《電機原理與維修》課件第9章

第9章同步發(fā)電機的并列運行9.1同步發(fā)電機并列運行的條件和方法9.2功角特性及有功功率的調(diào)節(jié)9.3無功功率的調(diào)節(jié)及V形曲線9.4調(diào)相運行及調(diào)相機習題9.1同步發(fā)電機并列運行的條件和方法9.1.1并列運行的條件同步發(fā)電機投入到電網(wǎng)并列運行時，為了避免在電網(wǎng)和發(fā)電機所組成的回路中產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊電流，防止同步發(fā)電機受到損壞，電力系統(tǒng)受到嚴重干擾，應滿足以下條件：

(1)發(fā)電機電壓的有效值與電網(wǎng)電壓的有效值相等。

(2)發(fā)電機電壓的頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相等，且相位相同。

(3)發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序一致。

(4)發(fā)電機的電壓波形應與電網(wǎng)電壓波形相同，均為正弦波。在上述條件中，第(1)條和第(2)條需在并網(wǎng)操作時加以滿足即可。第(3)條一般在安裝發(fā)電機時，根據(jù)發(fā)電機規(guī)定的轉(zhuǎn)向，確定發(fā)電機的相序，可得到滿足。第(4)條在制造發(fā)電機時也能得到滿足。下面討論上述條件之一得不到不滿足，將會發(fā)生什么情況。如果第(1)條得不到滿足，如圖9-1所示，則待并入的發(fā)電機與電網(wǎng)之間存在著電位差。并列合閘時(開關(guān)S閉合)，在發(fā)電機和電網(wǎng)構(gòu)成的回路中，其阻抗屬于暫態(tài)過程的阻抗，數(shù)值很小，所以，回路中必然會出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊電流，因此在并列時，電壓的有效值必須相等。圖9-1電網(wǎng)和發(fā)電機所組成的回路圖9-2頻率不等時的差額電壓ΔU如果第(2)條得不到滿足，如圖9-2所示，圖中、分別表示電網(wǎng)電壓和發(fā)電機電壓的相量。由于電壓的有效值相等，因此兩根相量長度相等，但因頻率不等，則電網(wǎng)和發(fā)電機的電壓相量各以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，于是相量之間將有相對運動。此時發(fā)電機和電網(wǎng)之間會出現(xiàn)一個大小和相位均不斷變化的電位差。并列合閘時，將在電網(wǎng)和發(fā)電機內(nèi)產(chǎn)生一個大小和相位不斷變化的環(huán)流，嚴重時此環(huán)流值很大，將導致發(fā)電機受損。故并列時頻率必須相等。如果與相位不同，同樣在發(fā)電機與電網(wǎng)之間形成一個電壓差，并列合閘時，在發(fā)電機與電網(wǎng)組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流，嚴重時此環(huán)流值很大。故并列時相位必須相同。并列運行的優(yōu)越性是：

(1)便于發(fā)電機的輪流檢修。多個發(fā)電廠并聯(lián)供電可以減少每個發(fā)電廠的備用容量。

(2)便于充分合理地利用不同動力資源，提高經(jīng)濟運行效率。

(3)便于提高供電的質(zhì)量和可靠性。9.1.2準同步并列法

1.燈光熄滅法用三組燈在電網(wǎng)和發(fā)電機的同一相之間相接，如圖9-3(a)所示。當發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序相同(發(fā)電機的相序和轉(zhuǎn)向在出廠前已標定，按規(guī)定連接即可)，且已將發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)到和電網(wǎng)電壓相等，此時若它們的頻率還有差別時，則發(fā)電機和電網(wǎng)這兩組相量之間就有相對運動，存在電壓差，加在三個燈上的電壓忽大忽小，三個燈同時忽亮忽暗。其相量圖如圖9-4(a)所示。由于燈的閃爍頻率與發(fā)電機和電網(wǎng)的頻差有關(guān)，因此通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使三個燈的閃爍頻率變化很慢，直至全部熄滅，說明發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓頻率相等且同相位，并列條件已滿足，應抓住時機迅速合閘，同步發(fā)電機就并入了電網(wǎng)。圖9-3三相同步發(fā)電機準同步法圖9-4同步指示燈相量圖

