第八章_水轮发电机的运行原理及运行特性
水轮发电机结构及工作原理介绍
– 托盘
• 托盘的作用是减小轴瓦的变形。另外，托盘的轴向 柔度在运行中有一定的均衡负荷作用。 • 其材质应选用能承受较大弯曲应力的高强度材料。
– 绝缘垫
• 通常在轴承座下面或推力头与镜板结合面之间装设 绝缘垫，切断轴电流回路，保护轴瓦工作面，并起 到绝缘和调整轴线的双重作用。
– 油的循环冷却
• 轴承的油循环冷却方式有内循环和外循环两种。 • 中小型水轮发电机轴承的油循环冷却方式一般为内 循环。
• 绕组
– 三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布 于铁芯内圆齿槽中。 – 三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极旋 转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。
定子叠片加固
• 水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的 主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、 磁极等部件组成。
立轴水轮发电机转子结构
转
•
通风系统 机组运行时，发电机绕组以及铁芯将产生大量的热量，为了使绕组和铁芯的温 度不至于过高而引起绕组绝缘损坏，发电机必须设置通风冷却装置。 • 一个良好通风系统应具备的基本要求 水轮发电机运行实际产生的风量应达到设计值并略有余量。 各部位（特别是定子的有效段）的冷却风量应合理分配，各部位温度分布均匀。 风路简单，损耗较低。 结构简单、加工容易、运行稳定。 有时还能满足水电厂厂房结构以及利用发电机的热风供厂房冬季取暖。 • 通风元件 压力元件：转子磁极、磁轭、风扇。其中磁极、磁轭是主要的压力元件，在整 个通风系统中占80%~90%的作用。 阻力元件：定子。在整个通风系统中，定子风阻占整个风阻的70%
起动试运行的内容和程序 ：
1. 机组起动试运行的工作范围很广，要进行从水工建筑物 到机电设备的全面检查。一般说来包括试验检查和试运行 两大部分，而且以试验检查为主。 2. 起动试运行程序： （1）水轮发电机组试运行前的检查 （2）机组充水试验 （3）水轮发电机组空载试运行 （4）发电机对主变压器和高压配电装置零起升压试验和电 力系统对主变压器全压冲击合闸试验 （5）水轮发电机组并列及带负荷试验 （6）水轮发电机组甩负荷试验 （7）水轮发电机组连续带负荷试验
试述水轮发电机的运行及故障分析处理
试述水轮发电机的运行及故障分析处理1. 引言1.1 介绍水轮发电机的基本原理水轮发电机是利用水流动能转化为机械能，进而转化为电能的电力发电设备。
它是利用水力能源进行发电的主要设备之一，广泛应用于水电站和水利工程中。
水轮发电机的基本原理是利用水流的动能来驱动水轮转动，水轮与发电机之间通过轴的传动将机械能转化为电能。
水轮发电机主要由水轮机部分和发电机部分组成，其中水轮机部分包括水轮叶片、水轮轮盘和轴承等部件，发电机部分包括转子、定子和励磁系统等部件。
当水流经过水轮叶片时，叶片受到水流的冲击而转动，驱动水轮轮盘转动，通过轴的传动将转动能量传递给发电机，最终转化为电能输出。
水轮发电机的基本原理简单易懂，但实际应用中需要考虑多种因素，包括水流量、水压、水轮设计、机电传动系统等。
只有充分了解水轮发电机的基本原理，才能更好地进行运行和维护，确保其正常运转并发挥最大功效。
【2000字】1.2 阐述水轮发电机在能源领域的重要性在能源领域，水轮发电机在利用水能方面具有独特的优势。
水资源是可再生的清洁能源，利用水轮发电机可以充分利用水的动能，实现对水资源的高效利用，减少对传统能源的依赖，降低对环境的影响。
水轮发电机可以有效地解决能源短缺和环境污染等问题，对于推动能源结构的转型和优化具有积极的促进作用。
