标准规范下载简介

GB／T 40294-2021 确定电励磁同步电机参数的试验方法.pdf

Pmech 额定转速时的机械损耗，单位为千瓦（kW）； PFe 额定转速和对应于试验电压值的铁心损耗，单位为千瓦（kW)； WN 额定角速度，单位为弧度每秒(rad/s）； SN 额定视在功率，单位为千伏安（kVA)

额定励磁电流IN是电机运行在额定电压、额定电流、额定功率因数和额定转速时励磁

流IN是电机运行在额定电压、额定电流、额定功率因数和额定转速时励磁绕组中白

电流。 在额定工况（见6.2)运行过程中直接测量确定额定励磁电流

CJT342-2010标准下载工况（见6.2）运行过程中直接测量确定额定励磁

用保梯图确定额定励磁电流，要用到空载饱和特性（见6.4.2）、稳态短路特性（见6.5.2）和保梯电 抗，。 以额定电枢电流向量i沿横坐标展开作为基准，用测得的功率因数角（对过励发电机取正）为 角度作出额定电压的向量u（见图18）。 由电压向量终端作一额定电枢电流时保梯电抗压降向量（，in）与电枢电流向量相垂直。通常电 区绕组电阻的压降忽略不计。如有必要，可由电压向量终端作一平行于电流向量的正序电枢绕组电阻 压降向量。

对于发电机，该向量宜如图18中所示与电枢电流向量同向，对于电动机则方向相反。 额定电压与电抗X，的电压降的向量和即为电势e。向量；从空载曲线上求得对应于此电势的励磁 电流it，并由原点与电势e，向量呈90°角作i向量。 在额定电枢电流时补偿电枢反应的励磁电流分量i，等于三相稳态短路特性上对应额定电枢电流 的励磁电流与空载饱和特性上对应额定电枢电流时的X，压降的励磁电流之间的差（见图17）。由i向 量终端与电枢电流向量平行作i向量。额定励磁电流i即等于i与i的向量和， 若从保梯图（或从ASA图和瑞典图）求取励磁电流值仅是用于估算励磁电流的额定值，那么，若保 弟电抗X,未知，对于额定频率低于100Hz的电机则可以在作图18时以aa.代替X。，其中.为转子移 除时测得的电枢电抗，α为系数，对凸极电机取1.0而隐极电机取0.6（0.65)（除非相同结构的电机有更 准确的经验数据）。若从保梯图（或从ASA图和瑞典图)求取励磁电流值是用于在零功率因数负载试 中确定励磁绕组温升，则宜从空载特性和三相稳态特性及零功率因数时对应额定电压和额定电枢电 流的励磁电流来确定保梯电抗。 转子移除试验（见6.22)是在电枢绕组端子上外施额定频率的三相电压。选择电源电压使得电枢电 流接近额定值。试验中，测量端电压U、线电流I和输入有功功率P

7.26.3ASA 图

用ASA向量图确定额定励磁电流，要用到空载饱和特性（见6.4.2）、稳态短路特性（见6.5.2）和

按7.1.1确定电势ep。从空载饱和特性确定额定电枢电压时对应气隙线的励磁电流i。由原点沿 横坐标作电流i向量。从其终端与垂直线向右呈额定功率因数角（对过励发电机取正）作在三相稳 态短路特性上对应额定电枢电流的励磁电流i（见7.1.1)向量 △i为空载饱和特性上对应电压e，（见图19)的励磁电流i和气隙线上对应同一电压e的励磁电流 fe的差，沿这些励磁电流ig、i）几何向量和的方向作△i；向量，这三个向量的和即等于额定励磁电流。 额定励磁电流也可以用公式（58）计算确定（按标幺值或物理值）：

若保梯电抗未知且ASA图仅（无零功率因数负载试验）是用来估算励磁电流额定值，则在作图 可以用a，（见7.26.2）来代替

用瑞典图确定额定励磁电流，要用到空载饱和特性（见6.4.2）、三相稳态短路特性（见6.5.2）和零功 率因数（过励）时对应额定电压和额定电枢电流的励磁电流（见6.7）。 在横坐标轴上量取三个励磁电流值（见图20）： OD为空载特性上对应额定电压的励磁电流； OB为对应零功率因数时额定电压和电枢电流的励磁电流； OC为稳态短路特性上对应额定电枢电流的励磁电流

由D点作横坐标的垂线FD，取其长度等于1.05倍OC。连接F点和B点为直线，作FB的垂直平 分线，向下与横坐标交于M点，以M点为圆心，画一圆弧通过F点和B点。 由D点作一与FD呈功率因数角Φ（对过励发电机取正)的直线，与FB弧相交于K点。OK的长 度即等于该电机的额定励磁电流。 必要时，可按下列方法计及电枢电阻压降的影响： 沿FKB圆弧量取KL，使其长度等于EP。EP为空载电压增加PG所需的励磁电流分量。PG为额 定电流下正序电枢电阻压降。则，OL的长度即等于所求的励磁电流。 当电机作为电动机运行时，正序电枢电阻压降由E向下量取，L点在K点的左侧量取。 若没有零功率因数下额定电压和电流所对应的励磁电流，则使用瑞典图时，可用下述方法确定其数 值。沿纵坐标轴将额定电枢电流下的ac。压降（见7.26.2)加在额定电枢电压上（见图17的H'点）。 由H点作一平行于横坐标轴直线，与空载特性交于H点。由此点，向横坐标轴作垂线交于D点 见图17）。D点向右，沿横坐标轴加上i向量（长度为DB）。励磁电流等于OB的长度，就是作瑞典图 时所要用到的电流