2.燈光旋轉(zhuǎn)法如圖9-3(b)所示是燈光旋轉(zhuǎn)法并網(wǎng)的接線圖。如果電壓相等而頻率還有差異，三個燈將會出現(xiàn)交替亮暗的現(xiàn)象，其相量圖如圖9-4(b)所示。當發(fā)電機的電壓頻率f大于電網(wǎng)的電壓頻率f1時，燈的熄滅會按燈1、燈2、燈3及燈1的順序逆時針方向依次熄滅。頻率f與f1相差越大，燈光依次熄滅的速率越快。通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使f與f1接近，燈光旋轉(zhuǎn)的速率也就變慢。當幾乎不再旋轉(zhuǎn)時，直接跨開關(guān)的燈1熄滅，而燈2和燈3明亮，這時迅速合閘，發(fā)電機就并入了電網(wǎng)。在實際應用當中，由于燈光旋轉(zhuǎn)法能判斷發(fā)電機頻率比電網(wǎng)頻率高還是低，因此更有實用價值。以上兩種并列方法適用于小型發(fā)電廠或自成系統(tǒng)的小電力系統(tǒng)中。

3.同步表法同步表的外形圖和同步表法的原理接線圖如圖9-5所示。電網(wǎng)電壓和待并發(fā)電機的電壓分別由電壓表V1和V2監(jiān)視，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，可達到調(diào)節(jié)電壓的目的，使發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓相同。電網(wǎng)的頻率和待并發(fā)電機的頻率分別由頻率表F1和F2監(jiān)視，調(diào)節(jié)發(fā)電機的原動機轉(zhuǎn)速，可達到調(diào)節(jié)其頻率的目的，使發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)的頻率基本接近。準同步并列前二個條件都可由同步表監(jiān)視。同步表的指針向“快”的方向旋轉(zhuǎn)時，待并發(fā)電機的頻率高于電網(wǎng)頻率，此時應減小原動機轉(zhuǎn)速，反之亦然。圖9-5同步表法原理接線圖和同步表外形(a)同步表法的原理接線圖；(b)同步表外形并列操作時，調(diào)節(jié)待并發(fā)電機的勵磁電流和轉(zhuǎn)速，使電壓表V1和V2，頻率表F1和F2的讀數(shù)分別相同，同步表的指針旋轉(zhuǎn)緩慢，當同步表的指針接近紅線時(快與慢間的刻度線為紅色)，表示并列條件已滿足，此時應迅速合閘(S閉合)，完成并列操作。在這一操作過程中，各個量的調(diào)節(jié)及并列合閘，可由運行人員手動來完成，稱為手動準同步。也可由一套自動準同步裝置來完成，則稱為自動準同步。這里不一一敘述了。準同步的主要優(yōu)點是并列投入瞬間可完成，發(fā)電機和電網(wǎng)間的沖擊電流很??；缺點是操作手續(xù)比較復雜。9.1.3自同步并列法上述準同步并列法要求對每一相并列條件進行檢查，花費時間較多，對技術(shù)要求較高。在電網(wǎng)事故狀態(tài)下，用準同步并列法就相當困難。自同步并列法是一種較為簡便的并網(wǎng)操作方法。過程是先由原動機將發(fā)電機拖動到接近同步轉(zhuǎn)速，在發(fā)電機與電網(wǎng)相序一致的條件下，將發(fā)電機并入電網(wǎng)，立即加上勵磁，依靠定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場的相互作用將轉(zhuǎn)子拉入同步，發(fā)電機并入電網(wǎng)便告完成。9.2功角特性及有功功率的調(diào)節(jié)9.2.1有功功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡

1.有功功率平衡同步發(fā)電機是將由原動機輸入的機械功率P1，通過電磁感應作用，轉(zhuǎn)換為輸出的電功率P2。從原動機轉(zhuǎn)子到發(fā)電機軸上的機械功率P1，一部分消耗于發(fā)電機的機械損耗pΩ、定子上的鐵芯損耗pFe和勵磁損耗pCuf。剩余的功率通過電磁感應作用，轉(zhuǎn)換為定子上的電磁功率Pm，即

Pm=P1-(pΩ+pFe+pCuf)=P1-P0

P1=Pm+P0

(9-1)式中:P0=pΩ+pFe+pCuf為空載損耗，空載運行時就已存在。

Pm是定子繞組中所產(chǎn)生的全部電磁功率，從其中減去定子銅耗pCu以后，便是同步發(fā)電機輸出的電功率P2。P2=Pm-pCu

(9-2)對于一般的發(fā)電機來說，定子銅耗很小，通常pCu＜1％pN，為分析簡便起見，可略去定子銅耗pCu,則從式(9-2)可得，電磁功率Pm就等于輸出的電功率P2，即Pm≈P2=mUIacosφ

