功角的概念

功角的概念

◆y为内功率因数角，d=y-j定义为功角。它表示发电机的励磁电势和端电压之间相角差。功角d 对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。功角是表征同步发电机运行状态和判别电力系统稳定性的重要参量[1-4]，多年来，功角的测量得到了广泛的重视和深入的研究。已有的测量方法从原理上主要有两大类：一类是纯电气测量方法，即采集同步发电机的输出电压、电流或/和其他电气量，进而通过理论分析和计算来获得功角。该类方法最简化的情况就是基于稳态公式或相量图的解析计算法，它在系统稳态运行且发电机的参数比较精确时，能比较准确地计算出功角，而在系统暂态过程中，由于参数时变性、机组铁心饱和等的影响，方法所依赖的解析公式不能成立，导致较大的计算误差。另一类方法需要借助非电量传感器（包含光电或磁电变换）来实现测量。常见的作法是[1-4]，在转子轴上设置机械测点或测速齿轮，在转子周围安装光电、电刷或电磁装置，后者接收由前者产生的脉冲信号或其它与转子位置或速度相关的量，进而通过一定的变换来实现功角的测量（以下简称脉冲法）。脉冲法往往需要对发电机本体进行不同程度的改造，工艺复杂，而且由于采用非电量传感器，需借助于比较复杂的信号处理和误差补偿技术，以去除诸如机械加工误差、信号传输延时、轴体扭振等导致的结构性误差；而且针对个案提出的方法很难适用于别的发电机，导致实现代价较大。除了上述两大类常见方法外，还有学者研究了一些很别致的测量方法，如文[5]提出的应用多层前向神经网络的映射功能，通过仿真数据训练并进而用来测量发电机功角的方法，文[7]提出的通过分析机组端电

压的零序谐波分量来测量功角的方法，但这些方法的可靠性有待于在实际电力系统进行验证。

发电机功角是发电机内电势与发电机端电压向量的夹角。当发电机功角为0时内电势与发电机端电压重合，应该是发电机全速未与系统并列。发电机功角90度时发电机发出有功并从系统吸收无功。发电机功角特性：Pdc=m EU/Xd sin δPdc电磁功率M 相数Xd 同步电抗δ功角E电势，U机端电压当原动机增加输入功率时，发电机的电磁功率也相应增加，正常运行的发电机只增加电磁功率时，其电势不变（励磁不变）机端电压不变（并列于系统），同步电抗不变。由以上公式可以看出，只有功角变大，才满足这个特性。在物理上可以这样理解：增加原动力时，转子加速，但由于同步运行的作用，使得转子的转速不可能脱开同步转速，而又回到平衡。但此时和电枢主磁通和转子磁极中心线不再是和刚才一样的角度，而是加了一个角度，即Δδ。功角只有在0--90度间才符合这个特性。也就是SIN0-90度的值是0---1 发电机在正常运行时，功角一般在30度左右，这是因为需要一个静稳定的冗余。因为SIN30度=0.5也就是说一般发电机的静态稳定冗余为2。现代发电机因为有了较为先进的调节器，往往功角可以运行在较大的角度运行，甚至运行在功率因数为进相0.9运行，而保证不会失去静态稳定。这时候的功角大于90度.....根据以上公式大家可以进行分析。

功角可以理解为定子磁场与转子磁场之间的夹角，功角是一个角度，发电机额定正常运行功角一般在30度左右，在0～90之间功角越大发电机功率越大，但超过90度发电机外界受到扰动后就处于不稳定状态了，对于有自动调节励磁装

置的发电机由于受暂态磁阻的影响发电机的功角特性曲线发生偏移，功角可以大于90度稳定运行。

功角应该就是电动势与负载（系统）电压的夹角。

功角的测量，可以利用装于转子大轴上的霍尔传感器来感应转子磁场的角度（与定子电动势一致），以此为参照，再通过机端PT感应出的机端电压（系统电压）与参照值相比较，其相位角度差，就是功角。

功角是转子磁场与定子磁场的夹角，或者是定子电动势与负载电压的夹角；功率因数里面的相角是指电压与电流的夹角。二者不是一回事。就是说，当无功等于零时，相角肯定是0的，但功角可以在大于负90度小于正90度之间，小于零度时是调相运行状态；而有功为零时，功角肯定是0度，而相角仍可以在负90到正90度之间，大于零度时是迟相，小于零度时是进相。道理上应该是这样的。

有功负荷带得越高，汽机出力越大，功角拉得越开，越易失步，因为越过90度，就是滑极了。当然，励磁电流小了，不足以维持转子磁场，就是进相，励磁电流再小下去，使转子与定子间的电磁拉力减小，功角必然拉大，一旦越过90度，就会失步。所以，“转子磁场用于约束定子磁场的磁力线就不足.出力越大就越容易失步”是对的。