同步電機(jī)原理課程課件

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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。

◆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(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。

◆除了轉(zhuǎn)場(chǎng)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(gè)在空間錯(cuò)開(kāi)120電角度分布的線圈代表三相對(duì)稱交流繞組。工作原理◆主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。

◆載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。

◆切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)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(lì)磁磁場(chǎng)）。

◆交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱交變電勢(shì)。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。

◆感應(yīng)電勢(shì)有效值：由第11章可知，每相感應(yīng)電勢(shì)的有效值為(15.1)

◆感應(yīng)電勢(shì)頻率：感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和極對(duì)數(shù)p，即

(15.2)

◆交變性與對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)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(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)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(shì)方程式和相量圖電勢(shì)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(shì)：

①由勵(lì)磁磁通產(chǎn)生的勵(lì)磁電勢(shì)；

②由電樞反應(yīng)磁通產(chǎn)生的電樞反應(yīng)電勢(shì)；

③由電樞繞組漏磁通產(chǎn)生的漏磁電勢(shì)。

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(shì)總和即為發(fā)電機(jī)的端電壓，用方程式表示為

(16-7)

對(duì)于凸極電機(jī)來(lái)說(shuō),+=-j-j,其方程式可表示為

=+j+j(16-8)

對(duì)于隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)，+=-j，其方程式可表示為

=+j(16-9)凸極發(fā)電機(jī)電勢(shì)相量圖凸極發(fā)電機(jī)電勢(shì)相量圖

對(duì)于凸極電機(jī)來(lái)說(shuō)，需要首先將分解為和，然后才能根據(jù)方程式(16-8)作出其電勢(shì)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(shí)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。

①在水平方位作出相量，錯(cuò)開(kāi)j角作出；

②在的尾端，加上相量j，它超前于90°電角度，經(jīng)過(guò)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；

③將在正交分解為和；

④根據(jù)方程式(16-8)即可作出。

電勢(shì)相量圖很直觀地顯示了同步電機(jī)各個(gè)相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對(duì)于分析和計(jì)算同步電機(jī)的許多問(wèn)題有較大的幫助作用。對(duì)于凸極電機(jī)來(lái)說(shuō)，

(16-10)

而對(duì)于隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)，有

(16-11)

以上兩式在分析同步電機(jī)問(wèn)題經(jīng)常用到。功角特性及有功功率調(diào)節(jié)功率平衡功角的概念

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(lì)磁電勢(shì)和端電壓之間相角差。功角d對(duì)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(shí)空相量圖。圖中忽略了定子繞組的漏磁電勢(shì)，認(rèn)為≈+，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢(shì)，對(duì)應(yīng)于電樞磁勢(shì)，所以可近似認(rèn)為端電壓由合成磁勢(shì)=+所感應(yīng)。和之間的空間相角差即為和之間的時(shí)間相角差。

◆可見(jiàn)功角d在時(shí)間上表示端電壓和勵(lì)磁磁勢(shì)之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間夾角。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為電網(wǎng)電壓，其大小和頻率不變，對(duì)應(yīng)的合成磁勢(shì)總是以同步速度旋轉(zhuǎn)，因此功角的大小只能由轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的角速度決定。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，和之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(duì)應(yīng)于最大電磁功率的功角,一般來(lái)說(shuō)凸極電機(jī)的在45～90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(guò)載能力。對(duì)隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)負(fù)載后磁勢(shì)分析★空載時(shí)，同步電機(jī)中只有一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁勢(shì)，它在電樞繞組中感應(yīng)出三相對(duì)稱交流電勢(shì)，稱為勵(lì)磁電勢(shì)。

★當(dāng)電樞繞組接上三相對(duì)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(guò)的是三相對(duì)稱的交流電流，我們知道，當(dāng)三相對(duì)稱電流流過(guò)三相對(duì)稱繞組時(shí)，將會(huì)形成一個(gè)以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。

★由此可見(jiàn)，負(fù)載以后同步電機(jī)內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生又一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)--電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。因此，同步發(fā)電機(jī)接上三相對(duì)稱負(fù)載以后，電機(jī)中除了隨軸同轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)(稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁勢(shì))外，又多了一個(gè)電樞旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)(稱為電氣旋轉(zhuǎn)磁勢(shì))。

★參看異步電機(jī)篇的介紹，不難證明這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)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(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，可以用矢量加法將其合成為一個(gè)合成磁勢(shì)。