(9-3)

2.轉(zhuǎn)矩平衡功率和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為P=TΩ，其中Ω是發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械角速度。將式(9-1)兩邊同除以Ω，即得發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系式為T1=Tm+T0

(9-4)式中:為發(fā)電機軸上轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)矩；為發(fā)電機空載轉(zhuǎn)矩；為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩。9.2.2功角特性功角特性是指同步發(fā)電機并網(wǎng)后對稱穩(wěn)態(tài)運行時，發(fā)電機發(fā)出的電磁功率與功率角之間的關(guān)系。所謂功率角,是指勵磁電動勢E0和發(fā)電機端電壓U(即電網(wǎng)電壓)這兩個相量之間的夾角θ。

1.隱極同步發(fā)電機的功角特性隱極同步發(fā)電機的相量圖如圖9-6(a)所示，由圖可得：ψ=θ+φ

(9-5)由式(9-4)和式(9-5)得

Pm=mUIacosφ=mUIacos(ψ-θ) =mUIacosψcosθ+mUIasinψsinθ

(9-6)圖9-6隱極同步發(fā)電機的相量圖和功角特性曲線從隱極同步發(fā)電機的相量圖(如圖9-6所示)可得

Usinθ=Iaxscosψ

E0-Ucosθ=Iaxssinψ

則有

(9-7)

將式(9-7)代入式(9-6)得

(9-8)上式表明：在同步發(fā)電機并網(wǎng)運行時，當端電壓U和勵磁電流If一定時，電磁功率Pm的大小與功率角的正弦成正比，且電磁功率Pm隨功角θ作正弦變化，如圖9-6(b)所示。當θ=90°時，功率達到最大值，即

(9-9)式(9-9)表明最大電磁功率正比于E0，反比于同步電抗xs。從功角特性式(9-8)可以決定電磁轉(zhuǎn)矩與功角間的關(guān)系。因為同步發(fā)電機總是運行在同步轉(zhuǎn)速下，具有不變的機械角速度Ω1，因此電磁轉(zhuǎn)矩為

(9-10)式中：Pm的單位是W；，單位是rad/s；T的單位是N·m。

2.凸極同步發(fā)電機的功角特性與隱極同步發(fā)電機功角特性推導方法一樣，也可得到凸極同步發(fā)電機的電磁功率方程，即

P=mUIacosφ=mUIacos(ψ-θ) =mUIacosψcosθ+mUIasinψsinθ

=mUIqcosθ+mUIdsinθ

(9-11)由于同步發(fā)電機電樞電阻和同步電抗相比可以略去不計，因此凸極同步發(fā)電機簡化相量圖如圖9-7所示。由圖可以看出：

Iqxq=Usinθ

Idxd=E0-Ucosθ圖9-7凸極同步發(fā)電機的相量圖從而可以得到

(9-12)將式(9-12)代入式(9-11)，得

(9-13)式中:為基本電磁功率；為附加電磁功率。圖9-8所示為凸極同步發(fā)電機的功角特性曲線，它不再按正弦變化。由于的存在，使最大電磁功率值增大，而出現(xiàn)最大電磁功率時的功角θ變小。同樣，當E0、U為常數(shù)時，電磁功率的大小只取決于功角θ，其值在45°～90°之間。由式(9-13)可以看出附加電磁功率與E0大小無關(guān)，只和電網(wǎng)電壓有關(guān)。即只要定子繞組上加有電壓，即使是轉(zhuǎn)子繞組不加勵磁電流(E0為零)，只要一出現(xiàn)功角θ，就會有附加電磁功率。其次，附加電磁功率的大小正比于，這是因為直軸與交軸磁阻不相等而引起的一項電磁功率，又稱磁阻功率。對于隱極同步發(fā)電機，xd=xq=xs，所以,。圖9-8凸極同步發(fā)電機的功角特性曲線凸極同步發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩與隱極同步發(fā)電機的推導方法一樣，在具有不變的角速度Ω1下，轉(zhuǎn)矩和功率成正比，于是有

