同步发电机的三相短路特征试验方法

摘要：发电机短路试验的目的是测取同步交流发电机的三相稳态短路特性，即同步发电机在三相电枢绕组产生短路时的稳态短路电枢电流与励磁电流的关系曲线。该特性曲线是用于求取直流同步电抗、短路比、定子漏抗、保护电抗等很多参数的详细依据。通过解析这些数据，可以领悟被试发电机的规划水平和改进方向。

      本文选用正弦波PMSM dq轴数学模型对PMSM稳态短路电流和稳态短路转矩进行了理论解析，得到PMSM稳态短路电流和电磁转矩的剖析表达式。结合二维有限元法对某类型永磁发电机进行仿真剖析，并进行了现场试验检测，验证了PMSM稳态短路电流、稳态短路转矩随发电机转速的变化规律。

      永磁同步发电机(PMSM)具有组成简易、效率高、弱磁调速性能优良等特点，在牵引发电机行业应用广泛。图1为同步发电机输出与励磁控制原理图，图2为三相交流发电机输出带载机理图。

      PMSM的电气性能稳定性取决于永磁材料，永磁材料在太高温度、冲击电流电枢反应或剧烈的机械振动功能下，都可能出现不可逆退磁，使发电机的性能下降，甚至无法使用。永磁发电机在三相短路时，短路电流发生直轴电枢磁动势对永磁体去磁，在三相突然短路时去磁能力较强柴油发电机维修全套教程，为了预防永磁体在发电机短路步骤中出现不可逆退磁，布置中必须进行较大去磁工作点校核计算，应保证此作业点在较高工作温度时回复线的线性段，或者说高于回复线

      发电机短路试验是指发电机在额定速度下，定子三相绕组短路时，获取定子稳态短路电流与励磁电流关系曲线的试验康明斯柴油发电机控制面板。做发电机短路试验时柴油机常见故障及解决方案，要先将发电机三相绕组出线端短路，然后维持速度不变，增加励磁，读取励磁电流和相应的定子电流数值，直至定子电流达到额定电流为止，以此来获得发电机的某些参数和特性曲线

      研讨三相短路特点有助于完善和补充发电机在线检测理论，为失磁发电机的检测提供依据。同时，稳态短路是进行永磁发电机负载电流试验的重要举措之一。稳态短路电流和短路转矩的理论计算，是试验线路和试验装备选取的前提要素。突然短路电流通常大于稳态短路电流，计算过于复杂，试验具有破坏性，难以检验，且根据经验由暂态过渡到稳态的时间非常短。工程上根据稳态短路特性，再通过经验修正系数修正后评估突然短路特性E。因此稳态短路试验后的短路电流为进行发电机突然短路时的失磁能力验证试验提供了必要的理论依据。通过场路耦合有限元法和研讨突然短路时电枢绕组磁链变化的举措给出了不同的短路电流计算手段，但并未解析短路电流随发电机速度的变化规律，未对短路转矩进行论证。

      同步发电机的三相稳态短路特点试验可选择以下两种策略：发电机法或电动机法（或称为“自减速法”）。

（或在尽可能近的部位短路），连接应牢固可靠，电阻应尽可能小。如果短接线接于断路器外侧，则必须选用步骤预防在试验中断路器跳闸而使电压升高事故匝间绝缘。按如图3所示试验接线图接线，并投入过流保护（作用于信号）。

（2）对自励恒压发电机，应改用其他直流电源进行他励。（3）试验时，将被试发电机拖动到额定转速，调节励磁电流，使电枢电流达到其额定值的1.2倍左右，同时测取三相电枢电流1k和励磁电流以该点作为第一点。然后，逐步减小励磁电流到零。期间共测取5~7点上述数值。

（4）如果三相电枢电流对称，则除了在额定电流时测取三相电流外，其他各点允许只测任意一相的电流值。

      用上面试验测得的参数绘制稳态短路特性曲线所示，发电机短路特点曲线通常为一条直线。

      电动机法一般称其为自减速法。试验时，被试发电机作电动机空载运转到机械损耗稳定后，先切断电枢电源，再立即降低励磁电流到零并切断励磁电源，被试发电机将自减速。之后，用事先准备好的短路开关将电枢绕组三相短路。紧接着，接通励磁电源并给处于靠惯性旋转的被试发电机加励磁，使电枢电流达到额定值的1.2倍左右。

（1）三相短路线应尽量装在接近发电机的引出线段，以减轻线路阻抗对测量精度的影响。如在发电机出口装设短路线不方便时，可将短路线接在断路器的外侧，但必须将断路器的跳闸回路熔断器取下或将断路器的使用机构锁定，以免在试验中断路器突然跳闸，引起发电机过电压而故障绝缘。

（2）三相短路线的截面应按发电机的额定电流购买，应接触良好，防止由于接触电阻过大，发烫，严重故障装置。（3）当定子和转子回路的测定表计不在同一地方时，应事先装设和规定联系信号，以供同时读取需用。

      将发电机冷态与热态稳态的短路电流和电磁转矩测定值进行对比。可知，在同一转速下，热态时实测稳态短路电流值比冷态时小。这是由于热态时永磁体磁链队比冷态时小，定子相电阻氏比冷态时大。随着速度升高，在达到较市电磁转矩前，热态短路电磁转矩值小于冷态值，达到较大电磁转矩后，随着速度升高，热态短路电磁转矩值大于冷态值。较大短路转矩点产生时的速度比冷态时大，是由定子相电阻氏比冷态时大而导致的。

     发电机短路特征试验是在三相短路下运行时（稳定短路，并保持额定速度）检测定子电流与转子电流关系。试验目的基本和空载试验相同，结合空载试验可以决定发电机的一些参数和特点。发电机的短路特征除可以用来求未饱和的同步电抗与短路比之外，在发电机应用中，还可以利用它来预判励磁绕组有无匝间短路等损坏，显然，励磁绕组存在匝间短路时，因安匝数降低，短路特征会减轻。