★氣隙磁場(chǎng)可以看成是由合成磁勢(shì)在電機(jī)的氣隙中建立起來(lái)的磁場(chǎng)。也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?？梢?jiàn)同步發(fā)電機(jī)負(fù)載以后，電機(jī)內(nèi)部的磁勢(shì)和磁場(chǎng)將發(fā)生顯著變化，這一變化主要由電樞磁勢(shì)的出現(xiàn)所致。電樞反應(yīng)▲電樞磁勢(shì)的存在，將使氣隙磁場(chǎng)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(huì)對(duì)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(shí)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(shí)空相量圖:1時(shí)空相量圖:3時(shí)空相量圖:如圖16.4所示的瞬間，A相繞組中感應(yīng)電勢(shì)達(dá)到最大值，此時(shí)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(shì)(三相合成磁勢(shì))的軸線在此瞬間將和A相線圈的軸線重合。

▲一般情況下，(時(shí)間相量)滯后或超前于(時(shí)間相量)y電角度時(shí)，(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(shí)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(gè)特殊的瞬間(磁極軸線和A相繞組軸線正交時(shí))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(shí)間相量,,,U和空間相量,,畫一起構(gòu)成所謂的時(shí)空相量圖(見(jiàn)圖16.4)。在時(shí)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(duì)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(shí)空相量圖(圖16.5)，可以方便地分析不同負(fù)載情況時(shí)同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的情況。y=0或者180度時(shí)和Ff之間的夾角為90度或者270度，即二者正交，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)作用在直軸上，而電樞磁勢(shì)作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢(shì)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(jiǎn)稱交磁作用。y=-90此時(shí)與之間的夾角為0，即二者同相，轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)一同作用在直軸上，方向相同，電樞反應(yīng)為純?cè)龃抛饔?，合成磁?shì)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)電抗當(dāng)三相對(duì)稱電樞電流流過(guò)電樞繞組時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電樞磁勢(shì)，將在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生跨過(guò)氣隙的電樞反應(yīng)磁通和不通過(guò)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(shì)和漏磁電勢(shì)。與電樞電流的大小成正比(不計(jì)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(shì)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(guò)磁路的磁阻成反比，磁阻與電樞磁勢(shì)軸線的位置有關(guān)。對(duì)于凸極電機(jī)而言，當(dāng)和重合時(shí)，經(jīng)過(guò)直軸氣隙和鐵心而閉合（這條磁路稱為直軸磁路），如圖16.6a所示。此時(shí)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(shí)，即和磁極的軸線垂直時(shí)，經(jīng)過(guò)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(shí)由于交軸磁路中的氣隙較長(zhǎng)，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(shí)，和之間的夾角不同，對(duì)應(yīng)的也就不同，這給分析問(wèn)題帶來(lái)了諸多不便。為了解決這一問(wèn)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)為單獨(dú)激勵(lì)直軸電樞反應(yīng)磁通，其流通路徑為直軸磁路，對(duì)應(yīng)有一個(gè)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(shì)；單獨(dú)激勵(lì)交軸電樞反應(yīng)磁通，其流通路徑為交軸磁路，對(duì)應(yīng)有一個(gè)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(shì)。電樞繞組總的電樞反應(yīng)電勢(shì)可以寫為

(16-4)

考慮到漏磁通引起的漏抗電勢(shì)=-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(shì)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(duì)于隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)，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(gè)整體參數(shù)來(lái)處理，這樣便于分析和測(cè)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(chǎng)◆對(duì)于凸極發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于定轉(zhuǎn)子間的氣隙沿整個(gè)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(gè)極面下，在一個(gè)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(lì)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(lì)磁磁勢(shì)在空間的分布為一個(gè)階梯形，受齒槽的影響,氣隙磁密呈現(xiàn)出波動(dòng)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(wú)特殊說(shuō)明，僅考慮磁通密度的基波分量。

◆感應(yīng)電勢(shì)的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關(guān)，在設(shè)計(jì)和制造電機(jī)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以獲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(shì)。在本課程以后的分析中，我們僅考慮感應(yīng)電勢(shì)的基波分量。空載特性◆當(dāng)空載運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁電勢(shì)隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。勵(lì)磁電勢(shì)的大小(有效值)與轉(zhuǎn)子每極磁通成正比，而勵(lì)磁電流的大小又和作用于同步電機(jī)磁路上的勵(lì)磁磁勢(shì)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(jiàn)，當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí)，由于磁通較小，電機(jī)磁路沒(méi)有飽和，空載特性呈直線（將其延長(zhǎng)后的射線稱為氣隙線）。隨著勵(lì)磁電流的增大，磁路逐漸飽和，磁化曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和段。為了合理地利用材料，空載額定電壓一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處，如圖中的c點(diǎn)。