(9-14)式中:T′為基本電磁轉(zhuǎn)矩；T″為附加電磁轉(zhuǎn)矩，又稱磁阻轉(zhuǎn)矩。下面以隱極同步發(fā)電機為例來分析功角特性。當發(fā)電機與電網(wǎng)并列運行時，電網(wǎng)的電壓是恒定的；若發(fā)電機的勵磁電流不變，則空載電動勢也是不變的。因此其電磁功率(即發(fā)出的有功功率)是功角θ的正弦函數(shù)。當功角0~90°時，電磁功率隨θ的增大而增大；當功角90°時，電磁功率最大，稱為功率極限值；當功角90°~180°時，電磁功率隨θ的增大而減??；當功角180°時，電磁功率為零；功角大于180°時，電磁功率為負值，說明發(fā)電機不向電網(wǎng)輸出有功功率，反而向電網(wǎng)吸收有功功率，即發(fā)電機狀態(tài)變?yōu)殡妱訖C狀態(tài)。由此可以看出，功角θ是發(fā)電機并列運行的一個重要物理量，它具有雙重的物理意義：一個是電動勢和端電壓兩個時間相量間的夾角；另一個是勵磁電動勢和氣隙合成磁動勢兩個空間相量之間的夾角。由于轉(zhuǎn)子主磁通對應于，氣隙合成磁通對應于。超前于90°，端電壓與氣隙合成磁動勢相對應，同樣超前90°，如圖9-9(a)所示。夾角θ的存在使轉(zhuǎn)子磁極和定子合成等效磁極間的通過氣隙的磁力線被扭斜了，產(chǎn)生了磁拉力，這些磁力線像皮筋一樣，有彈性地將轉(zhuǎn)子磁極和定子磁極聯(lián)系在一起，如圖9-9(b)所示。在勵磁電流不變時，功角θ越大，則磁拉力愈大，相應的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩也愈大。圖9-9功角的物理意義示意圖(a)相量圖；(b)功角的空間示意圖綜上所述，功角θ是研究同步發(fā)電機并聯(lián)運行的一個重要參數(shù)，它不僅決定并聯(lián)運行時的輸出功率，而且說明轉(zhuǎn)子運動的空間位置，通過它把同步發(fā)電機的電磁變化關(guān)系和機械運動狀態(tài)緊密地聯(lián)系起來。轉(zhuǎn)子空間位置的變化，將會引起發(fā)電機有功功率的變化，反過來，轉(zhuǎn)子空間位置又要受到電磁過程的制約。9.2.3有功功率的調(diào)節(jié)要使同步發(fā)電機發(fā)出有功功率，必須使E0和U形成一定的功率角θ。如果要增大同步發(fā)電機的輸出有功功率，從功率平衡的角度看，只有增加原動機的輸入功率，則輸入到發(fā)電機的機械功率也同時增加，就會使發(fā)電機的轉(zhuǎn)子加速。當轉(zhuǎn)子得到暫時加速后，就會造成轉(zhuǎn)子磁極軸線與氣隙合成磁場軸線之間的夾角θ逐漸增大。隨著功率角θ的增加，新的電磁功率Pm和與之相應的制動性質(zhì)的新電磁轉(zhuǎn)矩T就產(chǎn)生了。達到新的轉(zhuǎn)矩平衡時，轉(zhuǎn)子不再加速。此時發(fā)電機的功率角θ較前增大?？梢姡龃笸桨l(fā)電機的輸出有功功率，就得增大發(fā)電機的功率角θ

