同步電機(jī)原理課程ppt課件

1、同步電機(jī)原理同步電機(jī)原理 結(jié)構(gòu)模型 同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般分為轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。 圖15.1給出了最常用的轉(zhuǎn)場式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時，將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場(也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場)。 氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有

2、重大影響。 除了轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。圖中用AX、BY、CZ三個在空間錯開120電角度分布的線圈代表三相對稱交流繞組。 工作原理 主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。 載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。 切割運(yùn)動：原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）。 交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運(yùn)動，電樞繞組中將會感應(yīng)出

3、大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。 感應(yīng)電勢 有效值：由第11章可知，每相感應(yīng)電勢的有效值為 (15.1) 感應(yīng)電勢 頻率： 感應(yīng)電勢的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對數(shù)p ，即 (15.2) 交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。 同步轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有： (15.3) 要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固

4、定值，這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速。例如2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，依次類推。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運(yùn)行，這也是同步電機(jī)名稱的由來。 運(yùn)行方式 同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應(yīng)用大型同步電動機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來，小型同步電動機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)

5、出所需的感性或者容性無功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。 同步發(fā)電機(jī)電勢方程式和相量圖 電勢方程式 負(fù)載以后，同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組中存在以下電勢： 由勵磁磁通產(chǎn)生的勵磁電勢； 由電樞反應(yīng)磁通產(chǎn)生的電樞反應(yīng)電勢； 由電樞繞組漏磁通產(chǎn)生的漏磁電勢 。由于電樞繞組的電阻很小，如果忽略電阻壓降，則每相感應(yīng)電勢總和即為發(fā)電機(jī)的端電壓，用方程式表示為(16-7) 對于凸極電機(jī)來說,+=-j-j,其方程式可表示為=+j+j (16-8) 對于隱極電機(jī)來說，+=-j，其方程式可表示為=+j (16-9) 隱極發(fā)電機(jī)電勢相量圖凸極發(fā)電機(jī)電勢相量圖 凸極發(fā)電機(jī)電勢相量圖對于凸極電機(jī)來說，需要首

6、先將分解為和，然后才能根據(jù)方程式(16-8)作出其電勢相量圖。由于與同方位，與正交，只要找出的方位，就可以方便地將分解為和。方程式(16-8)兩邊同時加上-j(-)，即： 上式左邊的相量-j(-) 顯然與處于同一方位，而右邊的相量+j 可以很方便地求得，這樣就找到了的方位。參看圖16.7b，凸極電機(jī)的相量圖可按下述步驟作出。 在水平方位作出相量，錯開j角作出 ； 在的尾端，加上相量j ，它超前于90電角度，經(jīng)過首端和j 尾端的直線就確定了 的方位，也即確定了q軸，與q軸正交的方位即為d軸； 將在正交分解為和； 根據(jù)方程式(16-8) 即可作出。 電勢相量圖很直觀地顯示了同步電機(jī)各個相量之間的數(shù)

7、值關(guān)系和相位關(guān)系，對于分析和計算同步電機(jī)的許多問題有較大的幫助作用。 對于凸極電機(jī)來說，(16-10) 而對于隱極電機(jī)來說，有 (16-11)以上兩式在分析同步電機(jī)問題經(jīng)常用到。 功角特性及有功功率調(diào)節(jié) 功率平衡 功率平衡 同步發(fā)電機(jī)的功率流程如圖17.6所示。為自原動機(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)動部分與空氣的摩擦及通風(fēng)設(shè)備的損耗，總計為機(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(17

8、-1)定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計，則有 (17-2) 功角的概念 功角的概念 y為內(nèi)功率因數(shù)角，d=y-j定義為功角。它表示發(fā)電機(jī)的勵磁電勢 和端電壓之間相角差。功角d 對于研究同步電機(jī)的功率變化和運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要意義。圖17.7 畫出了同步電機(jī)的時空相量圖。圖中忽略了定子繞組的漏磁電勢，以為+，對應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢，對應(yīng)于電樞磁勢，所以可近似認(rèn)為端電壓由合成磁勢=+所感應(yīng)。 和之間的空間相角差即為和之間的時間相角差 ?？梢姽莇在時間上表示端電壓和勵磁磁勢之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場軸線與轉(zhuǎn)子磁場軸線之間夾角。并網(wǎng)運(yùn)行時，為電網(wǎng)電壓，其大小和頻率不變，對應(yīng)的合成磁勢總是以

