同步發(fā)電機學(xué)習(xí)

同步發(fā)電機學(xué)習(xí)第1頁/共48頁10.1同步發(fā)電機的空載運行勵磁磁動勢和勵磁磁場：空載運行時定子（電樞）電流為零，電機氣隙中只有轉(zhuǎn)子的勵磁電流If單獨產(chǎn)生的磁動勢Ff和磁場。主磁通φ1：勵磁磁通中既交鏈轉(zhuǎn)子繞組，又經(jīng)過氣隙交鏈定子繞組的部分?？蛰d運行：同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子被原動機拖動到同步轉(zhuǎn)速n=n1=轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流而定子繞組開路。定子三相繞組切割主磁通而感應(yīng)出頻率為f的一組對稱三相交流電動勢基波分量的有效值：式中N1——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

φ1——每極基波磁通，單位為Wb；

Kw1——基波電動勢的繞組因數(shù)；

E0——電動勢的基波分量有效值，單位為V。第2頁/共48頁改變轉(zhuǎn)子的勵磁電流If，就可以相應(yīng)地改變主磁通φ1和空載電動勢E0。曲線E0=f(If)稱為發(fā)電機的空載特性。E0∝φ1，If∝Ff,改變坐標后空載特性曲線也就可以表示為發(fā)電機的磁化曲線φ1=F(If)。說明了兩個特性曲線具有本質(zhì)上的內(nèi)在聯(lián)系，任何一臺發(fā)電機的空載特性曲線實際上也反應(yīng)了它的磁化曲線,當(dāng)主磁通φ1較小時，磁路處于不飽和狀態(tài)，鐵心部分所消耗的磁壓降相比較，可略去,認為絕大部分磁動勢消耗于氣隙中，φ1∝Ff，所以空載曲線（磁化曲線）下部是一條直線。把它延長后所得直線0G（曲線2）稱為氣隙線。隨著φ1的增大，鐵心逐漸飽和，它所消耗的磁壓降不可忽略，此時空載曲線就逐漸變彎曲第3頁/共48頁設(shè)計發(fā)電機時，通常把發(fā)電機的額定電壓點設(shè)計在磁化曲線的彎曲處，如圖曲線1上a點，此時的磁動勢稱為額定勵磁磁動勢Ff0。線段ab表示消耗在鐵心部分的磁動勢。線段bc表示消耗在氣隙部分的動勢Fδ0。E′0表示磁路不飽和時，對應(yīng)于勵磁磁動勢Ff0的空載電動勢Ff0與Fδ0的比值反映發(fā)電機磁路的飽和程度，用Ks表示，稱為飽和系數(shù)。通常，同步發(fā)電機的飽和系數(shù)Ks值約為1.1~1.25左右。第4頁/共48頁空載特性可以通過計算或試驗得到。試驗測定的方法與直流發(fā)電機類似。同步電機的空載特性也常用標么值表示，空載電勢以額定電壓為基值。用標么值表示的空載特性具有典型性，不論電機容量的大小，電壓的高低，其空載特性彼此非常接近?？蛰d特性在同步發(fā)電機理論中有著重要作用：①將設(shè)計好的電機的空載特性與相應(yīng)數(shù)據(jù)相比較，如果兩者接近，說明電機設(shè)計合理，反之，則說明該電機的磁路過于飽和或者材料沒有充分利用。②空載特性結(jié)合短路特性可以求取同步電機的參數(shù)。③發(fā)電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。幾點補充第5頁/共48頁10.2同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)同步發(fā)電機有負載時，除了勵磁磁動勢外，由于定子繞組中有電流流過，定子繞組將在氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁動勢—電樞磁動勢。對稱負載時電樞磁動勢的基波對主極磁場基波的影響，簡稱對稱負載時的電樞反應(yīng)。電樞磁動勢Fa與負載電流I同相所以研究Ff與Fa間的空間相對位置可以歸結(jié)為研究E0與I間的相位差φ（φ稱為內(nèi)功率因數(shù)角）。電樞反應(yīng)的性質(zhì)主要取決于E0與I之間的相位差φ，亦即主要取決于負載的性質(zhì)。下面就φ角的幾種情況，分別討論電樞反應(yīng)的性質(zhì)。