，即必須增加來自原動機的輸入功率。當然，我們不可能無限制地增加原動機的輸入功率以增大發(fā)電機的輸出功率。這是因為受到發(fā)電機輸出功率極限值Pm

max的限制。輸出功率如果超過它，轉(zhuǎn)矩就無法建立新的平衡，這使得發(fā)電機的轉(zhuǎn)速連續(xù)上升直至失步。9.2.4靜態(tài)穩(wěn)定在電網(wǎng)或原動機方面偶然發(fā)生一些微小的擾動時，在擾動的原因消失后，發(fā)電機能否回到原先的狀態(tài)繼續(xù)同步運行，這個問題稱為同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定問題。它與功率角θ有密切的關(guān)系，下面就這個問題進行分析說明。如圖9-10所示，設發(fā)電機的輸入機械功率為P1，發(fā)電機產(chǎn)生的電磁功率為Pm，此時發(fā)電機穩(wěn)定運行于A點，功角為θ。由于某種原因，發(fā)電機的輸入功率增加了ΔPm，則在擾動出現(xiàn)的瞬間，因為輸入功率增大，功率角也從θ逐步增大到θ+Δθ，相應電磁功率也將增大到P1+ΔPm(如圖中A′)。當擾動消失后，即ΔPm變?yōu)榱?，這時具有制動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩便大于對應于P1的轉(zhuǎn)矩T1，由于轉(zhuǎn)子立即減速回到A點穩(wěn)定運行，因此功率角也回到原先的數(shù)值，所以A是穩(wěn)定的。圖9-10同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定分析反之，若發(fā)電機工作在B點，則當輸入功率增加ΔPm時，功率角也要增大Δθ，但由于B點的功率角處在90°～180°范圍內(nèi)，此時電磁功率反而減少ΔPm，因此對應的制動轉(zhuǎn)矩也會減少ΔT。此時，轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速,當擾動消失后，發(fā)電機的輸入功率仍將大于發(fā)出的電磁功率，功率角θ繼續(xù)增大。隨著θ角的增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加速上升，此時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速已遠遠高于同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子將失去同步，此時定子繞組中的感應電勢的頻率f將大于電網(wǎng)頻率f1。依據(jù)同步發(fā)電機并列運行條件可知，這是不允許的，裝在電網(wǎng)與發(fā)電機間的保護開關(guān)立即斷開，將發(fā)電機從電網(wǎng)上拉開。所以B點是不穩(wěn)定點。綜上所述，發(fā)電機是否穩(wěn)定取決于外界的擾動,使得發(fā)電機的功率角發(fā)生變動時，電磁功率的增量是大于、等于還是小于零。若

(9-15)則功率角增大時，電磁功率和相應的制動電磁轉(zhuǎn)矩也將增大，因此一旦擾動消失，功率角就將回到擾動前的數(shù)值，此時電機就是穩(wěn)定的。若

(9-16)則功率角增大時，電磁功率和相應的制動電磁轉(zhuǎn)矩反而減小，因此發(fā)電機的功率角將更加偏離原先的數(shù)值。此時發(fā)電機就不能穩(wěn)定，在

(9-17)處，發(fā)電機保持同步的能力為零，該點就是靜態(tài)穩(wěn)定極限。9.3無功功率的調(diào)節(jié)及V形曲線9.3.1無功功率及特性無功功率是指發(fā)電機與負載之間進行能量互換的這部分功率。發(fā)電機所發(fā)出的電功率并不是全部被負載所消耗掉，由于負載大多為感性負載(純感性負載并不消耗電能)，它只儲存或釋放電能，這部分電能就是無功功率。發(fā)電機在向電網(wǎng)輸送電能時，除有功功率外，還包含了無功功率，這樣使得發(fā)電機的容量沒有得到充分利用。無功功率的計算公式為Q=I2x=UIsinθ

(9-18)若θ＞0,即Q＞0，表明是感性無功功率，電路電流滯后電源電壓；若θ＜0,即Q＜0，表明是容性無功功率，電路電流超前電源電壓。9.3.2無功功率的調(diào)節(jié)同步發(fā)電機并入大電網(wǎng)運行時,因電網(wǎng)的負載中包含有功功率和無功功率,所以,發(fā)電機既向電網(wǎng)發(fā)出有功功率,還向電網(wǎng)發(fā)出無功功率。為簡便起見,在調(diào)節(jié)無功功率時,假設同步發(fā)電機的輸入功率不變,則有發(fā)電機的電磁功率和輸出功率亦保持不變。

(9-19)

調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，E0將隨之變化。由上式可知，電動勢相量的軌跡在水平線上，電流相量的軌跡在垂直線上(如圖9-11所示)。圖9-11在不同勵磁下與大電網(wǎng)并聯(lián)時發(fā)電機的負載相量圖當cosφ=1時，發(fā)電機的感應電動勢為E0，發(fā)電機輸出電壓與輸出電流同相。發(fā)電機向電網(wǎng)輸出的全部是有功功率，無功功率為零。此時勵磁稱為正常勵磁。當增加勵磁電流時，即在過勵磁情況下，發(fā)電機的感應電動勢將由變?yōu)?E01>E0，其端點仍在水平線上，相應地，電樞電流由變?yōu)?，此電流包含了一個滯后的無功分量，即發(fā)電機輸出一個感性無功功率。這是因為在過勵磁時，主磁極磁動勢增大，為保證氣隙中磁場不變，電樞反應的去磁分量必然要增大，也就是φ角要增大，電流變成滯后。當減少勵磁電流時，即在欠勵磁情況下，發(fā)電機的感應電動勢將由變?yōu)椋姌须娏饔勺優(yōu)?，此電流除包含有功分量外，還包含一個超前的無功分量，即發(fā)電機輸出一個容性無功功率。這是因為在欠勵磁時，主磁極磁動勢減少，為保證氣隙中磁場不變，電樞反應必然變?yōu)樵龃牛簿褪铅战浅韶摻?，電流變?yōu)槌?。綜上所述，通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，可以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機輸出的無功功率大小，并且可以改變發(fā)電機輸出無功功率的性質(zhì)。過勵磁時，發(fā)電機輸出感性無功功率；欠勵磁時，發(fā)電機輸出容性無功功率。9.3.3V形曲線在有功功率保持不變的情況下，電樞電流Ia與勵磁電流If的對應關(guān)系曲線，即Ia=f(If)曲線形狀像字母“V”，故稱為V形曲線，如圖9-12所示。圖示中，曲線由cosφ=1這條虛線分為左右兩部分，左邊為欠勵磁狀態(tài)，輸出超前電流；右邊為過勵磁狀態(tài)，輸出滯后電流。在cosφ=1時，隨著有功功率的增加，電流的有功分量也增加，曲線將上移。圖9-12同步發(fā)電機的V形曲線

