发电机功角特性

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1、发电机功角特性同步发电机的功角特性是指发电机的有功功率(P)、无功功率(Q)与发电机电抗 (Xd、Xq)、内电动势(Ed)、机端电压(U)和功角(6)的关系特性。(1) 发电机功角特性。1) 有功特性：发电机输出的有功功率为：P = Ed*U*Sin6/Xd + U2*Sin2 6 *(1/Xq -1/Xd)/22) 无功特性：发电机输出的无功功率为Q = Ed*U*Cos6/Xd + H*Cos2 6 *(1/Xq -1/Xd)/2 - U2*(1/Xq + 1/Xd)/2(2) 隐极发电机功角特性。对于隐极发电机，取Xd = Xq。1) 有功特性：发电机输出的有功功率为P = Ed*U*S

2、in6/XdP代表发电机输出的有功功率，对发电机产生制动的电磁转矩。在一定的电压和 励磁电流下，发电机的有功功率P与功角多是函数关系。2) 无功特性：发电机输出的无功功率为Q = Ed*U*Cos6/Xd + U2/Xd式中第一项与Ed和6有关，它表示由转子励磁经电磁感应传递到定子的无功功 率，值随6角的余弦而改变。由于U*Cos6 = Ed - Id*Xd,则上式第一项可改写为Ed2/Xd - Ed*Id第二项与Ed和6无关，它代表发电机维持一定端电压U所需励磁的无功功率。 因为Ed = U*Cost6 + Id*Xd,故Q = Ed*Id - Id2*Xd,即供给电网的无功功 率等于主磁通

3、转换的无功功率减去电枢绕组电感的无功损耗。由此可见，增加发 电机的励磁电流(即加大Ed),便可增大发电机的无功输出。对于隐极发电机，取Xd = Xq。此时发电机输出的有功功率为P = Ed*U* Sin6/Xd但当5 = 90时，P为最大功率（即极限功率）。功角特性是同步发电机的基本特性之一。通过功角特性，可以确定稳态运行时发 电机所能发出的最大电磁功率。功角特性还是研究同步发电机并联运行时经常应 用的重要特性。功角的物理含义功角有两重含义：一是表示E和U这两个时间相量之间的时间相位差角；二是0表示产生E的主磁极磁势F与产生端电压U的定子合成磁势F之间的空间相位 Ofu角，即转子磁极轴线与定子

4、合成等效磁极轴线之间的空间夹角（电角度）。现解释如下。由图1所示可知，功角5是时间相量E和U之间的相位差角。前已说明，空载0电势E由主磁极磁势F产生，相位比主磁通F滞后90；端电压U可视为由电0f0枢磁势Fa与主磁极磁势F相加的定子合成磁势Fu所产生，相位比定子合成磁f势的磁通Fu滞后90。定子合成磁场的磁通（合成磁通）Fu是电枢绕组的总磁通值，包括主磁通F、电枢反应磁通Fa和电枢漏磁通Fs。由此看来，5角就是0主磁通F和合成磁通Fu之间的夹角。前已述及，磁通既可作为时间相量，又可0视为空间相量。图1凸极发电机的功角特性1 -基本电磁功率曲线；2 -附加电磁功率曲线；3 -凸极机功角特性 磁通

5、作为时间相量时，实际上是指这个磁通与某相绕组相连的磁链，随时间作正 弦变化；把磁通视为空间相量时，则用以表示示一个在空间上按正弦分布的磁 场，其大小为每极磁通，方向在磁密正幅值位置。由于磁密正弦波的正幅值出现 在某相绕织轴线上时，与该相绕组交链的磁通也达最大值，所以，如果选取时间 相量坐标轴与该相绕组轴线重合，则磁通相量既可表示某瞬间磁密正弦波正幅值 的空间位置，又可表示磁链的时间相位。这样，磁通便既有空间意义又有时间意 义。根据以上分析，可作如图2所承的时空相量图。图2功角的空间含义图中的空间相量和时间相量都以同步角速度旋转，而且各相量的相对位置保持不变。5既是主磁通F和合成磁通Fu之间的相

6、位差角、又是主极磁场轴线和定子0合成磁场轴线之间的空间位移电角。产生主磁通F的转子磁极时实际存在的，0为了形象起见，可假定与Fu相应也有一个定子等效磁极，这两个磁极以同步转速旋转，它们轴线间的夹角即为功角5,如图3所示。这样功角5便有了空间意义。削：同堆时由卅沖干尊效匾谡牺转子逻徵图3同步发电机定子等效磁极和转子磁极 在讲述电枢反应时已经指出，电枢电流的直轴分量（无功性质）的电枢反应，不影 响主磁场的分布；电枢电流的交轴分量（有功性质）的电枢反应，则使主磁 场畸 变，亦即定子合成磁场的轴线相对于主磁极磁场轴线偏移一个角度，这个角度就 近似等于功角6。电枢电流的交轴分量愈大，磁场畸变愈大，功角也就愈大。 由此便可进一步理解功角“功”字的意义。