基波波形大小位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向勵磁磁動勢正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機的轉(zhuǎn)速決定由原動機決定電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由磁極對數(shù)和電流頻率決定由電流相序決定第6頁/共48頁一、I和E0同相（φ=0）時的電樞反應(yīng)當(dāng)φ=0°時，圖a中所示瞬間，U相繞組的軸線與主磁極的交軸（q軸）重合，此時U相繞組導(dǎo)體切割主磁通最多，故U相繞組勵磁電動勢為最大值，其方向按右手定則確定。因為φ=0°，所以此瞬間U繞組中的電流也達到最大值。這時三相勵磁電支勢的電樞電流的相量關(guān)系如圖b所示。由交流旋轉(zhuǎn)磁場原理可知，定子三相合成磁動勢的幅值總是位于電流為最大值的一相繞組軸線上，可見電樞磁動勢Fa滯后勵磁磁動勢Ff90°。這種電樞磁動勢稱為交軸電樞磁動勢，用Faq表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)。由圖c可見，對主磁場而主，交軸電樞反應(yīng)在前極尖將起去磁作用，在后極尖則起增磁作用。對于氣隙磁場交軸電構(gòu)反應(yīng)將使合成磁場的軸線位置同步發(fā)電機原理圖從空載時的直軸處逆轉(zhuǎn)向后移了一個銳角，且幅值也有所增加。但因磁路的飽和現(xiàn)象，交軸電樞反應(yīng)有去磁作用。第7頁/共48頁

二、I滯后E090°（φ=90°）時的電樞反應(yīng)當(dāng)φ=90°時，定子各相電流的分布如圖a、b所示。此時U相勵磁電動勢雖為最大值。此時轉(zhuǎn)子的相對位置將如圖c、d所示，也就是說U相電流達到最大值時，轉(zhuǎn)子已向前轉(zhuǎn)過90°，電樞磁動勢的幅值恰好位于勵磁磁動勢的軸線上，但方向相反。此時的電樞磁動勢稱為直軸電樞磁動勢，用Fad表示，相應(yīng)的電樞反應(yīng)稱為直軸電樞反應(yīng)，可見φ=90°時直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹去磁的。第8頁/共48頁三、I超前E090°（φ=90°）時的電樞反應(yīng)說當(dāng)U相電流達到最大值時，轉(zhuǎn)子磁場的空間位置滯后φ=0°時的轉(zhuǎn)子磁場的位置90°。這時電樞磁動勢的幅值又位于勵磁磁動勢的軸線上，但兩者方向相同，其電樞反應(yīng)的性質(zhì)是純粹增磁的，同樣也稱為直軸電樞反應(yīng)。當(dāng)φ=90°時，定子各相電流的分布如圖a所示。此時U相勵磁電動勢雖為最大值，但電樞電流仍為零。U相電流在超前90°時達到最大值。此時轉(zhuǎn)子的相對位置交如圖c、d所示，也就是第9頁/共48頁

四、在一般情況下0°＜φ＜90°，I滯后E0一個銳角φ圖示瞬間，U相的勵磁電動勢恰好達到最大值，但由于電樞電流I滯后勵磁電動勢E0φ角，所示U相電流必須過了一段時間，等轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過φ空間電角度時（圖c所示位置）才能達到最大值，電樞磁動勢Fa的幅值才位于U相繞組的轉(zhuǎn)向位置上，此時電樞磁動勢Fa滯后勵磁磁動勢Ff(90＋φ)空間電角度。這時的電樞反應(yīng)既非交磁性質(zhì)也非純?nèi)ゴ判再|(zhì)，而是兼有兩種性質(zhì)。第10頁/共48頁將此時電樞磁動勢Fa分解成直軸和交軸兩個分量，即Faq起交磁作用，F(xiàn)ad起去磁作用。此時的電樞反應(yīng)也可以這樣說明，如將每一相的電樞電流I都分解Id和Iq兩個分量，即其中Iq與勵磁電動勢E0同相位，它們（指三相的該分量，即IQu、IqV、IqW）產(chǎn)生交軸電樞磁動勢Faq分量Iq叫做I的交軸分量，而Id滯后勵磁電動勢E090°，它們產(chǎn)生直軸電樞磁動勢Fad，把分量Id叫做I的直軸分量第11頁/共48頁電樞反應(yīng)是同步發(fā)電機負載運行時的重要物理現(xiàn)象，它不僅是引起有負載時端電壓變化的主原因，而且也是發(fā)電機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐?？