水轮发电机在能源领域具有重要的地位和作用，不仅在利用水资源方面具有独特的优势，同时也在稳定电网和供电方面扮演着重要的角色。
随着新能源的不断发展和推广，相信水轮发电机在未来能源领域的地位和作用将会更加凸显和重要。
2. 正文2.1 水轮发电机的运行原理水轮发电机的运行原理是基于水力能转换为机械能，再转化为电能的原理。
其基本原理包括水的重力势能、动能和机械能的转换。
水轮发电机通过水力发动水轮转动，水轮与发电机转子相连，发电机转子在水轮的带动下旋转产生电能。
水轮发电机的运行原理涉及到液体动力学、机械动力学、电力学等多个领域的知识，是一种高效利用水资源进行能源转化的技术。
水轮发电机的结构、运行及故障分析处理
水轮发电机的结构、运行及故障分析处理水轮发电机的结构、运行及故障分析处理一、发电机的主要结构原理发电机采用立轴半伞式水轮发电机，推力轴承位于发电机转子下部的下机架上。
轴系由上端轴、转子支架中心体、发电机主轴和水轮机主轴组成。
并由发电机上导轴承支撑。
发电机采用密闭双路无风扇自循环端部回风空气冷却系统，热风由12个固定在定子机座周围的针式高效冷却器冷却（三峡发电机采用了半水冷方式，即转子为空冷，定子为水内冷）。
1、发电机转子：主要由转子支架、磁轭和磁极等部件组成。
（1）转子支架：是将主轴和磁轭连接成为一体的中间部件，主要作用固定磁轭和传递转矩。
采用圆盘式结构，由精加工后的中心体和四瓣扇形体在现场按专门焊接工艺焊接成整体。
（2）转子磁轭：采用2mm厚的高强度DER450薄钢板冲制而成，磁轭宽570mm，每片4个极，采用1个极距交错双向叠片方式，以保证键槽垂直，螺杆受剪力小，磁轭轴向分8段，段间设40 mm高的通风沟7个，用高强度拉紧螺杆把紧成整体。
（3）转子磁极：是产生发电机磁场的主要部件。
由磁极铁芯、线圈和阴尼绕组等部件组成。
铁芯由1.5 mm厚DJL350钢板迭成，用压板及拉紧螺杆把合成整体。
极靴部位装有纵、横阻尼绕组。
磁极线圈由带散热翅的异型铜排绕制而成。
匝间垫以F级绝缘材料与铜排热压成整体。
磁极借助鸽尾和磁极健固定于磁轭上，为保证磁极鸽尾受力均匀性在磁极冲片两鸽尾间设有均力槽。
2、推力轴承：采用具有良好的调节性能的多波纹弹性油箱支撑结构。
承担机组转动部分的全部重量和水流作用下轴向水推力，并把这些力通过下机架传递到基础上。
推力瓦采用弹性金属塑料瓦，托瓦由托盘支撑，轴承润滑油冷却采用外加泵外循环冷却方式，采用5台4B60-16/3V盘式电动油泵（其中一台备用），每台冷却器油流量60立方米每小时，压力0.14Mpa，冷却水流量65立方米每小时，压力0.6Mpa.。
3、下机架：下机架用来安装推力轴承和制动器，承受机组转动部分的全部重量和水的轴向推力。
试述水轮发电机的运行及故障分析处理
试述水轮发电机的运行及故障分析处理1. 引言1.1 水轮发电机的基本原理水轮发电机是利用水能转换为机械能，再利用机械能推动发电机发电的一种装置。
其基本原理是利用水的动力能将水轮转动，进而带动发电机内部的转子旋转而产生电能。
具体来说，水轮发电机的基本组成包括水轮机、发电机和调速控制系统。
当水流经过水轮机的叶片时，水的动能转换为机械能，驱动水轮机转动。
水轮机连接着发电机的转子，转动的水轮机会带动转子一起旋转，通过磁场感应原理产生电能。
调速控制系统则是用来控制水轮发电机的转速，以确保其在不同负载下都能稳定运行。
水轮发电机的基本原理是利用水的动能转换为机械能，再转换为电能的过程，是一种可再生清洁能源发电方式。
其具有利用水能丰富、排放无害、运行稳定等优点，在能源产业中发挥着重要的作用。
通过对水轮发电机的基本原理的深入理解，可以更好地运行和维护水轮发电机，确保其长期稳定运行，为电力生产提供可靠的保障。
1.2 水轮发电机在能源产业中的重要性水轮发电机在能源产业中的重要性还体现在其高效率、可靠性和经济性方面。
相比传统的火电和燃煤发电厂，水轮发电机具有更高的发电效率，减少了能源浪费和环境污染。