7.27额定电枢稳态短路电流对应的励磁电流

从6.5试验，如图8所示绘制短路曲线来确定额定电枢短路电流时的励磁电流

7.27.2从零功率因数过励试验确定

在额定电枢电流i下进行6.26试验，将试验点以电压对励磁电流的关系作图，见图21。绘制成一 条曲线即是零功率因数曲线的上半部分。将空载饱和曲线（见7.1.1)也绘制在同一图中。然后将零功 率因数曲线平行于空载曲线外推直至相交于横坐标轴。OD的长度即为对应额定电枢稳态短路电流时 的励磁电流ik。在零功率因数曲线上取对应额定电压的A点，横坐标轴上OB的长度等于零功率因数 过励下额定电压和额定电流时的励磁电流

图21从零功率因数过励试验确定励磁电流

频率响应特性是帕克同步电机方程的专用传递函数。这些传递函数可用于同步电机的瞬态现象的 开究，对实心转子电机尤为重要。 对于静态下的电机.传递函数可按公式（59）和公式（60）表达：

ta(p)=rra(p)·ia(p)+G(p)·ir() u,(p)=[r+p,(p)]·i,(p) · · ··

力 拉普拉斯算子； ia(p),iq(p),it(p) 电枢电流的直轴和交轴分量、励磁电流，单位为安培（A）； Ta(p)da(p) 直轴电抗因子和交轴电抗因子； G(p) 传递因子。 注：f(t)拉普拉斯变换式定义为公式(61)

应特性1/r(js)和G(js)是p=js时的复数表达

7.28.2从降低电压同步运行试验确定

然后，以求得的值对转差率作曲线从而得到在低频率时的频率响应特性。 主1：由于施加的电压低，铁心损耗忽略不计，而且得到的电抗是不饱和值 注2：求得的电抗约相当于静止时不饱和超瞬态电抗总和的一半加上零转差率时同步电抗总和的一半。 对每个转差率下的阻抗的平均值按图22作图。最好在同一图上作功率因数值对转差率的曲线

7.28.3从静态下外施可调频率电压试验确定

图22低频时的频率响应特性（示例）

分别在直轴和交轴求取每个频率下的参数。该公式对应直轴和交轴，因此下述计算中仪对一个轴。 已由记录求得某一试验频率f，下的U和I以及它们各相的差异（见6.27），则静态下的回路阻抗按公 式（65）确定：

Z star(js): U(js) I(is) • Kcon

Z star(js): UGs) •K. I (js)

Zstat（js）一一外施的各频率电压时电机沿交轴和直轴位置的稳态阻抗，单位为欧姆（Q2)； U 一外施频率为f.的电压，以转差率表示s=f/fn，单位为伏特（V)； 一 测得的电流，单位为安培（A）； Kon 基于电枢绕组连接方式的因子。若端子外施电压时第三端子开路，则Kcoa=1/2；若 两相并行连接并与第三相串接，则Km三2/3。 对于外施额定频率电压以转差率s运行的电机，其阻抗按公式（66)计算确定

Z stat(js)一同上; 一外施电压和频率时的交流电枢绕组电阻。可从频率对应于s时的移除转子试验确定， 或者按公式（67）计算：

注：转差率值为0.25及以下时，R1.~R。，其误差在5%以内。 电机的导纳可用Z(jis）值的倒数确定，按公式（68)计算

用由数据记录或其他合适的设备求得的电压和电流间的角度，对应以某一转差率运行的电机 抗和电阻的值按公式（69）和公式（70）计算：

由此试验求得的各值是不饱和参数， 电机的频率响应即为求得的每一轴的参数的转差率函数曲线 利用频率响应特性可求得同步电机的各参数（电抗、电阻和时间常数）。转差率为1时的电抗和电 阻约等于超瞬态值。电抗和电阻外推至零转差率则得到同步时的值

7.28.4从静态下电枢绕组的直流衰减试验确定

以下，谷特 ·i（t） 电枢绕组试验电流（或是试验曲线和稳态值的差值）与此电流初始值的比； ·i；（t）一衰减中的励磁绕组电流标么值； ·。 一以标么值表示的电枢绕组直轴或交轴电流的初始值； · 电枢绕组回路相电阻标么值按公式（71）确定。 r=ra+Keonr ·（71 式中： 厂 电枢绕组直流电阻标么值： 附加（外部的）电枢回路电阻标么值； Kcon一基于电枢绕组连接方式的因子。若端子外施电压时第三端子开路，则Kcon=1/2；若两相 并行连接并与第三相串接，则Kcon=2/3。 频率响应函数的实际计算，应符合附录B的规定。 应将参数Xd、X、X。和X"与用本文件给出的方法求得的各值进行核验，且频率响应特性应进行 应修正。若差异大于10%，直流衰减应重复进行，以便与 向应特性更接近一致。

