《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 4.2.3 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率和功角特性

同步發(fā)電機(jī)的電磁功率和功角特性同步電機(jī)輸入功率P1機(jī)械損耗pΩ附加損耗pΔ鐵芯損耗pFe電磁功率PM定子銅損pcu輸出功率P2勵(lì)磁損耗pCuf

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸入的機(jī)械功率，通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)換為電功率輸送給負(fù)載。發(fā)電機(jī)能量傳遞過程，如圖所示:功率傳遞過程p0為空載損耗

因?yàn)楣β屎娃D(zhuǎn)矩間存在如下關(guān)系：P=TΩ,其中Ω=2πn/60為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度。因此（1）式左右兩邊同除以Ω得：電磁功率T1:從原動(dòng)機(jī)輸入的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T:發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩T0:發(fā)電機(jī)的空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(1)電磁功率PM:

由于在大型同步發(fā)電機(jī)中定子銅耗極小，為了分析簡單，常常忽略，因此：因?yàn)?，則又因?yàn)殡姶殴β?2)輸出功率P2:所以對于凸極同步發(fā)電機(jī):最后：可得電磁功率PM為附加電磁功率是由于直軸、交軸磁阻不同引起的，它與勵(lì)磁無關(guān)，故也稱磁阻功率。電磁功率PM''：附加電磁功率PM'：基本電磁功率

對于隱極同步發(fā)電機(jī)，由于Xd=Xq=Xt，所以只有基本電磁功率，即功角特性：并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率一定、參數(shù)（Xd,Xq,Xt）為常數(shù)、空載電動(dòng)勢E0不變（即If不變）時(shí)，PM=f(δ)。(1)隱極(汽輪)同步發(fā)電機(jī)的功角特性功角特性（1）電磁功率PM與δ的正弦函數(shù)sinδ成正比；（2）δ在00~900范圍內(nèi)時(shí)，隨著功角δ增大，電磁功率PM將增大；（3）δ=900時(shí)，電磁功率達(dá)到最大；(1)隱極(汽輪)同步發(fā)電機(jī)的功角特性（4）當(dāng)δ在900~1800范圍內(nèi)時(shí)，隨著功角δ增大，電磁功率PM將減??；（5）當(dāng)δ=1800時(shí)，電磁功率為零。（6）當(dāng)δ超過1800時(shí)，電磁功率PM為負(fù)值，這說明同步電機(jī)不向電力系統(tǒng)輸送有功功率，而是從電力系統(tǒng)吸收有功功率，同步電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。功角特性(2)凸極(水輪)同步發(fā)電機(jī)的功角特性水輪發(fā)電機(jī)的功角特性分兩部分:δPM18000900PMmaxδM結(jié)論:在δ<900時(shí)達(dá)到功率極限值。附加電磁功率的特點(diǎn):功角特性(3)兩種同步發(fā)電機(jī)功角特性的區(qū)別功角特性(4)功角δ的雙重物理意義

一是空載電動(dòng)勢E0和端電壓U兩個(gè)時(shí)間相量之間的夾角，如圖所示；δ

二是主極勵(lì)磁磁動(dòng)勢Ff(Φ0)軸線和合成等效磁動(dòng)勢FR(ΦR)軸線兩個(gè)空間相量之間的夾角，如圖所示。δ功角特性功角特性δδ

故:夾角δ的存在使得轉(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曲了，產(chǎn)生了磁拉力。在勵(lì)磁電流不變時(shí)，功角δ愈大，則磁拉力也愈大，相應(yīng)的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩也愈大。(4)功角δ的雙重物理意義

可見，功角δ是研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，它不僅決定了發(fā)電機(jī)輸出有功功率的大小，而且還反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對空間位置，通過它把同步電機(jī)的電磁關(guān)系和機(jī)械運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來。功角特性(4)功角δ的雙重物理意義

這樣，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因有原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服定子合成磁極的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而作功，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，即將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵?。δ?、什么是同步電機(jī)的功角特性？δ角有什么意義？答：當(dāng)電網(wǎng)電壓U和頻率f恒定，參數(shù)Xd和Xq為常數(shù)、勵(lì)磁電動(dòng)勢E0不變時(shí)，同步電機(jī)的電磁功率只決定于相量E0與U的夾角δ，δ稱為功率角，P=f(δ)為同步電機(jī)的功角特性。由于電機(jī)的漏