功角特性及有功功率调节

功角特性及有功功率调节同步电机篇：第三章 同步发电机并网运行 功率平衡同步发电机的功率流程如图17.6所示。为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗 ，另一部分供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗,为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率 。如果是负载运行，定子绕组中还存在定子铜耗，就是发电机的输出功率。同步发电机的功率平衡方程式为(17-1)定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，则有 (17-2) 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。图17.7 画出了同步电机的时空相量图。图中忽略了定子绕组的漏磁电势，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间相角差 。可见功角d在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运行时，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度决定。稳定运行时，和之间无相对运动，d具有固定的值。 功角特性 功角特性指的是电磁功率随功角d变化的关系曲线=f(d)的。凸极电机 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4590之间。隐极电机 最大功率与额定功率的比值定义为同步发电机的过载能力。对隐极电机来说 有功功率的调节 功角特性=f(d)反映了同步发电机的电磁功率随着功角变化的情况。稳态运行时，同步发电机的转速由电网的频率决定，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）。可见要改变发电机输送给电网的有功功率 ，就必须改变原动机提供的动力转矩，这一改变可以通过调节水轮机的进水量或汽轮机的汽门来达到。当功角处于0到范围内时，随着d的增大，亦增大，同步发电机在这一区间能够稳定运行。 而当d 时，随着d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，故在这一区间发电机不能稳定运行。同步发电机失去同步后，必须立即减小原动机输入的机械功率，否则将使转子达到极高的转速，以致离心力过大而损坏转子。另外，失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。因此，保持同步是十分重要的。 综上所述：并联于电网的发电机所承担的有功功率可以通过调节原动机输入的机械功率来改变的。而且电机承担的有功功率的极限是。当0d时发电机可以稳定运行； d发电机不能稳定运行。 应当注意，当发电机的励磁电流不变时，d的变化也将无功功率的变化。无功功率随着有功功率的增加而减少，甚至可能导致无功