發(fā)電機(jī)空載、短路和負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組配備的發(fā)電機(jī)可以說是一種較主用的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)組。因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)通常采用直流勵(lì)磁，當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)整勵(lì)磁電流，能方便地調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓。若并入市電運(yùn)轉(zhuǎn)，因電壓由市電決定，無法改變，此時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的結(jié)果是調(diào)整了電機(jī)的功率因數(shù)和無功容量?？得魉构驹诒疚闹芯桶l(fā)電機(jī)的類型和各種工作特性，以及特點(diǎn)曲線圖做了分別細(xì)述，以便促進(jìn)用戶更好地領(lǐng)會(huì)發(fā)電機(jī)機(jī)理與優(yōu)勢(shì)。

的。如果輸出電流過大，會(huì)引起滑環(huán)與電刷之間發(fā)生過大的火花;若輸出電壓過度，則滑環(huán)和電刷的絕緣不易清除，因此電壓通常不超過500V。

有明顯的磁極，在磁極鐵心上套有集中磁極繞組。它的氣隙是不均勻的，極弧下氣隙較小，而極間部分氣隙較大。

沒有明顯的磁極，磁極繞組分散嵌在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。因?yàn)樗霓D(zhuǎn)子制成圓柱形，因此，其氣隙是均勻的。

絕緣材料。電樞繞組輸出的交流電流可直接送往負(fù)載，其機(jī)械強(qiáng)度和絕緣因素均比較好，可靠性也比過高。 

路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。反映空載電動(dòng)勢(shì)E0 與勵(lì)磁電流If 關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特征。

      空載特點(diǎn)本質(zhì)上就是電機(jī)的磁化曲線，它既可用實(shí)驗(yàn)測(cè)出也可用磁路計(jì)算得到。用實(shí)驗(yàn)測(cè)取空載特征時(shí)，因?yàn)榇艤顩r，上升和下降的磁化曲線不相重合。一般規(guī)定采用空載電壓U≈1.3UN開始到If＝0為止的下降曲線時(shí)，有剩磁電動(dòng)勢(shì)。這時(shí)應(yīng)增長(zhǎng)空載特征與橫軸相交，將交點(diǎn)的橫坐標(biāo)絕對(duì)值ΔIf0作為校正量，加在測(cè)得的空載特征每一點(diǎn)的橫坐標(biāo)上，即可得出另一條通過原點(diǎn)的校正曲線，得到電機(jī)適用的空載特性。

      在進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組空載實(shí)驗(yàn)時(shí)（步驟流程如圖4所示），測(cè)出的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)所耗的功率，即為發(fā)電機(jī)的空載損耗p。同步發(fā)電機(jī)的空載損耗中詳細(xì)包含機(jī)械損耗pmec和由主極磁場(chǎng)切割定子鐵芯產(chǎn)生的定子鐵耗pFe。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，機(jī)械損耗恒定不變，只有定子鐵耗隨著空載電壓（正比于主磁通）的變化而變化。在實(shí)驗(yàn)中，先記錄發(fā)電機(jī)未加勵(lì)磁時(shí)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)所需的容量，即為被試發(fā)電機(jī)的機(jī)械損耗。再?gòu)牟灰粯觿?lì)磁時(shí)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)所需的功率中扣除此項(xiàng)機(jī)械損耗，即可算出定子鐵耗，其中對(duì)應(yīng)E＝UN時(shí)的鐵耗值即可作為電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的定子鐵耗值。 

      因?yàn)閁＝0，此時(shí)限制短路電流的僅僅是發(fā)電機(jī)的同步阻抗，其中電樞電阻值遠(yuǎn)小于同步電抗可以忽略，故短路電流滯后于勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)為90°，即ψ≈90°；故而電樞電流全部為直軸電流，電樞磁動(dòng)勢(shì)為一純?nèi)ゴ诺闹陛S磁動(dòng)勢(shì)，即Fa＝Fad。此時(shí)各磁動(dòng)勢(shì)矢量都在同一條直線上，合成磁動(dòng)勢(shì)為F′δ=Ff－F′ad=Ff－kadFad，由空載特征求出氣隙電動(dòng)勢(shì)Eδ。此Eδ值與定子漏阻抗（忽略電阻時(shí)是漏電抗）相平衡，即

此時(shí)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)E′與直軸電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E′ad相加后得出氣隙電動(dòng)勢(shì)E′δ=-E′σ。此E′是根據(jù)氣隙電動(dòng)勢(shì)Eδ=AC的飽和程度，由OC延長(zhǎng)線上查出為E′=BD而并非If=OB在發(fā)電機(jī)空載時(shí)所生的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E=BF。

      在進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)測(cè)出拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)所需的功率，即為發(fā)電機(jī)的短路損耗pk，它包括機(jī)械損耗、電樞繞組基礎(chǔ)銅耗和短路雜散損耗，后兩者之和稱為短路負(fù)載損耗。測(cè)出不同短路電流Ik時(shí)的短路損耗pk值，然后減去機(jī)械損耗，即可得到短路負(fù)載損耗隨電樞電流變化的曲線，再?gòu)念~定電流下的短路負(fù)荷損耗減去電樞基本銅耗pcu1=mI2NRa后即為發(fā)電機(jī)的負(fù)荷雜散損耗pad，Ra為電樞繞組的直流電阻。