水轮发电机在建设和运行成本上也更为经济，能够为用户提供更加稳定的电力供应。
水轮发电机在能源产业中的应用不仅有助于实现清洁能源发展目标，还可以提高电力系统的运行效率和保障能源安全。
水轮发电机在能源产业中的重要性不容忽视，应当加强技术研究和设备维护，促进水轮发电机在能源领域的更广泛应用。
2. 正文2.1 水轮发电机的运行过程水轮发电机的运行过程是指通过水力能量驱动水轮发电机发电的整个过程。
水轮发电机的运行依赖于水库或河流等水源的供给，通过管道输送水流至水轮机，使水轮机叶片受到水流的冲击产生动力。
水流的动能转化为机械能驱动水轮机旋转，从而带动连接水轮机的发电机组发电。
在发电的过程中，水轮发电机会产生一定的噪音和振动，工作人员需要及时检查和调整设备，保证其正常运行。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理
水轮发电机是一种利用水力能源转换为电能的发电设备，其工作原理是利用水
流的动能驱动水轮转动，进而带动发电机产生电能。
水轮发电机在利用水力资源方面具有很大的优势，因为水资源是一种可再生的能源，且不会产生污染。
水轮发电机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 水库或河流，水轮发电机通常建在水库或河流上。
水库可以储存大量的水，
而河流则可以提供持续的水流。
这些水源都可以作为水轮发电机的动力来源。
2. 水流入水轮，水流经过水轮发电机时，会被导流装置引导到水轮上。
水轮通
常由多个叶片组成，水流的动能会被转化为水轮的旋转动能。
3. 水轮转动，水流的动能使得水轮开始旋转。
水轮的旋转速度和力度取决于水
流的流速和水轮的设计。
4. 发电机发电，水轮的旋转驱动发电机产生电能。
发电机内部的线圈在磁场的
作用下产生电流，从而转化为电能输出。
5. 输电，通过输电线路将发电机产生的电能输送到需要的地方，供给人们的生
活和工业生产使用。
水轮发电机的工作原理简单而高效，能够充分利用水力资源，为人们提供清洁、可再生的能源。
在当今环保和可持续发展的大背景下，水轮发电机作为一种重要的清洁能源设备，将在未来得到更广泛的应用和发展。
希望在不久的将来，水轮发电机能够成为能源领域的重要组成部分，为人类的生活和社会发展做出更大的贡献。
水轮发电机原理
水轮发电机原理【导语】水轮发电机是利用水流的动力驱动水轮产生机械能，并通过发电机将其转化为电能的设备。
本文将介绍水轮发电机的原理及其分类。
一、水轮发电机原理水轮发电机是利用水流的动力产生机械能，再通过发电机将其转化为电能的设备。
水轮发电机主要包括水轮、传动系统和发电机三部分。
在水轮的作用下，水流转动叶轮，叶轮产生机械能并传递给传动系统。
传动系统将叶轮的旋转转化为高速旋转的电机转子，再通过电磁感应原理将机械能转化为电能，最终输出电力。
二、按类划分1. 按水轮分类水流作用下的水轮发电机主要分为三类：重力水轮、压力水轮和速度水轮。
重力水轮是利用水的自然落差来产生机械能的水轮发电机。
常见的有悬挂式、横轴式和斜轴式等类型。
悬挂式重力水轮通常安装在水流下方，水流通过悬挂的水轮，产生机械能推动轮轴转动。
横轴式重力水轮通常嵌入到水流底部的岩石中，水流沿着底部流过，从而推动水轮旋转。
斜轴式重力水轮则是通过水流的冲击推动水轮旋转，产生机械能。
压力水轮是利用水的压力来产生机械能的水轮发电机。
常见的有水轮式、离心式和混合式等类型。
水轮式压力水轮通常安装在水流顶部，水从轮底进入水轮，产生压力推动水轮旋转。
离心式压力水轮则是利用水流的离心力产生机械能，从而推动水轮旋转。
混合式压力水轮则结合了以上两种方式，既利用水流的压力也利用水流的离心力，产生机械能。
速度水轮是利用水的流速来产生机械能的水轮发电机。
常见的有斜板式、水泵式和喷射式等类型。
斜板式速度水轮利用水流的冲击力产生机械能。
水泵式速度水轮则是利用水泵的作用，将水流加速到一定速度，从而推动水轮旋转。