◆空載特性可以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得到。試驗(yàn)測(cè)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(shì)以額定電壓為基值，取時(shí)的勵(lì)磁電流(稱為額定勵(lì)磁電流)為勵(lì)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：①將設(shè)計(jì)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(shuō)明電機(jī)設(shè)計(jì)合理，反之，則說(shuō)明該電機(jī)的磁路過(guò)于飽和或者材料沒(méi)有充分利用。②空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹)可以求取同步電機(jī)的參數(shù)。③發(fā)電廠通過(guò)測(cè)取空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。負(fù)載后磁勢(shì)分析負(fù)載后磁勢(shì)分析y=0或者180度負(fù)載后磁勢(shì)分析y=90負(fù)載后磁勢(shì)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(shí)，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(dòng)機(jī)提供的動(dòng)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(jiàn)要改變發(fā)電機(jī)輸送給電網(wǎng)的有功功率，就必須改變?cè)瓌?dòng)機(jī)提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，這一改變可以通過(guò)調(diào)節(jié)水輪機(jī)的進(jìn)水量或汽輪機(jī)的汽門來(lái)達(dá)到。

◆當(dāng)功角處于0到范圍內(nèi)時(shí)，隨著d的增大，亦增大，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(shí)，隨著d的增大，反而減小，電磁功率無(wú)法與輸入的機(jī)械功率相平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來(lái)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(dòng)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(guò)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(gè)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(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率來(lái)改變的。而且電機(jī)承擔(dān)的有功功率的極限是。當(dāng)0<d<時(shí)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)電機(jī)的勵(lì)磁電流不變時(shí)，d的變化也將無(wú)功功率的變化。無(wú)功功率隨著有功功率的增加而減少，甚至可能導(dǎo)致無(wú)功功率改變符號(hào)，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(shí)，應(yīng)該在調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率的同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率。無(wú)功功率的調(diào)節(jié)無(wú)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(wú)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(wú)功功率。

◆電網(wǎng)所供給的全部無(wú)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(huì)因?yàn)橐慌_(tái)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)。

◆如果保持原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變(即不調(diào)節(jié)原動(dòng)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(shì)變化時(shí)，隱極發(fā)電機(jī)的電勢(shì)相量圖，和的矢端必須落在直線AB和CD上。

①如果在某一勵(lì)磁電流時(shí)，正好與平行，此時(shí)無(wú)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(lì)磁。

②如果增加勵(lì)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(guò)勵(lì)狀態(tài)，輸出功率中除了有功功率外，還有滯后性的無(wú)功功率；

③如將勵(lì)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(lì)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(wú)功功率。

V形曲線◆可見(jiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以達(dá)到調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的目的。當(dāng)從某一欠勵(lì)狀態(tài)開(kāi)始增加勵(lì)磁電流時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的超前的無(wú)功功率開(kāi)始減少，電樞電流中的無(wú)功分量也開(kāi)始減少；達(dá)到正常勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，無(wú)功功率變?yōu)榱?，電樞電流中的無(wú)功分量也變?yōu)榱悖藭r(shí)；如果繼續(xù)增加勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)將輸出滯后性的無(wú)功功率，電樞電流中的無(wú)功分量又開(kāi)始增加。

◆電樞電流隨勵(lì)磁電流變化的關(guān)系表現(xiàn)為一個(gè)V形曲線。V形曲線是一簇曲線，每一條V形曲線對(duì)應(yīng)一定的有功功率。V形曲線上都有一個(gè)最低點(diǎn)，對(duì)應(yīng)cosj=0的情況。將所有的最低點(diǎn)連接起來(lái)，將得到與cosj=0對(duì)應(yīng)的曲線，該線左邊為欠勵(lì)狀態(tài)，功率因數(shù)超前，右邊為過(guò)勵(lì)狀態(tài)，功率因數(shù)滯后（見(jiàn)圖17.12）。V形曲線可以利用圖17.11所示的電勢(shì)相量圖及發(fā)電機(jī)參數(shù)大小來(lái)計(jì)算求得，亦可直接通過(guò)負(fù)載試驗(yàn)求得。同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)至電網(wǎng)◆單機(jī)供電的缺點(diǎn)是明顯的：既不能保證供電質(zhì)量(電壓和頻率的穩(wěn)定性)和可靠性(發(fā)生故障就得停電)，又無(wú)法實(shí)現(xiàn)供