紤]電樞反應(yīng)的作用，有負載時電樞繞組中的感應(yīng)電動勢將由氣隙合成磁場建立。氣隙電動勢減去定子漏阻抗壓降，便得到端電壓。通常發(fā)電機的負載為感性負載，電樞反應(yīng)含有去磁作用，使氣隙磁場削弱。相應(yīng)的氣隙電動勢將小于勵磁電動勢。隨著負載的增加，必須增大勵磁電流。綜上所述第12頁/共48頁10.3同步發(fā)電機的負載運行10.3.1凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式和相量圖一、凸極同步發(fā)電機的電動勢方程式利用雙反應(yīng)理論和疊加原理進行分析，即把電樞磁場分解為直軸和交軸電樞磁場，它們和勵磁磁場互相獨立地存在于同一磁路中，這些磁場各自在定子繞組中感應(yīng)電動勢，這些電動勢的總和便是每相繞組的氣隙合成電動勢Eδ,Eδ減去定子漏阻抗壓降后，便得到發(fā)電機的端電壓。電磁關(guān)系式表達：勵磁磁動勢Ff→φ1→E0直軸電樞反應(yīng)磁動勢Fad→φad→EadEδ交軸電樞反應(yīng)磁動勢Faq→φaq→Eaq第13頁/共48頁式中E0—勵磁磁動勢（或空載電動勢），由主磁磁通φ1產(chǎn)生Ead及Eaq——直軸電樞反應(yīng)電動勢和交軸電樞反應(yīng)電動勢，它們分別由直軸電樞反應(yīng)磁通φad和交軸電樞反應(yīng)磁通φaq產(chǎn)生。不計飽和，φad與φaq正比于Fad及Faq，又分別正比于電流Id及Iq即：滯后于，滯后于，可寫成：式中Xad和Xaq——直軸電樞反應(yīng)電抗和交軸電樞反應(yīng)電抗。電樞回路的電動勢方程：Eδ=E0+Ead+Eaq=U+I(Ra+jxσ

)第14頁/共48頁電樞磁動勢不僅產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通，還產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子無關(guān)的漏磁通φa，感應(yīng)漏磁通電動勢Eσ：則由電樞回路的電動勢方程式可得：式中Xd——直軸同步電抗，Xd=Xa+Xad;Xq——交軸同步電抗，Xq=Xa+Xaq。一般Xd＞Xq。第15頁/共48頁二、凸極同步發(fā)電機的相量圖同步發(fā)電機帶感性負載，發(fā)電機的端電壓U、負載電流I和功率因數(shù)cosφ及參數(shù)Ra、Xd、Xq均勻已知，并假定已知φ，則按照上式可以畫出凸極同步發(fā)電機的相量圖Id滯后于OG90°，與OG同相。電阻壓降IRa與電流I同相，交軸同步電抗壓降MN=jIqXq及直軸同步電抗壓降NG=jIdXd分別超前電流Iq和Id90°,將U、IRa、jIdXd相量相加，即得勵磁電動勢E0=OG。作圖過程如下：先畫出電壓U及電流I，作OG直線越前于電流I一個φ角，OG直線E0的方向。然后將電流I分解為直軸分量Id和交軸分量Iq，第16頁/共48頁實際上相量圖很難直接畫出，這是因為E0和I之間相位差φ角是無法測定，這樣就無法把電流I分解成直軸和交軸分量，整個相量圖就作不出來。求出了內(nèi)功率因數(shù)有φ，便可以把電流I分解為直軸分量Id和交軸分量Iq作出相量圖：EQ與E0的關(guān)系：φ角：第17頁/共48頁10.3.2隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式和相量圖隱極同步發(fā)電機中，由于氣隙是均勻的，電樞反應(yīng)用電樞反應(yīng)電抗Xt表示：隱極同步發(fā)電機的電動勢方程式：電動勢相量圖：知U、I、Rα、Xt及cosφ，則可按上式求出相量E0。根據(jù)相量圖可計算E0值，即E0=EQ第18頁/共48頁10.3.3同步發(fā)電機的特性一、空載特性和短路特性1、空載特性空載特性：在發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持同步轉(zhuǎn)速（n=n1）、電樞開路（I=0）的情況下，空載電壓（U0=E0）與勵磁電流If的關(guān)系曲線U0=f(If)?？