喷射式速度水轮是利用水流的喷射力，推动水轮旋转，产生机械能。
2. 按应用领域分类水轮发电机也可以按照其应用领域进行分类。
在发电行业中，水轮发电机主要分为大型水电站和小型水电站两类。
大型水电站一般建设在水力资源丰富、水流量较大、水头高度较大的地区，具有稳定的发电能力和经济性。
小型水电站则建设在水力资源不够丰富、水流量较小、水头高度较低的地区，可以满足当地小范围的供电需求。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理水轮发电机是利用水能转化为机械能，再经过发电机器将机械能转化为电能的一种发电装置。
其工作原理主要包括水轮机的工作原理和发电机的工作原理。
水轮机的工作原理是利用水流的动能驱动水轮机转动。
水轮机由基础、轴承、导水管、转轮等组成。
当水流通过导水管进入转轮内部，由于导水管的合理设计，水流的动能会转化为转轮上的压力能和动能。
转轮上的叶片可以将水流的动能转化为转轮的转动能量。
通过转子轴将转动能量传递至发电机上，进而将其转化为电能。
发电机的工作原理是利用转动的机械能转化为电能。
发电机是由固定的磁极和旋转的励磁线圈（转子）组成。
当转子转动时，励磁线圈会不断切割磁场，产生电磁感应效应。
根据法拉第电磁感应定律，励磁线圈内就会产生感应电动势，并通过导线输出。
同时，为了增强发电效果，发电机通常采用了电磁励磁。
电磁励磁使用励磁线圈产生一个恒定的磁场，从而保持发电机输出的电压稳定。
通过控制转动速度和磁场强度，可以调节发电机输出的电压和电流。
在水轮发电机中，水轮机和发电机相互配合工作，即水流驱动水轮机转动，水轮机将机械能传递给发电机，发电机利用机械能转化为电能。
水轮机通过合理的叶轮设计和水流控制，可以最大程度地转化水流的动能为机械能，提高水轮机的效率。
而发电机通过合理的电磁感应原理和电磁励磁控制，可以将机械能高效地转化为电能。
在实际应用中，水轮发电机广泛用于水能资源丰富的地区，如山区、湖泊等地。
通过调整导水管的角度和水量，可以控制水轮机的转速，从而调节发电机输出的电能量。
水轮发电机具有的优点是水能源免费、稳定可靠、环保等，同时还可以储存电能和供电调峰，具有较高的经济和社会效益。
然而，水轮发电机也存在一些局限性。
首先，水轮发电机需要有丰富的水源才能保证长期稳定的发电。
其次，水轮发电机的建设和维护成本较高，需要投入较大的资金和人力物力。
此外，水轮发电机的效率也受到一定的限制，受到水流速度、水位等因素的影响。
总之，水轮发电机借助水轮机和发电机的相互配合，将水流的动能转化为电能，是一种利用水能发电的重要装置。
水轮发电机发电原理
水轮发电机发电原理
水轮发电机是一种利用水流能量发电的装置。
其发电原理基于水流的动能转化为机械能，然后再通过发电机转化为电能的过程。
当水流通过水轮发电机时，水流的动能会使水轮旋转。
水轮通常由多个叶片组成，叶片的形状和排列方式能够最大限度地捕捉水流动能。
水流推动水轮旋转时，水轮与电机连接的轴也会随之转动。
连接在水轮和轴之间的发电机是将机械能转换成电能的核心部分。
发电机中的线圈会随着转动的轴而旋转，线圈中的导线穿过磁场，这样就会在导线中产生电流。
这个过程基于法拉第电磁感应定律，即线圈在磁场中运动会引发感应电流。
最终，通过调节水流的速度和水轮的设计，可以实现高效地将水流动能转化成电能。
将发电机输出的电能通过适当的电力传输系统输送到用户，供电使用。
综上所述，水轮发电机发电的原理是将水流的动能转化成机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
这种发电方式因其依赖水流能源而受到地理条件的限制，但具有可再生性，且使用过程中不会产生污染。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理一、引言水轮发电机是一种利用水能来发电的设备。
它的工作原理基于水能转化为机械能，再经由发电机将机械能转化为电能。
