28.6.2

同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程

同步發(fā)電機(jī)的功率流程如圖所示。為自原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)的輸入的機(jī)械功率，其中一部分提供軸與軸承間的摩擦、轉(zhuǎn)動(dòng)部分與空氣的摩擦及通風(fēng)設(shè)備的損耗，總計(jì)為機(jī)械損耗，另一部分供給定子鐵心中的渦流和磁滯損耗，總計(jì)為鐵心損耗,為通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組上的電功率，稱為電磁功率

。如果是負(fù)載運(yùn)行，定子繞組中還存在定子銅耗，＝－就是發(fā)電機(jī)的輸出功率。同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為

定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計(jì)，則有

轉(zhuǎn)矩平衡方程式：

28.6.3

同步發(fā)電機(jī)的功角特性

◆為內(nèi)功率因數(shù)角，定義為功角。它表示發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì)

和端電壓之間相角差。功角對(duì)于研究同步電機(jī)的功率變化和運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要意義。

◆圖中畫出了同步電機(jī)的時(shí)空相量圖。圖中忽略了定子繞組的漏磁電勢(shì)，認(rèn)為≈+，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，對(duì)應(yīng)于電樞磁勢(shì)，所以可近似認(rèn)為端電壓由合成磁勢(shì)=+所感應(yīng)。

和之間的空間相角差即為和之間的時(shí)間相角差。

◆可見功角在時(shí)間上表示端電壓和勵(lì)磁磁勢(shì)之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間夾角。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為電網(wǎng)電壓，其大小和頻率不變，對(duì)應(yīng)的合成磁勢(shì)總是以同步速度旋轉(zhuǎn)，因此功角的大小只能由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的角速度決定。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，和之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，具有固定的值。

28.6.3.1

隱極同步發(fā)電機(jī)的功角特性

功角特性指的是電磁功率隨功角d變化的關(guān)系曲線=f(d)的。

隱極電機(jī)

最大功率與額定功率的比值定義為同步發(fā)電機(jī)的過載能力。對(duì)隱極電機(jī)來說

28.6.3.2凸極同步發(fā)電機(jī)的功角特性

凸極電機(jī)

令可以求出對(duì)應(yīng)于最大電磁功率的功角,一般來說凸極電機(jī)的在45～90之間。

28.6.4有功功率調(diào)節(jié)與靜態(tài)穩(wěn)定（以隱極電機(jī)為例，忽略飽和影響和電樞電阻，電網(wǎng)電壓頻率恒定）

28.6.4.1有功功率調(diào)節(jié)

當(dāng)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)但不輸出有功功率時(shí)，功角，，即原動(dòng)機(jī)輸入的功率與各種損耗守恒。此時(shí)電機(jī)中的電流是無功電流。

以為參考相量，無功電流滯后90度。與同相位，滯后90度

如果增加原動(dòng)機(jī)輸入功率，則，電機(jī)加速，轉(zhuǎn)子直軸磁勢(shì)超前于氣隙磁蜜。此時(shí)，且超前一個(gè)相角，當(dāng)，使，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不再加速，說明原動(dòng)機(jī)輸入的功率與電磁功率和損耗功率平衡，電機(jī)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率輸出。換句話說，要想增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，就必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率，使電機(jī)的功率角增大。但是當(dāng)時(shí)，若繼續(xù)增加輸入功率，電機(jī)將失去自身平衡狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)失步。就是說原動(dòng)機(jī)的輸入功率不能無限制的增加，電機(jī)自身存在著靜態(tài)穩(wěn)定的問題。

28.6.4.2靜態(tài)穩(wěn)定

概念：電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)偶然發(fā)生微小擾動(dòng)時(shí)，當(dāng)擾動(dòng)消失后，發(fā)電機(jī)能恢復(fù)原來的穩(wěn)定同步運(yùn)行狀態(tài)，則稱為靜態(tài)穩(wěn)定。