蛰d特性是發(fā)電機的基本特性之一。表示征了發(fā)電機磁路的飽和情況下把它和短路特性、零功率因數(shù)負載特性配合在一起，可以確定發(fā)電機的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓調(diào)整率等第19頁/共48頁2、短路特性短路特性：指發(fā)電機在同步轉(zhuǎn)速下，電樞繞組端點三相短接時，電樞短路電流Ik與勵磁電流If的關(guān)系曲線。即n=n1,U=0時Ik=f(If)。短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗測得。試驗時：發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流If，使電樞的短路電流從零開始，一直到1.25IN左右為止，記取對應(yīng)的短路電流Ik和勵磁電流If，即可得到短路特性曲線短路試驗的接線圖短路時由于電樞反應(yīng)的去磁作用，發(fā)電機中合成氣隙磁動勢數(shù)值很小，使磁路處于不飽和狀態(tài)，所以短路特性是一條直線第20頁/共48頁短路時：發(fā)電機的端電壓U=0，限制短路電流的僅是發(fā)電機的內(nèi)部阻抗。由于一般同步發(fā)電機的電樞電阻Ra遠小于同步電抗，所以短路電流可認為是純感性的，即φ≈90°。這時的電樞電流幾乎全部為直軸電流，它所產(chǎn)生的電樞磁動勢基本上是一個純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢，即Fa=Fad,Faq=0,此時電樞繞組的電抗為直軸同步電抗Xd，等效電路相量圖第21頁/共48頁二、外特性和調(diào)整特性1、外特性外特性是指發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持同步轉(zhuǎn)速，勵磁電流和負載功率因數(shù)不變時，端電壓與負載電流的關(guān)系曲線，即n=n1,If=常值時，U=f(I)。感性負載和純電阻負載時，外特性都是下降的（曲線1、2）。因為這兩種情況下電樞反應(yīng)均有去磁作用，此外定子漏阻抗壓降也引起一定的電壓下降。容性負載時，電樞反應(yīng)是增磁的，因此端電壓U隨負載電流I的增大反而升高，外特性則是上升的（曲線3）。不同功率因數(shù)時同步發(fā)電機的外特性第22頁/共48頁從外特性曲線上可求出發(fā)電機的電壓調(diào)整率△U*(見下圖）調(diào)節(jié)勵磁電流，使額定負載時（I=IN，cosφ=cosφN）發(fā)電機的端電壓額定電壓UN，此時的勵磁電流稱為額定勵磁電流IfN。然后保持勵磁和轉(zhuǎn)速不變，卸去負載，此時端電壓升高的標么值就稱為同步發(fā)電機的電壓調(diào)整率，用△U*表示，要求已大為放寬，為防止卸載時電壓劇烈上升，以致?lián)舸├@組絕緣，所以△U*應(yīng)小于50%。近代凸極發(fā)電機的△U*大體在18%~30%以內(nèi)。汽輪發(fā)電由于電樞反應(yīng)較大，故△U*也較大，大體在30%~48%范圍內(nèi)（均為cosφN=0.8滯后）。電壓調(diào)整率是表征同步發(fā)電機運行性能的重要數(shù)據(jù)之一。近代同步發(fā)電機大多數(shù)均配有快速自動調(diào)壓裝置，因而對△U*第23頁/共48頁2、調(diào)整特性當(dāng)發(fā)電機的負載發(fā)生變化時，為保持端電壓不變，必須同時調(diào)節(jié)勵磁電流。保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，當(dāng)其端電壓和功率因數(shù)不變時，負載電流變化時其勵磁電流的高速特性曲線就稱為發(fā)電機的調(diào)整特性，即n=n1,U=常值，cosφ=常值時，If=f(I)。容性負載時，隨著負載的增加，必須相應(yīng)地減小勵磁電流，以維持端電壓恒定（曲線3），則曲線是不下降的。