同步發電機基本工作原理及執行特性

1、外特性

所謂外特性，就是勵磁電流、轉速、功率因數為常數的條件下，負荷變化時發電機端電壓u的變化曲線。

外特性可以用來分析發電機執行中的電壓流動情況，並以此對自動勵磁調節器的調壓範圍提出要求。發電機電壓波動情況可以由電壓變化率來描述。所謂電壓變化率，就是發電機從空載到額定負載，端電壓變化對額定電壓的百分數。

汽輪發電機的電壓變化率一般在30%~48%的範圍。

何為電樞反應呢？同步電機在空載時，氣隙裡僅存在轉子磁場（主磁場）。當定子繞組流過對稱的三相電流時，其所建立的電樞磁勢將產生磁場，故有負載時，氣隙裡的磁場是由轉子的勵磁磁勢和電樞磁勢共同作用產生的。

電樞磁勢必然對主磁場有影響。這種對稱負載時電樞磁勢的基波對主磁場基波的影響，稱為電樞反應。

電樞反應的性質（去磁、助磁或交磁），因負載性質（感性、容性或阻性）和大小的不同而不同。

2、空載執行

同步發電機的空載特性是乙個很重要的特性，它直接影響著電機的其它特性，通過開路實驗還可以發現勵磁系統的故障。暫態短路特性和零功率因數特性也都屬於同步電機的重要特性，和空載特性配合，可以求出同步發電機的暫態引數及確定出補償電樞的勵磁電流。

發電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載執行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流if感生出的空載電動勢e0（三相對稱），其大小隨if增大而增加。但是，由於電機磁路鐵芯有飽和現象，故兩者不成正比。

反映e0與if關係的曲線稱為同步發電機的空載特性。當原動機帶動發電機在同步轉速下執行,勵磁繞組通過適當的勵磁電流,電樞繞組不帶任何負載時的運**況，稱為空載執行。空載執行是同步發電機最簡單的執行方式，其氣隙磁場由轉子磁勢單獨建立，分析較為簡單。

當空載執行時,勵磁電勢隨勵磁電流變化的關係稱為同步發電機的空載特性。勵磁電勢的大小 (有效值) 與轉子每極磁通成正比，而勵磁電流的大小又和作用於同步電機磁路上的勵磁磁勢正比例變化，所以空載特性與電機磁路的磁化曲線具有類似的變化規律。

當勵磁電流較小時，由於磁通較小，電機磁路沒有飽和，空載特性呈直線（將其延長後的射線稱為氣隙線）。隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進入飽和段。為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設計在空載特性的彎曲處。

發電機的空載特性試驗，也是發電機的基本試驗專案。發電機空載特性是指發電機在額定轉速下，定子繞組中電流為零時，繞組端電壓uo和轉子激磁電流il之間的關係曲線。發電機的空載特性試驗就是實測這條特性曲線。

從0到 1.3倍額定電壓，一般取10～12點。

空載特性在同步發電機理論中有著重要作用：將設計好的電機的空載特性與計算資料相比較，如果兩者接近，說明電機設計合理，反之，則說明該電機的磁路過於飽和或者材料沒有充分利用。空載特性結合短路特性可以求取同步電機的引數。

發電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統的故障。

3、短路特性

同步發電機執行於同步轉速時，將電樞繞組三相的端點持續短路然後加上勵磁電流，稱為短路執行。這時端電壓u =0 ，如果改變勵磁電流，則電樞短路電流的有效值也改變。短路特性就是指二者之間的關係：

=f() 。

短路執行時，和勵磁電勢之間的相位差僅受同步電抗和繞組本身電阻的制約，在忽略繞組電阻時，將滯後於90電角度，交軸分量=0 ，其電樞反應表現為純去磁作用。

去磁作用減少了電機中的磁通，磁路處於不飽和狀態，勵磁電勢和勵磁電流之間在數量上呈線性關係。由於短路電流=-j/ ，所以和勵磁電流在數量也呈線性關係，短路特性就是一條通過原點的直線。

可見，穩態短路時，電機中的電樞反應為純去磁作用，電機的磁通和感應電勢較小，短路電流也不會過大，所以三相穩態短路執行沒有危險。

對凸極式電機來說，短路時交軸電樞磁勢=0 ，故分析方法同隱極電機，只需將用代替，將用來代替即可。