从空载饱和特性和三相稳态短路特性确定短路比K。，取空载饱和曲线上对应额定电压时的励磁电 流与短路特性曲线上对应额定电流时的励磁电流之比（见图8），按公式（72)计算：

7.30额定电压调整率

7.30.2从空载饱和特性和已知的额定负载时的励磁电流来确定

7.30.2从空载饱和特性和已知的额定负载时的励磁电流来确定

从空载特性（见6.4)和按7.26求得的额定励磁电流IiN用作图法来确定额定电压调整率△UN。 直接测量法为优选方法。当被试电机进行零功率因数负载时采用作图法。当在额定工况运行过程 中采用直接测量法确定额定励磁电流时，被试电机应以其自带的自动调节系统来励磁，因为当电机用自 动系统励磁时的励磁电流可能与采用他励励磁（尤其是带静态励磁系统的电机）时的励磁电流存在 差异。

7.31同步电动机初始起动阻抗

初始起动阻抗可从电机堵转试验（见6.24）按公式（73）确定

Iav一一试验中测得的稳定状态三相线电流的平均值。 若试验是在几个降低的电压下进行的，则对每个电压计算初始起动阻抗的值，且额定电压时的值可 在Z.对所施电压的关系曲线上外推初始起动转矩至额定电压来确定。 若测得了输人功率，则初始起动电阻和电抗分别按公式（74）和公式（75）确定

.................74

附录A （规范性） 试验交叉引用

同步电机各参数及其试验方法的关系见表A.1

40294—2021/IEC60034

表 A.1 交叉引用表

表A.1交叉引用表（续）

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从试验得到的函数f(t)近似为指数函数的和。设（t)为一个短路电流函数i（t)，由初始值i 数α为特征的n个分量组成，如公式（B.1）：

函数中，αk为实数，且对应时间常数k=一1/αk 相关拉普拉斯变换如公式（B.2）：

流时间函数和该电流拉普拉斯变换如公式（B.3）

ik(p)= 1 ko p+α

i(t)=Zik(t);→i(p) 7 ki b+α

电流函数可能包含一常数分量，这种情况下α二0。拉普拉斯变换可以表达为的多项式函数

从6.14和7.1.4所述过程求得电流i（t)和i(t），且它们表现为指数函数，故，电抗和传递因子按 B.4）、公式（B.5）和公式（B.6)计算如下：

1 Da(p) (αid+p) (α2d+p)**(αnd+p) ra(p)= D'a(p) xd (α 1d + p) (α 2d +p) **(α nd +p) 1 1 D.(p) 1 (α1g+)(α2+) (α+) (p)=D%(p) a (α+)(α2+)(α+) A(p) ( +)(2 +)( +) G(p) =N D.(p) (αid+) (α2d+)" (αd+)

设p=js时，即得到频率响应特性1/a（js）、1/。(js）和G(js）。 计算特性方程D。（p）=0、D"a（）=0、D。（p）=0、D（p）=0和A（p)=0的根求得各参量。t 7.1.4利用ik。的幅值和电流衰减曲线的指数衰减因子入来确定：

—A（）=0的根——、—是公式（B.9）的根

1 kf p+入kf

+..........................

利用已知的特性方程的根的值，频率响应特性按公式（B.10）、公式（B.11)和公式（B.12)计算如下：

公式(B.15)中的N按公式(B.16)计算！

式中： 按7.28.4确定。

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以帕克方程为基础，电机可以用直、交轴分量的等值电路模型来表示。图C.1是凸极电机的模 个轴上包含一个阻尼网；此模型考虑了励磁漏磁耦合和直轴阻尼绕组。 注1:图C.1模型以电动机基准系统绘制

磁链定义见公式（C.1)：

其中各电抗分量按公式（C.2)～公式（C.6)进行计

注2：合电抗值 数凸极电机中 注3：通常，用X二0来简化电机模型，这导致转子参数计算误差较大 本文件描述的程序所求得的参量用等值电路参量表示如下： 电抗按公式（C.7）公式（C.9）进行计算，

DB52／T 1450-2019标准下载时间常数按公式（C.10)～公式（C.15)进行计算： 2

凸极电机的等值电路模

w X [w. X. Xma X md XD [i. wYp X De D [X mg Xα ..( C.1 X WTQ lio

Xa=Xmd +X。s X=Xm + X s Xp=XDr +XD =Xmd +Xre + Xl XQ=Xm +XQ VV

Xa=Xmd +X。s C.2 X=Xm + Xs ( C.3 Xp=XDr +XD =Xmd +Xre + XD XQ=Xm+XQ X.=X + X.=X.+ X.. .(C.6

(C.15)进行计算： 2

：图C.1提供的电路模型无瞬态交轴参数。此时GB 50127-2020 架空索道工程技术标准.pdf，n。=3

C.11 C.12 ...(C.13 ..( C.14 C.15