一常值，勵磁電流必須相應(yīng)增大。因此這兩種情況下的調(diào)整特性都是上升的（曲線1和2）。感性和純電阻性負載時，為了克服負載電流所產(chǎn)生的去磁電樞反應(yīng)和阻抗壓降，隨著負載的增加，要保持端電壓為不同負載性質(zhì)時同步發(fā)電機的調(diào)整特性第24頁/共48頁三、穩(wěn)態(tài)功角特性穩(wěn)態(tài)功角特性:指同步發(fā)電機接在網(wǎng)上穩(wěn)態(tài)對稱運行時，發(fā)電機的電磁功率PM與功率角δ之間的關(guān)系。所謂功率角就是指勵磁電勢E0與端電壓U之間的相位角δ。由于現(xiàn)代同步發(fā)電機的電樞繞組小于同步電抗，故可把Ra忽略不計，則發(fā)電機的凸極發(fā)電機的有功功率功角特性隱極發(fā)電機的有功功率功角特性第25頁/共48頁凸極發(fā)電機功角特性曲線凸極發(fā)電機的功角特性分兩部分:附加電磁功率的特點:凸極發(fā)電機第26頁/共48頁隱極發(fā)電機的功角特性曲線隱極發(fā)電機的有功功率功角特性的特點:隱極發(fā)電機第27頁/共48頁1)是電動勢和電壓間的時間相位角;或稱是勵磁磁勢和合成磁勢間的空間夾角。2)是感應(yīng)電動勢的主磁通和產(chǎn)生電壓的電樞等效假想磁通之間的夾角。功角的雙重物理意義補充第28頁/共48頁用圖示功角的雙重物理意義第29頁/共48頁

轉(zhuǎn)子因有原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩克服定子合成磁極的制動轉(zhuǎn)矩而作功,實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換,將由原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵觥?/p>

可見，功角是研究同步發(fā)電機運行狀態(tài)的一個重要參數(shù)，它不僅決定了發(fā)電機輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子的相對空間位置，通過它把同步電機的電磁關(guān)系和機械運動緊密聯(lián)系起來。第30頁/共48頁10.4同步發(fā)電機的并聯(lián)運行許多發(fā)電廠并聯(lián)在一起時，形成強大的電網(wǎng)，因此負載變化對電壓和頻率的影響就很小，從而提高了供電的質(zhì)量和可靠性。并聯(lián)運行優(yōu)點:可以根據(jù)負載的變化來調(diào)節(jié)投入運行的機組數(shù)目，提高機組的運行效率便于輪流檢修，提高供電的可靠性，減少發(fā)電機檢修和事故的備用容量。對于由火力電廠和水力發(fā)電廠聯(lián)合組成的電力系統(tǒng)，并聯(lián)運行尚可達到合理調(diào)度電能，充分利用水能，使發(fā)電成本降低的目的。第31頁/共48頁10.4.1并聯(lián)運行的條件同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)合閘時，為了避免產(chǎn)生巨大原沖擊電流，以防止同步發(fā)電機愛到損壞，電力系統(tǒng)受到嚴重干擾，應(yīng)滿足下列條件：1）發(fā)電機的電壓和電網(wǎng)電壓應(yīng)具有相同的有效值、極性和相位。并網(wǎng)操作時只需注意滿足第1）和2）項條件。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)電機的相序得到滿足制造發(fā)電機時得到保證2）發(fā)電機電壓的頻率應(yīng)與電網(wǎng)的頻率相等。3）對三相發(fā)電機，還要求其相序和電網(wǎng)相一致。4）發(fā)電機的電壓波形應(yīng)與電網(wǎng)電壓波形相同，即均為正弦波形。第32頁/共48頁10.4.2有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)為了簡化分析，設(shè)發(fā)電機為隱極機，不計磁路飽和，不計電樞電阻，且電網(wǎng)為“無窮大電網(wǎng)”。