本文将详细探讨水轮发电机的工作原理及其组成部分。
二、水轮发电机的组成部分水轮发电机主要由以下几个部分组成：2.1 水轮水轮是水轮发电机的核心部分，负责将水能转化为机械能。
水轮根据其结构分为垂直轴水轮和水平轴水轮两种类型。
水轮一般由叶片、轮毂和轮缘组成，叶片的形状和倾角对产生的机械能有重要影响。
2.2 水力引导装置水力引导装置负责引导水流进入水轮，并给予它足够的动能。
常见的水力引导装置包括引水渠、水闸、导管等。
水力引导装置的设计和构造对水轮发电机的效率和性能有着重要影响。
2.3 发电机发电机是将水轮转动的机械能转化为电能的关键部件。
它由定子和转子组成，通过电磁感应原理实现机械能到电能的转换。
发电机的转速、功率和效率是衡量水轮发电机性能的重要指标。
2.4 输电系统输电系统包括发电机输出的电力传输、变压和配电等环节。
高压输电线路将发电机产生的电能传输到远离发电站的地方供电使用。
三、水轮发电机的工作原理水轮发电机的工作原理可以概括为以下几个步骤：3.1 水流入水轮水流经过水力引导装置，被引导进入水轮，水轮开始转动。
水流对水轮叶片的冲击力使叶片转动。
3.2 机械能转换水轮的叶片转动带动轮毂和轮缘一起转动。
水轮的转动将水能转化为机械能，即旋转动能。
3.3 动能转换为电能水轮的转动带动发电机转子快速旋转。
发电机内的转子和定子之间产生电磁感应，将机械能转化为电能。
电能通过输出终端连接到输电系统，供电使用。
3.4 水的排放水在经过水轮后会失去大部分能量，因此需要将已转化能量的水排放。
排放的水流通过溢流口或下泄口流出，重新进入自然水体中。
四、水轮发电技术的发展水轮发电技术经过多年的发展，不断提高了发电效率和可靠性。
目前，水轮发电机已经广泛应用于各种规模的水电站。
4.1 提高水轮效率随着水力学和材料科学的发展，水轮的设计和制造技术不断改进，以提高水轮的效率。
第一讲 水轮发电机基本原理及运行特性
B B1
Φ
ψ = NΦ dψ
e
H1
H
dΦ e=− = −N dt dt
某线圈中的磁链发生变化时， 某线圈中的磁链发生变化时，将在该 线圈中产生一感应电势。 线圈中产生一感应电势。该感应电势 的数值，与磁链的变化率成正比； 的数值，与磁链的变化率成正比；该 感应电势的方向， 感应电势的方向，将倾向于产生一个 电流来阻止线圈中磁链的变化。 电流来阻止线圈中磁链的变化。
铁磁物质包括铁镍钴及其合金。 铁磁物质包括铁镍钴及其合金。同样的激励电流在铁磁介 质中产生的磁感应强度比在非磁性介质中产生的磁感应强 度大得多，磁场会显著增强。 度大得多，磁场会显著增强。 磁畴：天然的磁化小区。铁磁物质的磁化。 磁畴：天然的磁化小区。铁磁物质的磁化
东方电气
◆磁滞损耗pCz 磁滞损耗
※安培（A）： 安培（ ）： 真空中两根相距1m的无限长圆导线 截面积可忽略)， 的无限长圆导线(截面积可忽略 真空中两根相距 的无限长圆导线 截面积可忽略 ，通过一定 的恒定电流，若两导线每米的作用力为2*10-7牛顿，则这一恒定 牛顿， 的恒定电流，若两导线每米的作用力为 电流定义为1A。 电流定义为 。
东方电方 电 气 东气
水轮发电机原理 及结构介绍
主讲:电机二室张 翀 主讲:
东方电方 电 气 东气
本讲座主要内容： 本讲座主要内容：
◎水轮发电机基本原理及运行特性 ◎水轮发电机结构特点 ◎灯泡贯发电机结构简介
东方电气
第一讲 水轮发电机 基本原理及运行特性
☆电机的基本概念 ☆同步电机的基本原理 ☆发电机对称运行时的特性 ☆水电站简介
N
e v
S
东方电气
N
F = BIl
F
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T
X Fa
Z
B
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩
8.2.2不同ψ 时的电枢反应 4.内功率因数角0＜Ψ＜900
时轴
.