9、同步速度旋轉(zhuǎn)，因此功角的大小只能由轉(zhuǎn)子磁勢的角速度決定。穩(wěn)定運(yùn)行時，和之間無相對運(yùn)動，d具有固定的值。 功角特性 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。凸極電機(jī) 令可以求出對應(yīng)于最大電磁功率的功角,一般來說凸極電機(jī)的在4590之間。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。對隱極電機(jī)來說 同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行和電樞反應(yīng)分析負(fù)載后磁勢分析 空載時，同步電機(jī)中只有一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵磁磁勢 ，它在電樞繞組中感應(yīng)出三相對稱交流電勢，稱為勵磁電勢。當(dāng)電樞繞組接上三相對稱負(fù)載后，電樞繞組和負(fù)載一起構(gòu)成閉合通路，通路中流過的是三相對稱的交流電流 ，我們知道

10、，當(dāng)三相對稱電流流過三相對稱繞組時，將會形成一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢。由此可見，負(fù)載以后同步電機(jī)內(nèi)部將會產(chǎn)生又一個旋轉(zhuǎn)磁勢 -電樞旋轉(zhuǎn)磁勢。因此，同步發(fā)電機(jī)接上三相對稱負(fù)載以后，電機(jī)中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢 (稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢)外，又多了一個電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢) 。 參看異步電機(jī)篇的介紹，不難證明這兩個旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速均為同步速，而且轉(zhuǎn)向一致，二者在空間處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個合成磁勢 。 氣隙磁場可以看成是由合成磁勢在電機(jī)的氣隙中建立起來的磁場。 也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。 可見同步發(fā)電機(jī)負(fù)載以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢和磁場將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由電樞

11、磁勢的出現(xiàn)所致。 電樞反應(yīng) 電樞磁勢的存在，將使氣隙磁場的大小和位置發(fā)生變化，我們把這一現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)會對電機(jī)性能產(chǎn)生重大影響。電樞反應(yīng)的情況決定于空間相量 和之間的夾角，而這一夾角又和時間相量E0 和Ia 之間的相位差y相關(guān)連。y稱為內(nèi)功率因數(shù)角，其大小由負(fù)載的性質(zhì)決定。 時空相量圖: 1時空相量圖: 2時空相量圖: 3時空相量圖: 如圖16.4 所示的瞬間，A相繞組中感應(yīng)電勢達(dá)到最大值，此時如果y=0 ，即A相電流和同相位，則亦達(dá)到最大值。由異步電機(jī)篇的介紹可知，電樞磁勢(三相合成磁勢)的軸線在此瞬間將和A相線圈的軸線重合。 一般情況下，(時間相量)滯后或超前于(時間相量)y

12、電角度時，(空間相量)的軸線位置也滯后或超前于A 相繞組的軸線y電角度。即和在時間上的相位差等于的軸線和A相繞組軸線的空間角度差。以上結(jié)論雖然是在一個特殊的瞬間(磁極軸線和A相繞組軸線正交時)得出的，由于和同速同步旋轉(zhuǎn)，故在負(fù)載一定的情況下，和的空間相位差等于90+y 電角度。 為了分析方便，人們常將時間相量,U 和空間相量,畫一起構(gòu)成所謂的時空相量圖(見圖16.4)。在時空相量圖中和Ff (處于磁極軸線方向，稱為直軸，用d表示)重合， 滯后于 90電角度 (處于相鄰一對磁極的中性線位置，稱為交軸，用q 表示)，和 之間的相位差y由負(fù)載性質(zhì)決定，和重合。 利用時空相量圖(圖16.5) ，可以方

13、便地分析不同負(fù)載情況時同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的情況。 y=0或者180度 時和Ff之間的夾角為90度或者270度 ，即二者正交，轉(zhuǎn)子磁勢作用在直軸上，而電樞磁勢作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。這種作用在交軸上的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)，簡稱交磁作用 。y=90 此時與之間的夾角為180度 ，即二者反相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相反，電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ抛饔?，合成磁勢的幅值減小，這一電樞反應(yīng)稱為直軸去磁電樞反應(yīng)。 y=-90 此時與之間的夾角為0 ，即二者同相，轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上，方向相同，電樞反應(yīng)為純增磁作用，合成磁

