機的穩(wěn)定性較差，但電機的成本較低；反之，短路比大則電機性能較好，但成本高，因為短路比大表示小，故氣隙大，使勵磁電流和轉(zhuǎn)子用銅量增大，所以短路比的選擇要合理地統(tǒng)籌兼顧運行性能和電機造價這兩方面地要求。我國制造的汽輪發(fā)電機的Kc＝，水輪發(fā)電機的Kc＝，水輪發(fā)電機的短路比較大是由于水輪發(fā)電機為凸極結(jié)構(gòu)，氣隙大之故。第五十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-7用轉(zhuǎn)差法試驗測同步電機的同步電抗一、轉(zhuǎn)差法－既可以測出xd又可以測出xq的方法試驗接線如圖10－33所示，其中勵磁繞組應(yīng)開路試驗方法：首先把同步電機的轉(zhuǎn)子用原動機拖動到接近同步轉(zhuǎn)速(但不能等于同步速)，讓轉(zhuǎn)差率小于l％。然后在定子上加上一個額定頻率的三相對稱電壓，并且讓電樞旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，所加電壓的大小等于(0.02-~0.15)待轉(zhuǎn)差穩(wěn)定后，用示波器拍攝電樞電壓、電樞電流及勵磁電壓的波形，如圖(10-34)所示。

第五十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)差法－既可以測出xd又可以測出xq的方法計算同步電抗的方法：由于沒有勵磁電流，故E0=0，電樞的電動勢方程式為

旋轉(zhuǎn)磁場的軸線將不斷依次和轉(zhuǎn)子的直軸或交軸置合，相應(yīng)地，電樞的電抗將隨著旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁極相對位置的變化而變化，即在最大值xd

和最小值xq

之間作周期變動。第五十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-7用轉(zhuǎn)差法試驗測同步電機的同步電抗轉(zhuǎn)差法－既可以測出xd又可以測出xq的方法計算同步電抗的方法：當旋轉(zhuǎn)磁場軸線對準直軸d時,Iq=0，I=Id，這時電樞電抗達到最大值，故電樞電流為最小值Imin，由于供電線路壓降較小，電樞每相電壓為最大值Umax，故得同理，當定子旋轉(zhuǎn)磁場對準交軸q時，電壓為最小值，電流為最大值，故得第六十頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定零功率因數(shù)負載特性：指同步發(fā)電機帶上一個純感性負載（cosφ＝0），讓轉(zhuǎn)速為同步速，并保持負載電流I不變，求取發(fā)電機端點壓與勵磁電流之間的關(guān)系，即試驗接線及方法：如圖10－35所示，電樞接一個可變的三相純感性負載。試驗時，把同步發(fā)電機拖動到同步轉(zhuǎn)速，然后調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流和負載的大小，使負載電流始終保持為常值（例如I=IN），記錄不同勵磁下發(fā)電機的的電壓，即可得到零功率因數(shù)曲線，如圖10-36所示。第六十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定從圖l0－36可見，零功率因數(shù)特性在空載特性的右邊，其形狀與空載特性相似，這表明兩條曲線之間具有某種聯(lián)系，下面研究這個問題。

第六十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：第六十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：零功率因數(shù)負載時，由于需要克服定子漏抗壓降和去磁的電樞反應(yīng)，如仍要保持端電壓為額定值第六十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定零功率因數(shù)特性與空載特性的關(guān)系：零功率因數(shù)特性和空載特性之間相差一個直角三角形AEF，該三角形稱為同步電機的特性三角形或保梯三角形。

特性三角形的一條直角邊(鉛垂邊)是定子漏抗壓降Ixσ，另一條直角邊(水平邊)是電樞反應(yīng)磁動勢的等效勵磁電流ifa,由于測取零功率因數(shù)特性時，電流I保持不變，可見Ixσ和ifa不變，即特性三角形的大小不變。因此只要把特性三角形的底邊保持水平位置而使其頂點E沿空載特性上移動，則其右邊頂點的軌跡即為零功率因數(shù)特性。當特性三角形移到其水平邊與橫坐標重合時，可得K點，該點的端電壓U=0，故實質(zhì)上即為短路點。第六十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：氣隙線的平行線并和空載特性交于E點，由E點作的垂線交于A點，則ΔAEF即為要找的特性三角形。由此可見，電樞電流I所產(chǎn)生的電樞磁動勢為定子漏抗為

第六十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：研究表明，由于零功率因數(shù)負載時轉(zhuǎn)子的漏磁比空載時大，所以零功率因數(shù)特性和空載特性所確定的漏抗將比實際的定子漏抗稍大，一般把由零功率因數(shù)特性和空載特性確定的漏抗稱為保梯電抗，以xp表示。對一般的電機來說，試驗和作圖求取的零功率因數(shù)特性的差別是不大的。在隱極電機中，因為極間漏磁通較小，故xp≈

xσ，而凸極電機中，則xp≈

(1.1-1.3)xσ。第六十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日§10-8同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性及保梯電抗的測定已知零功率因數(shù)特性和空載特性確定特性三角形和保梯電抗：結(jié)論：為了求電樞反應(yīng)磁動勢和定子漏抗，只要巳知空載特性和零功率因數(shù)特性上的K和F兩點就可以了。K點可以通過短路特性找出，因此，零功率因數(shù)持性實驗