“無窮大電網(wǎng)”:指電網(wǎng)的容量相對于分析的同步發(fā)電機容量來說要大很多。因此電網(wǎng)的電壓和頻率不會因并聯(lián)上去的同步發(fā)電機功率調(diào)節(jié)的影響而改變，即電網(wǎng)的電壓和頻率恒定為常值。實際上，電網(wǎng)上的負載發(fā)生變化時，總要引起電網(wǎng)電壓和頻率的波動，只是波動極微小，在定性分析中可忽略不計。在分析中都認為電網(wǎng)電壓U=常數(shù)，電網(wǎng)頻率f=常數(shù)。第33頁/共48頁一、有功功率的調(diào)節(jié)增加輸入機械功率P1，使P1＞P0，則輸入功率扣除了空載損耗以后，其余部分將轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β?，即P1－P0=PM，發(fā)電機將輸出有功功率。這個過程從能量守恒觀點來看，發(fā)電機輸出有功功率是由原動機輸入的機械功率轉(zhuǎn)換來的結(jié)論：要改變發(fā)電機輸出的有功功率，必須相應(yīng)地改變由原動機輸入的機械功率。發(fā)電機整步過程結(jié)束處在空載運行狀態(tài)，發(fā)電機的輸入機械功率P1和空載損耗P0相平衡，電磁功率為零，即P1=Po，T==T0，PM=0，發(fā)電機處于平衡狀態(tài)。1)能量守恒觀點來看有功功率第34頁/共48頁結(jié)論：要調(diào)節(jié)與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機的有功功率，必須調(diào)節(jié)原動機的輸入功率，這時發(fā)電機內(nèi)部會自行改變功率角δ，相應(yīng)地改變電磁功率和輸出功率，達到新的平衡狀態(tài)。2)功率角δ的空間物理概念來加以說明有功功率空載時E0=U。功率角δ=0，如圖a所示，電磁功率PM=0，此時氣隙合成磁場和轉(zhuǎn)子磁場的軸一重合，發(fā)電機無功率輸出。增加原動機的輸入功率P1時，即增加發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)矩T1，這時T1＞T0，于是轉(zhuǎn)子就要加速，就使轉(zhuǎn)子磁場超前于氣隙合成磁場（即E0超前于U），也就是使功率角δ逐漸增大如圖b所示。δ角的增大引起電磁功率PM增大，發(fā)電機便輸出有功功率。當(dāng)δ增大到某一數(shù)值，使相應(yīng)的電磁功率達到PM=P1－P0（T1-T0）時，轉(zhuǎn)子加速的趨勢即停止，發(fā)電機便處于新的平衡狀態(tài)。第35頁/共48頁原動機輸入功率的增加也不是無限制的對于隱極發(fā)電機，當(dāng)δ=90°時，電磁功率達到最大值PMmax時，若再增加輸入功率，則δ＞90°，這時電磁功率將隨著δ的增大而減小，輸入功率扣除掉空載損耗和減小了的電磁功率后還有剩余，剩余的功率將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)加速，δ角繼續(xù)增大，電磁功率PM繼續(xù)減小，功率再不能保持平衡，發(fā)電機將“失去同步”，或叫做失去“靜態(tài)穩(wěn)定”。第36頁/共48頁靜態(tài)穩(wěn)定:指電網(wǎng)或原動機方面出現(xiàn)某些微小擾動時，同步發(fā)電機能在這種瞬時擾動消除后，繼續(xù)保持原來的平衡運行狀態(tài)。就稱這時的同步發(fā)電機是“靜態(tài)穩(wěn)定”的，否則就是靜態(tài)不穩(wěn)定。3)靜態(tài)穩(wěn)定在a點運行時電機具有靜態(tài)穩(wěn)定的能力。若干擾使功角δ增大到b點，Pm和Tm增大，迫使電機減速，功角δ變小，電機回到a點。干擾使功角δ減小時，有同樣結(jié)論。所以a點稱為穩(wěn)定運行點。而d點為不穩(wěn)定運行點，分析略。綜上所述:凡處于功角特性曲線上升部分的工作點，都是靜態(tài)穩(wěn)定的，下降部分的工作都是靜態(tài)不穩(wěn)定的?