（电流超前电动势0＜Ψ＜900 ） q 轴 A轴
E0A
.
Y
C
Ψ +900
I C I
.
Fδ
A
Aq
ψ
IA
I Ad
d轴
.
Ff
Fa
N
S
Fad
Faq
X
E 0C
.
IB
.
E 0B
Z B
arctan xq I U sin U cos
忽略 ra
4、电流分解
I d I sin I q I cos
U
Iq
I
5、求空载电动势
Id
d轴
E0 U cos( ) I d xd
水轮发电机（凸极机）的等效电路：
ra
xq
I
EQ
U
-
O
ra
ra
A A
电动势、磁动势时空相量图
q轴 A轴
时轴
E0A
.
.
Y
Ψ +900
C
I C I
.
Aq
ψ IA
I Ad
d轴
.
Ff
A
Fa S
Fad
Faq
N
X
E 0C
.
IB
.
E 0B
Z
B
由图可知，当时轴与A轴重合时，A相空载电动势总滞后 于励磁磁动势90°，故可画出电动势、磁动势时空相量图。
时轴/A轴
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.2不同ψ 时的电枢反应 1.内功率因数角Ψ=00
时轴
（电流、电动势同相位） q轴 A 轴
E0A
.
.
Fδ
Fa
C
Y
IA
.
d轴
Ψ +90
0
Ff
A
N
S
X
E 0C
. IC
. IB
E 0B
.
Z
B
Fa与交轴q重合，故电枢反应性质为交轴电枢反应
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.2不同ψ 时的电枢反应 1.内功率因数角Ψ=00 交轴电枢反应的结果：
定子三相绕组，因其是能量转换的枢纽，故有 称为电枢绕组。
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.1电枢反应的概念
I
Fa
If F f F F f Fa
• 电枢反应: 同步发电机在对称运行时，电枢磁动 势的基波对转子主极磁场基波的影响称为电枢反应 . • 这种影响使得气隙磁通的大小及位置均发生变化,
8.3水轮发电机（凸极机）的电动势方程和相量图
8.3.1水轮发电机（凸极机）的电动势方程
1、水轮发电机（凸极机）的电磁过程
If
I
Ff
I d Iq
0
E0
F ad
ad
aq
1、不计磁路饱和；2、注意各符号的名称
F aq
E ad E aq
E
I ra
E
U
A
T
X Fa
Z
B
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.2不同ψ 时的电枢反应 3.内功率因数角Ψ=-900
时轴
.
（电流超前电动势90°） q轴 A轴
E0A
d轴 Ff
Y
C
.
IA ψ
.
.
IB
.
Fa
A
N
S
Fδ
X
E 0C
IC
E 0B
.