      由空載試驗(yàn)算出機(jī)械損耗pmec和鐵耗pFe，再由短路試驗(yàn)算出Ik=IN時(shí)的定子銅耗pcu1和負(fù)荷雜散損耗pad。此外在額定負(fù)荷下檢測(cè)出額定勵(lì)磁電流IfN數(shù)值并算出勵(lì)磁繞組銅耗pcuf=I2fNRf，再由勵(lì)磁機(jī)效率算出同軸勵(lì)磁機(jī)的輸入功率，即可算出整個(gè)發(fā)電機(jī)的總損耗。

      零功率因數(shù)負(fù)載特征由電樞繞組接到可變的三相純電感對(duì)稱負(fù)荷，使cosφ≈0，同時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和負(fù)荷電抗，使負(fù)荷電流保持為一常值得到。當(dāng)電機(jī)容量較大時(shí)，可將電機(jī)并入大電作空載過勵(lì)運(yùn)行，使電樞輸出的無功電流為I＝IN，得到零功率因數(shù)負(fù)載特征上U＝UN點(diǎn)。接著再作此發(fā)電機(jī)的三相對(duì)稱穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)，測(cè)出對(duì)應(yīng)Ik＝IN的勵(lì)磁電流Ifk，得到零功率因數(shù)負(fù)荷特征上U＝0點(diǎn)。

I 之間的關(guān)系，特性曲線所示。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負(fù)荷容量因數(shù)為常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流 If 與負(fù)載電流之間的關(guān)系。還有電阻性、電容性和電感性 3 種負(fù)荷的狀況。由于電樞反應(yīng)磁場(chǎng)影響的不同，三者的曲線也不同。在外特征中，從空載到額定負(fù)荷時(shí)電壓的變化程度稱為電壓變化率△U。所謂發(fā)電機(jī)的外特點(diǎn)，就是指勵(lì)磁電流、速度、功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，變更定子負(fù)載電流時(shí)，端電壓U的變化曲線，即U=f(I)曲線。

      在滯后的功率因數(shù)狀況下cos(θ)，當(dāng)定子電流增加時(shí)，電壓降落較大，就是由于此時(shí)電樞反應(yīng)是去磁的。在超前的功率因數(shù)的狀況下[cos(-θ)]，定子電流增加時(shí)，電壓反而升高，這是由于電樞反應(yīng)是助磁的。在cos(θ)=1，電壓降落較小。外特性可以用來陳述發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的電壓波動(dòng)情形，借以提出對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置調(diào)整范圍的要求。

      所謂發(fā)電機(jī)的調(diào)整特點(diǎn)，系指電壓、速度、功率因數(shù)為常數(shù)的條件下，變更定子負(fù)荷電流時(shí)，勵(lì)磁電流的變化曲線所示。不同容量因數(shù)下的調(diào)整特性可以看出，在滯后的容量因數(shù)情形下，負(fù)荷增加，勵(lì)增電流也必須增加。這是由于此時(shí)去磁功用加強(qiáng)，要維持氣隙磁通；必須增加轉(zhuǎn)子磁勢(shì)。在超前的功率回?cái)?shù)下，負(fù)載增加，勵(lì)磁電流通常還要降低。這是由于電樞反應(yīng)有助磁用途的緣故。調(diào)整特征可以使運(yùn)行人員通曉：在某一功率因數(shù)時(shí)，定子電流到多少而不使勵(lì)磁電流超過制造廠的規(guī)定值，并能維持額定電壓。利用這此曲線，可使電力機(jī)構(gòu)無功功率更合理一些。

      發(fā)電機(jī)電壓變化率約為 20～40％。一般工業(yè)和家用負(fù)荷都要求電壓保持基本不變。為此， 隨著負(fù)載電流的增大，必須相應(yīng)地調(diào)整勵(lì)磁電流。有 3 種不同性質(zhì)負(fù)荷下的調(diào)整特性。雖然調(diào)整特征的變化趨勢(shì)與外特點(diǎn)正好相反，對(duì)于感性和純電阻性負(fù)荷，它是上升的，而在容性負(fù)載下， 一般是下降的。

     值得注意的是，柴油發(fā)電機(jī)組配備的同步發(fā)電機(jī)一般具備自我保護(hù)能力，即在一定的速度范圍內(nèi)，它可以自動(dòng)限制輸出電流，以預(yù)防過載。這種自我保護(hù)制度使得發(fā)電機(jī)能夠在有限的條件下安全地工作。綜上所述，交流發(fā)電機(jī)的三大作業(yè)特點(diǎn)分別是空載特點(diǎn)、輸出特征和外特性，它們各自反映了發(fā)電機(jī)在不一樣工作因素下的性能表現(xiàn)，對(duì)于準(zhǔn)確操作和保養(yǎng)發(fā)電機(jī)至關(guān)重要。