同步发电机磁化曲线及空载特性解析

当转子以同步速旋转时，主磁场在气隙中形成旋转磁场，从而使定子电枢绕组切割主磁通感应三相对称电动势，即。

其三相基波电动势的有效值为

式中：φ0为每极基波磁通，单位为Wb；N1为定子绕组每相串联匝数；kw1为基波电动势的绕组系数。

当原动机转速恒定、f为恒定值时，改变直流励磁电流If，相应的主磁通大小改变，则每相感应电动势E0大小也改变。因此在额定转速下，发电机励磁电动势E0与励磁电流If之间的函数关系，称为发电机的空载特性，即E0=f（If），如图3.13所示。由于E0∝φ0，Ff∝If，因此改变坐标的比例，空载特性也可表示为Φ0=f（Ff）的关系曲线，该曲线称为同步发电机的磁化曲线。

(https://www.xing528.com)

图3.13　同步发电机的空载特性

空载特性是同步发电机的基本特性，由图3.13可见，当主磁通Φ0较小时，电机的整个磁路处于不饱和状态，空载曲线下部为直线。直线部分的延长线0h称为气隙线，气隙线表示了在电机磁路不饱和的情况下，主磁通随励磁磁动势的变化关系。随着主磁通的增加，铁芯逐渐饱和，铁芯部分所消耗的磁动势较大，主磁通Φ0不再随着励磁磁动势线性增加，因此空载曲线向下弯曲。

为了充分地利用铁磁材料，在电机设计时，通常把电机的额定电压点设计在磁化曲线的弯曲处，如图3.13曲线1上的c点，此时的磁动势称为额定空载磁动势Ff0。线段表示消耗在铁芯部分的磁动势，线段表示消耗于气隙部分的磁动势Fδ。Ff0与Fδ的比值反映了电机磁路的饱和程度，称为电机磁路的饱和系数，用Kμ表示，其表达式为

通常，同步电机的饱和系数Kμ=1.1～1.25左右。磁路越饱和，铁芯部分所消耗的磁动势也越大。