【例9-1】有一臺凸極式同步發(fā)電機，數(shù)據(jù)如下：SN＝8750kV·A，cosφN=0.8(滯后)，Y接法，UN＝11kV，每相同步電抗xq＝9Ω，xd＝17Ω，定子繞組電阻略去不計。試求：

(1)同步電抗的標么值。

(2)該電機在額定運行時的功角θN及勵磁電動勢E0。

(3)該機的最大電磁功率Pmmax,及產(chǎn)生最大功率時的θ。

解

(1)額定電流阻抗基值同步電抗的標么值

(2)

(3)令，則有發(fā)電機運行時：0<θ<90°，0<cosθ<1，故分子應取正號，于是cosθ=0.993/2.89＝0.3436，得θ＝69.9°,并代入,則因此最大電磁功率為9.4調(diào)相運行及調(diào)相機9.4.1同步發(fā)電機的可逆原理同步發(fā)電機和其他旋轉(zhuǎn)電機一樣,具有可逆性。同步發(fā)電機的可逆運行就是同步電動機運行。下面以隱極同步電機為例，討論同步發(fā)電機的可逆運行原理。假設同步發(fā)電機已并入大電網(wǎng)，當原動機拖動同步發(fā)電機運行在發(fā)電狀態(tài)時，如前所述，轉(zhuǎn)子磁極軸線超前氣隙合成磁場軸線一個功率角θ，這時轉(zhuǎn)軸受到一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩作用，即電磁制動轉(zhuǎn)矩。此轉(zhuǎn)矩與輸入的拖動轉(zhuǎn)矩相平衡，把機械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β?，向電網(wǎng)輸送電能。當逐漸減少發(fā)電機的輸入機械功率，從功率平衡的角度來看，發(fā)電機產(chǎn)生的電磁功率也將減少，功角θ也減小，同時轉(zhuǎn)子瞬間減速。當θ=0時，電磁功率Pm=0，發(fā)電機的輸入機械功率僅補償空載損耗，發(fā)電機不向電網(wǎng)輸送電能。如果將原動機與發(fā)電機脫離，在電機本身摩擦阻力矩等作用下，轉(zhuǎn)子開始減速，此時，轉(zhuǎn)子磁極軸線滯后于氣隙合成磁場軸線θ角。這時轉(zhuǎn)軸受到一個與旋轉(zhuǎn)方向相同的電磁轉(zhuǎn)矩作用，即電磁拖動轉(zhuǎn)矩。這時同步發(fā)電機就變成了同步電動機運行了。同步發(fā)電機變成同步電動機時，功率角和相應的電磁功率均變成負值，電機由輸入機械功率變?yōu)檩敵鰴C械功率，電磁轉(zhuǎn)矩由制動變?yōu)橥蟿印?.4.2調(diào)相運行及調(diào)相機電網(wǎng)的負載主要是感性負載，如異步電動機和變壓器等。這些負載既要從電網(wǎng)獲取有功功率，還要獲取無功功率。這將使輸電線路的總電流增加，功率因數(shù)降低，線路損耗增大，發(fā)電設備的利用率和效率都將降低?，F(xiàn)代電力網(wǎng)通常在負荷中心的變電所安裝一些同步調(diào)相機，就近向負載提供無功功率，這既滿足了電力系統(tǒng)對無功功率的需求，又減輕了電網(wǎng)遠距離輸送無功功率的負擔，經(jīng)濟效果顯著。調(diào)相運行狀態(tài)相當于同步電動機的空載運行狀態(tài)，