14、勢的幅值加大，這一電樞反應(yīng)稱為直軸增磁電樞反應(yīng)。 同步電抗和電樞反應(yīng)電抗同步電抗和電樞反應(yīng)電抗同步電抗和電樞反應(yīng)電抗同步電抗和電樞反應(yīng)電抗當(dāng)三相對稱電樞電流流過電樞繞組時，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢，將在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生跨過氣隙的電樞反應(yīng)磁通和不通過氣隙的漏磁通，和將分別在電樞各相繞組中感應(yīng)出電樞反應(yīng)電勢 和漏磁電勢。與電樞電流的大小成正比(不計飽和)，比例常數(shù)稱為電樞反應(yīng)電抗?？紤]到相位關(guān)系后，每相電樞反應(yīng)電勢為： （16-3)電樞反應(yīng)電抗的大小和電樞反應(yīng)磁通所經(jīng)過磁路的磁阻成反比，磁阻與電樞磁勢軸線的位置有關(guān)。對于凸極電機(jī)而言，當(dāng)和重合時，經(jīng)過直軸氣隙和鐵心而閉合這條磁路稱為直軸磁路），如圖16.6

15、a 所示。此時由于直軸磁路中的氣隙較短，磁阻較小，所以電樞反應(yīng)電抗就較大。當(dāng)和正交時，即和磁極的軸線垂直時， 經(jīng)過交軸氣隙和鐵心而閉合這條磁路稱為交軸磁路），如圖16.6b所示。此時由于交軸磁路中的氣隙較長，磁阻較大，所以電樞反應(yīng)電抗就較小。一般情況下，和之間的夾角由負(fù)載的性質(zhì)決定，為 90+y，的流通路徑介于直軸磁路和交軸磁路之間，電樞反應(yīng)電抗的大小也就介于最大和最小之間。 由于和之間的夾角受制于內(nèi)功率因數(shù)角(即負(fù)載的性質(zhì))，不同負(fù)載時，和之間的夾角不同，對應(yīng)的也就不同，這給分析問題帶來了諸多不便。為了解決這一問題，人們采用了正交分解法和疊加原理，將看成是其直軸分量和交軸分量的疊加，并認(rèn)為單

16、獨(dú)激勵直軸電樞反應(yīng)磁通 ，其流通路徑為直軸磁路，對應(yīng)有一個固定的直軸電樞反應(yīng)電抗 ,并在定子每相繞組中產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)電勢 ；單獨(dú)激勵交軸電樞反應(yīng)磁通 ，其流通路徑為交軸磁路，對應(yīng)有一個固定的交軸電樞反應(yīng)電抗，并在電樞每相繞組中產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)電勢。電樞繞組總的電樞反應(yīng)電勢可以寫為 (16-4)考慮到漏磁通引起的漏抗電勢=-j(為電樞繞組的漏電抗)后，電樞繞組中由電樞電流引起的總的感應(yīng)電勢為 (16-5)其中=+定義為直軸同步電抗，=Xaq+定義為交軸同步電抗。 對于隱極電機(jī)來說，由于電樞為圓柱體，忽略轉(zhuǎn)子齒槽分布所引起的氣隙些微不均勻后，可以認(rèn)為隱極電機(jī)直軸磁路和交軸磁路的磁阻相等，直軸和交

17、軸電樞反應(yīng)電抗相等，即= ，結(jié)合=+，并代入式(16-5)可得 (16-6)式中,定義為隱極電機(jī)的同步電抗。 由定義可知，同步電抗包括兩部分：電樞繞組的漏電抗和電樞反應(yīng)電抗。在實(shí)用上，常將二者作為一個整體參數(shù)來處理，這樣便于分析和測量。 同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行分析同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行分析空載氣隙磁場 對于凸極發(fā)電機(jī)來說，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個電樞圓周分布不均勻，極面下氣隙較小，而極間氣隙較大，極面下的磁阻較小，而極間磁阻很大，而且在同一個極面下，在一個極的范圍內(nèi)氣隙徑向磁通密度的分布近似于平頂?shù)拿毙?。極靴以外的氣隙磁通密度減少很快，相鄰兩極中線上的磁通密度為零。氣隙磁密可以用付立葉諧波分析的方法分

