发电机功角概念辅导讲义

所示。为自原动机向发动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗,为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，

定子绕组中还存在定子铜耗，＝－就是发电机的输出功率。

磁电势和端电压之间相角差。功角

认为≈+，对应于转子磁势，对应于电枢磁势，所以可近似认为端电压由合成磁势=

+所感应。和之间的空间相角差即为和之间的时

行时，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势的角速稳定运行时，和之间无相对运动，

功角特性指的是电磁功率随功角

系曲线=f(

令可以求出对应于最大电磁功率的

功角,一般来说凸极电机的在90之间。

功角特性=f(

频率决定，恒等于同步转速，即，发电机的电磁转矩和电磁功率之间成正比关系：电磁转矩与原动机提供的动力转矩相平衡其中为空载转矩因摩擦、风阻等引起的阻力转矩）。

到范围内时，随着的增大，亦增大，同步发电机在这一区间能够稳定运行。δ >时，的增大，反而减小，电磁功率无法与输入的机械功率相平衡，发电机转速越来越大，发电机将失去同步，故在

的有功功率的极限是。当<时发电机可以稳定运行；<发电机不能稳定运行。

无功功率的调节

▴接在电网上运行的负载类型很多，多数负载除了消耗有功功率外，还要消耗电感性无功功率，如接在电网上运行的异步电机、变压器、电抗器等。所以电网除了供应有功功率外，还要供应大量滞后性的无功功率。

▴电网所供给的全部无功功率一般由并网的发电机分担。

▴电网的电压和频率不会因为一台发电机运行情况的改变而改变，即并网发电机的电压和频率将维持常数。

▴如果保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。

▴图17.11给出了有功功率不变而空载电势变化时，隐极发电机的电势相量图，和的矢端必须落在直线AB和CD上。

①如果在某一励磁电流时，正好与平行，此时无功功率为零,发电机输出的全部是有功功率，发电机正常励磁。

②如果增加励磁电流到1，则将沿直线AB右移到1，将沿直线CD下移至1，

1滞后于，发电机处于过励状态，输出功率中除了有功功率外，还有滞后性的无功功率；

③如将励磁电流减少到2，则沿BA左移到2，沿DC 上移到2，2超前于，发电机处于欠励状态，发电机输出功率中除了有功功率外，还有超前性的无功功率。

V形曲线

▴可见，通过调节励磁电流可以达到调节同步发电机无功功率的目的。当从某一欠励状态开始增加励磁电流时，发电机输出的超前的无功功率开始减少，电枢电流中的无功分量也开始减少；达到正常励磁状态时，无功功率变为零，电枢电流中的无功分量也变为零，此时；如果继续增

加励磁电流，发电机将输出滞后性的无功功率，电枢电流中的无功分量又开始增加。

▴电枢电流随励磁电流变化的关系表现为一个V形曲线。V形曲线是一簇曲线，每一条V 形曲线对应一定的有功功率。V形曲线上都有一个最低点，对应cosϕ=0 的情况。将所有的最低点连接起来，将得到与cosϕ=0对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后（见图17.12）。V形曲线可以利用图17.11所示的电势相量图及发电机参数大小来计算求得，亦可直接通过负载试验求得。

，如果改变励磁电流 电流的有效值也改变。短路特性就是指二者之间的

关系：

=f(

) 短路运行时， 和励磁电势

仅受同步电抗和绕组本身电阻的制约，组电阻时，

将滞后于

90交轴分量

=0 系。由于短路电流

=-j

/

，所以

和励磁电流

在数量也呈线性关系，短路特性就是一条通过原点枢磁势

=0 只需将

代替，将

用

设励磁电流为，每相空载电势为，如果把电枢端点短路，测得每相短路电流为，显然在略去电枢电阻时，同步电抗上的压降即为

③选取一固定的，求得对应的短路电流和对应于气隙线上的电势，则同步电抗可按下式求得

或=/

或的饱和值/

≈0.65

发电机的负载特性是指当负载电流=

与励磁电流的

可以看出，,j,处于同一

在已知空载特性(）和同步电抗(

)

在==时的零功率因数特性曲线上取出对应于

的空载电势

=(-)/

时，对应于零功率因数特性上的励磁电流=OC

段用来产生电势漏抗电势以平衡定子漏抗压降AB=，段用来产生电枢电势以

平衡电枢反应电抗压降，可见△ABC

均和电枢电流成正比。所以当一定时，△ABC

=AB/

对于一定的电枢电流

到额定电压时，将得到△A'B'C' ，并且

可得到特性三角形的作法：① 在额定电压处作一水平线交零功率因数曲线于

n=n1,=

U=f()

>90)

电枢反应的去磁作用的增强，其二是漏抗压降的增大，

<90的容性负载，电枢反应表现为增磁作用，

额定运行时的励磁电流和转速不变

发电机的端电压将由变化为空载电势

，电压变化的幅度可以用

(16-18)

,+=-j-j,

=+j+j

▵对于隐极电机来说，+=-j，其方程式可表示为=+j

① 在水平方向作出相量

角找出的方向并作出相量

③ 在的尾端，加上相量j，它超前于

④ 作出由的首端指向j尾端的相量，该相量便是

▵对于凸极电机来说，需要首先将分解为和，然后才能根据方程式作出其电势相量图。由于与

(-)，即：

上式左边的相量-(-)显然与处于同一方位，而右边的相量+可以很方便地求得，

① 在水平方位作出相量，错开角作出

② 在的尾端，加上相量，它超前于90°电角度，经过首端和尾端的直线就确定了

③ 将在正交分解为和；

即可作出。