Z
B
Fa与交轴d同向，故电枢反应性质为直轴助磁电枢反应
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.2不同ψ 时的电枢反应 3.内功率因数角Ψ=-900 直轴助电枢反应的结果：
既有交轴电枢反应，也有直轴去磁电枢反应
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩
8.2.2不同ψ 时的电枢反应 4.内功率因数角0＜Ψ＜900 电枢反应的结果： A、使气隙磁场轴线位置从空载时的直轴逆转向位 移了一个锐角（其大小取决于负载的大小）。 B、发电机的转速和电压均有所下降。 因为发电机定子电流是阻感性电流，即有有功 分量，也有无功分量，有功分量电流使得转子产生 制动电磁转矩，转速下降；无功分量电流使得气隙 磁场削弱，电压下降。 为维持发电机转速和电压，应适当增加水轮机 的流量，增大励磁电流。
E 0 U ra I j I d xd j I q xq
E0
考虑 ra
q轴
E0
j I q xq
q轴
j I d xd
j I d xd
ra I
j I q xq
U
Iq
I
U
忽略 ra
d轴
Iq
I
d轴
Id
Id
E0
q轴
j I d（xd xd）
E0 0
U N相
气隙线
h b
a
c
空载特性
饱和区 过渡区
磁路的饱和系数
K If0 I f ＞1
气隙 磁动势 总励磁 磁动势 铁芯 磁动势
线性区
Ff
Ff 0 If0
Ff If
O
I f
空载特性(磁化曲线）
8.1 水轮发电机的空载运行
二、水轮发电机的空载特性
水轮发电机标准空载特性
I
f
A轴
A相轴
q轴
n
内功率因数角
.
时轴
E0A
I A ψ
.பைடு நூலகம்
功率角 外功率因数角
n
Y
x
交轴/横轴/q轴
C
U A
.
IC
d轴
.
Ff
A
直轴/d轴
N
S
xX
E 0C
.
IB
.
E 0B
C相轴
x
Z
B
B相轴
设绕组电流正方向为“尾端进，首端出”，磁动势正方向 与电流符合右手螺旋定则，一相绕组均用整距集中绕组来表示.
A、气隙磁场轴线位置虽然不变，但其大小比空载 时有所削弱（削弱的程度与负载大小有关）。 B、发电机的转速不变，但电压有所下降。
因为发电机定子电流是感性无功电流，转子上 不会产生的制动电磁转矩（图8-5c）；但是由于气 隙磁场削弱，发电机电压有所下降。 为维持发电机电压，应适当增大励磁电流。
Y
C
n1
If If0
0.5 0.58
1.0 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
E0 E UN
0
1.21 1.33 1.40 1.46 1.51
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩
8.2.1电枢反应的概念
8.2.2不同ψ 时的电枢反应
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.1电枢反应的概念
时轴
（电流滞后电动势90°） q轴 A轴
E0A
.
E 0C
.
IC
ψ
.
.
d轴
Y
C
Ff -Fa
IA
A
N Fδ
Z B
S
Fa
X
IB
.
E 0B
.
Fa与交轴d反向，故电枢反应性质为直轴去磁电枢反应
8.2水轮负载时的电枢反应和电磁转矩 8.2.2不同ψ 时的电枢反应 2.内功率因数角Ψ=900 直轴去磁电枢反应的结果：
总励磁 磁动势
线性区
通常取下降分支
O
Ff I f
Ff 0 If0
Ff If
空载特性(磁化曲线）
8.4水轮发电机的运行特性
8.4.2水轮发电机的短路特性
1、短路特性 n n1 U 0 I k f (I f )
ra
+
A
E E E E aq 0 ad
A
I k
If
xad xaq xa
xd xq xa x xt xq xaq x
同步电抗
汽轮发电机（隐极机）的等效电路：
ra
xt
I
E0
U
只要去掉 ra 即可得到简化等效电路
例题8-1
8.4水轮发电机的运行特性
8.4.1水轮发电机的空载特性
8.4.2水轮发电机的短路特性
准备工作
• 三个角
内功率因数角 : 是 E 0 与 I 的时间相位角, 与电机参数及负载有关; 外功率因数角 : 是U 与 I 的时间相位角, 与负载有关; 功率角(功角) : 是 E 0 与U 的时间相位角.三者关系 :
• 四个轴
直轴（纵轴、d 轴） ：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴） ：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。 时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值