18、解出空間基波和一系列諧波。圖16.1a中畫出了基波波形 。通常將極靴的極弧半徑做成小于定子的內(nèi)圓半徑，而且兩圓弧的圓心不重合(稱為偏心氣隙)，從而形成極弧中心處的氣隙最小，沿極弧中心線兩側(cè)方向氣隙逐漸增大，這樣可以使得氣隙磁通密度的分布較接近正弦波形。 隱極電機(jī)的勵磁繞組嵌埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，沿轉(zhuǎn)子圓周氣隙可視為是均勻的。勵磁磁勢在空間的分布為一個階梯形，受齒槽的影響,氣隙磁密呈現(xiàn)出波動變化。用諧波分析法可求出其基波分量，如圖16.1 (b)所示。合理地選擇大齒的寬度可以使氣隙磁密的分布接近正弦波。在本書以后的分析中，如無特殊說明，僅考慮磁通密度的基波分量。 感應(yīng)電勢的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀

19、及幅值大小緊密相關(guān)，在設(shè)計和制造電機(jī)時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧垣@得盡可能接近正弦分布的氣隙磁密，從而得到品質(zhì)較高的感應(yīng)電勢。在本課程以后的分析中，我們僅考慮感應(yīng)電勢的基波分量。 空載特性 當(dāng)空載運(yùn)行時,勵磁電勢隨勵磁電流變化的關(guān)系 稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。勵磁電勢的大小 (有效值) 與轉(zhuǎn)子每極磁通成正比，而勵磁電流的大小又和作用于同步電機(jī)磁路上的勵磁磁勢 正比例變化，所以空載特性與電機(jī)磁路的磁化曲線具有類似的變化規(guī)律。如圖16.2 所示。 由圖可見，當(dāng)勵磁電流較小時，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒有飽和，空載特性呈直線將其延長后的射線稱為氣隙線）。隨著勵磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進(jìn)入飽

20、和段。為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計在空載特性的彎曲處，如圖中的c點(diǎn)。 空載特性可以通過計算或試驗(yàn)得到。試驗(yàn)測定的方法與直流發(fā)電機(jī)類似。同步電機(jī)的空載特性也常用標(biāo)么值表示，空載電勢以額定電壓為基值，取 時的勵磁電流 (稱為額定勵磁電流)為勵磁電流的基值。用標(biāo)么值表示的空載特性具有典型性，不論電機(jī)容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近。 空載特性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用： 將設(shè)計好的電機(jī)的空載特性與表16-1中的數(shù)據(jù)相比較，如果兩者接近，說明電機(jī)設(shè)計合理，反之，則說明該電機(jī)的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用?？蛰d特性結(jié)合短路特性(在后面介紹 )可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。發(fā)電

21、廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。 負(fù)載后磁勢分析負(fù)載后磁勢分析 y=0或者180度負(fù)載后磁勢分析y=90負(fù)載后磁勢分析y=90 有功功率的調(diào)節(jié) 功角特性=f(d)反映了同步發(fā)電機(jī)的電磁功率隨著功角變化的情況。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)的頻率決定，恒等于同步轉(zhuǎn)速，即，發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 和電磁功率之間成正比關(guān)系： 電磁轉(zhuǎn)矩與原動機(jī)提供的動力轉(zhuǎn)矩相平衡其中為空載轉(zhuǎn)矩因摩擦、風(fēng)阻等引起的阻力轉(zhuǎn)矩）。可見要改變發(fā)電機(jī)輸送給電網(wǎng)的有功功率 ，就必須改變原動機(jī)提供的動力轉(zhuǎn)矩，這一改變可以通過調(diào)節(jié)水輪機(jī)的進(jìn)水量或汽輪機(jī)的汽門來達(dá)到。當(dāng)功角處于0到范圍內(nèi)時，隨著d的增大，亦增