；蛘哒f在功角特性曲線上電磁功率和功率角同時增大，或同時減小的那一部分是靜態(tài)穩(wěn)定的。第37頁/共48頁靜態(tài)穩(wěn)定的判斷依據(jù)：比整步功率(kW/rad)對隱極發(fā)電機，比整步功率為:電機穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，Pcx越大，電機穩(wěn)定增長性越好。Pcx可以表示發(fā)電機運行穩(wěn)定度。如上圖，當(dāng)δ=0°時，Pcx最大，故同步發(fā)電機在空載時最為穩(wěn)定。當(dāng)δ=90°時，Pcx=0，正處在穩(wěn)定的交界，此時發(fā)電機保持同步的能力為零，故該點即為靜態(tài)穩(wěn)定的極限。當(dāng)δ＞90°時，Pcx為負值，發(fā)電機便失去了穩(wěn)定。第38頁/共48頁4)過載能力過載能力越大，電機的穩(wěn)定性越好。過載能力是表達靜態(tài)穩(wěn)定的能力，不是發(fā)電機可以過載的倍數(shù)。同步發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定問題，不僅在運行中，而且在設(shè)計發(fā)電機時，就應(yīng)注意留有一定的余量。設(shè)計時要求發(fā)電機的功率極限跟PMmax應(yīng)比其額定電磁功率PMN大一定的倍數(shù)，這個倍數(shù)稱為靜態(tài)過載能力，用Km表示一般要求Km＞1.7（1.7~3），與此相對應(yīng)的發(fā)電機額定運行時的功率角δN約在25°~35°左右。第39頁/共48頁二、無功功率的調(diào)節(jié)以隱極同步發(fā)電機為例，不計磁路飽和，不計電樞電阻，來分析同步發(fā)電機無功功率的調(diào)節(jié)問題，以及無功功率與勵磁電流的關(guān)系。1)空載運行空載時電樞電流和電樞磁動勢為零，E0=U，F(xiàn)f=Fδ這時的勵磁電流稱為“正?！眲畲烹娏鱅f0。如圖a所示。增大勵磁電流（If＞If0）,則E0＞U，由于電網(wǎng)電壓不變，發(fā)電機必然輸出一個滯后的無功電流（感性），它產(chǎn)生去磁的電樞磁動勢Fa,以維持氣隙合成磁動勢Fδ不變（Fδ=Ff+Fa），如圖b所示，這時勵磁電流稱為過勵的勵磁電流。正常勵磁過勵Ff＞Fδ第40頁/共48頁結(jié)論:當(dāng)發(fā)電機的勵磁電流變化時，發(fā)電機向電網(wǎng)發(fā)出的無功功率也將發(fā)生變化，過勵時發(fā)出感性的無功功率，欠勵時發(fā)出容性的無功功率。當(dāng)減小勵磁電流（If＜If0）時，E0＜U，發(fā)電機輸出一個超前的無功電流（容性），它產(chǎn)生增磁的電樞磁動勢Fa，以維持氣隙合成磁動勢Fδ不變（Fδ=Ff+Fa），如圖c所示，這時的勵磁電流稱為欠勵的勵磁電流。正常勵磁過勵Ff＞Fδ欠勵Ff<Fδ第41頁/共48頁2)負載運行調(diào)節(jié)無功功率時，不改變原動機的輸入，有功功率將保持不變，即有:Icosφ=常數(shù)E0sinδ=常數(shù)在恒定的有功功率下調(diào)節(jié)勵磁電流時，電流相量I端點的軌跡為AB線（見圖），電動勢相量E0端點的軌跡為CD線，不同勵磁電流時的E0和I的相量端點在軌跡線上有不同位置。圖中E0為正常勵磁電流下功率因數(shù)為1時的空載電動勢，即電樞電流I全為有功分量。當(dāng)過勵時，If＞If0,E01＞E0。輸出一個感性的無功功率。說明:電網(wǎng)電壓不變，氣隙合成磁動勢不變，由于過勵時主極磁動勢增大，為保持氣隙合成磁動勢不變，電樞反應(yīng)的去磁分量必然要增大，即φ角增大，電流變成滯后；反之，當(dāng)欠勵時，If＜If0,E02＜E0,則電樞電流I2，除有功分量I外，還出現(xiàn)一個超前的無功分量I2Q，即輸出一個容性的無功功率。第42頁/共48頁當(dāng)發(fā)電機與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時，調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，就可