判斷方法：假設(shè)原動(dòng)機(jī)輸入有效功率為PT=P1-∑p，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)性質(zhì)的電磁功率為Pem，此刻出現(xiàn)一個(gè)擾動(dòng)，使輸入功率增加ΔPT，從功角曲線上可以判斷電磁功率也增加ΔPem，使得，電機(jī)將減速回到A點(diǎn)。

反之，電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致輸入的有效功率大于輸出的電磁功率，電機(jī)不能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。

后，電磁功率為負(fù)值，產(chǎn)生拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，是同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

隱極同步電機(jī)，功率角在0~90為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，90~180為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。

同步電機(jī)穩(wěn)定判據(jù)：；即功角增量大于零時(shí)，電磁功率增量也要大于零。

如果，稱為該點(diǎn)為

靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)；發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行

整步功率系數(shù)：

整步轉(zhuǎn)矩系數(shù)：

靜態(tài)過載系數(shù)：

要求kM>1.7

28.6.5

無功功率調(diào)節(jié)和V形曲線

同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)后，不但要向電網(wǎng)供給有功功率，而且還有與電網(wǎng)進(jìn)行的無功功率的交換。同步發(fā)電機(jī)要增加輸出的有功功率，必須增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率；本節(jié)將討論的是，同步發(fā)電機(jī)要調(diào)節(jié)輸出的無功功率，不需要調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，只要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。

仍然以隱極電機(jī)為例分析：

U=電網(wǎng)電壓，忽略電樞電阻，不計(jì)飽和影響，P2=constant,Pem=constant，只調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，分析定子電流的變化。

常數(shù)

常數(shù)

忽略電樞電阻有Pem=P2，即常數(shù)，即可以根據(jù)此式分析If

or

E0對(duì)I的影響。

根據(jù)隱極電機(jī)電勢(shì)方程式，畫出相量圖。

通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)無功功率得方法分以下幾種情況討論：

（1）

U與I同相位

cosφ=1,（2）

增加勵(lì)磁電流

（3）

減小勵(lì)磁電流

（4）

再減小勵(lì)磁電流

28.7

同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

28.7.1

同步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)方程式和相量圖

按照發(fā)電機(jī)慣例，同步電動(dòng)機(jī)可以看成是一臺(tái)輸出負(fù)的有功功率的發(fā)電機(jī)，其電動(dòng)勢(shì)方程與發(fā)電機(jī)的方程相同，以隱極機(jī)為例：

同步電動(dòng)機(jī)分析時(shí)采用電動(dòng)機(jī)慣例。則電流I超前端電壓U（從電網(wǎng)吸收超前的容性電流），勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E0滯后與電壓U，φ和θ角為正值，產(chǎn)生的電磁功率也為正值。電動(dòng)勢(shì)平衡方程式分別為：

根據(jù)電動(dòng)勢(shì)方程可以畫出相量圖

28.7.2

同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和有功功率調(diào)節(jié)

功角特性和功率平衡方程

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，E0滯后端電壓U的功角θ為正值，同樣有：

28.7.3

同步電動(dòng)機(jī)的無功功率的調(diào)節(jié)和V形曲線

1.正常勵(lì)磁

2.過勵(lì)磁

3.欠勵(lì)磁

與同步發(fā)電機(jī)相似,當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的輸入有功功率恒定而調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí),也有三種勵(lì)磁狀態(tài),“正常勵(lì)磁”時(shí),電動(dòng)機(jī)沒有無功功率輸出；“過勵(lì)”時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收容性無功（或發(fā)出感性無功）;“欠勵(lì)”時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無功（或發(fā)出容性無功）.也可以調(diào)節(jié)無功功率.28.7.4

同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

28.8

同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

勵(lì)磁電流：同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須在勵(lì)磁繞組中通入的直流電流

勵(lì)磁方式：指同步電機(jī)獲得直流勵(lì)磁電流的方式

勵(lì)磁系統(tǒng)：供給勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電機(jī)的一個(gè)重要組成部分。它直接影響同步電機(jī)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)同步電機(jī)的運(yùn)行特性如電壓主調(diào)整率、短路特性、過載能力等有重大影響。