22、大，同步發(fā)電機(jī)在這一區(qū)間能夠穩(wěn)定運(yùn)行。 而當(dāng)d 時，隨著d的增大，反而減小，電磁功率無法與輸入的機(jī)械功率相平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來越大，發(fā)電機(jī)將失去同步，故在這一區(qū)間發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)失去同步后，必須立即減小原動機(jī)輸入的機(jī)械功率，否則將使轉(zhuǎn)子達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，以致離心力過大而損壞轉(zhuǎn)子。另外，失步后，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率不一致，定子繞組中將出現(xiàn)一個很大的電流而燒壞定子繞組。因此，保持同步是十分重要的。 綜上所述：并聯(lián)于電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有功功率可以通過調(diào)節(jié)原動機(jī)輸入的機(jī)械功率來改變的。而且電機(jī)承擔(dān)的有功功率的極限是。當(dāng)0d時發(fā)電機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行； d發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。 應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)發(fā)電

23、機(jī)的勵磁電流不變時，d的變化也將無功功率的變化。無功功率隨著有功功率的增加而減少，甚至可能導(dǎo)致無功功率改變符號，這是應(yīng)當(dāng)避免的。因此如果只要求改變發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有功功率時，應(yīng)該在調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率的同時適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率。 無功功率的調(diào)節(jié) 無功功率的調(diào)節(jié)接在電網(wǎng)上運(yùn)行的負(fù)載類型很多，多數(shù)負(fù)載除了消耗有功功率外，還要消耗電感性無功功率，如接在電網(wǎng)上運(yùn)行的異步電機(jī)、變壓器、電抗器等。所以電網(wǎng)除了供應(yīng)有功功率外，還要供應(yīng)大量滯后性的無功功率。 電網(wǎng)所供給的全部無功功率一般由并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)分擔(dān)。 電網(wǎng)的電壓和頻率不會因?yàn)橐慌_發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況的改變而改變，即并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電壓和頻率將維持常數(shù)。 如果保持

24、原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩不變(即不調(diào)節(jié)原動機(jī)的汽門、油門或水門)，那么發(fā)電機(jī)輸出的有功功率亦將保持不變。圖17.11給出了有功功率不變而空載電勢變化時，隱極發(fā)電機(jī)的電勢相量圖，和的矢端必須落在直線AB和CD上。如果在某一勵磁電流時，正好與平行，此時無功功率為零,發(fā)電機(jī)輸出的全部是有功功率，發(fā)電機(jī)正常勵磁。 如果增加勵磁電流到1，則將沿直線AB右移到1 ，將沿直線CD下移至1 ，1滯后于，發(fā)電機(jī)處于過勵狀態(tài)，輸出功率中除了有功功率外，還有滯后性的無功功率；如將勵磁電流減少到2，則沿BA左移到2 ，沿DC 上移到2，2超前于，發(fā)電機(jī)處于欠勵狀態(tài)，發(fā)電機(jī)輸出功率中除了有功功率外，還有超前性的無功功率。V形曲

25、線 可見，通過調(diào)節(jié)勵磁電流可以達(dá)到調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)無功功率的目的。當(dāng)從某一欠勵狀態(tài)開始增加勵磁電流時，發(fā)電機(jī)輸出的超前的無功功率開始減少，電樞電流中的無功分量也開始減少；達(dá)到正常勵磁狀態(tài)時，無功功率變?yōu)榱?，電樞電流中的無功分量也變?yōu)榱?，此時 ；如果繼續(xù)增加勵磁電流，發(fā)電機(jī)將輸出滯后性的無功功率，電樞電流中的無功分量又開始增加。 電樞電流隨勵磁電流變化的關(guān)系表現(xiàn)為一個V形曲線。V形曲線是一簇曲線，每一條V形曲線對應(yīng)一定的有功功率。V形曲線上都有一個最低點(diǎn)，對應(yīng)cosj=0 的情況。將所有的最低點(diǎn)連接起來，將得到與cosj=0對應(yīng)的曲線，該線左邊為欠勵狀態(tài)，功率因數(shù)超前，右邊為過勵狀態(tài)，功率因數(shù)滯后見圖17.12）。V形曲線可以利用圖17.11所示的電勢相量圖及發(fā)電機(jī)參數(shù)大小來計算求得，亦可直接通過負(fù)載試驗(yàn)求得。 同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行 同步