同步发电机功角特性优化差异性优化

1.凸极电机功角特性

对于凸极发电机，电枢绕组电阻远小于同步电抗，可忽略不计，则电磁功率等于输出功率，即

由简化相量图，不计饱和时

将式（3.36）代入式（3.35）可得

式中：为基本电磁功率；为附加电磁功率，附加电磁功率是由于交轴和直轴的磁阻不同而引起的。

式（3.37）表示，在恒定励磁和恒定电网电压（即E0=常数，U=常数）时，电磁功率的大小只取决于功率角δ，PM=f（δ）称为同步发电机的功角特性。如图3.36所示，为凸极同步发电机的功角特性曲线。

图3.36　凸极同步发电机的功角特性

1—基本电磁功率；2—附加电磁功率；3—凸极同步发电机的电磁功率(www.xing528.com)

由凸极同步发电机的功角特性可知，由于xd≠xq，附加的电磁功率不为零，且在δ=45°时，附加电磁功率达到最大值，如图3.36中的曲线2，这部分功率与E0无关。凸极同步发电机的功角特性即是基本电磁功率图3.36中的曲线1和附加电磁功率特性曲线相加，如图3.36中的曲线3。凸极电机的最大电磁功率比具有同样E0、U和xd（即xt）的隐极电机稍大一些，并且在δ＜90°时出现。

2.隐极电机功角特性

对于隐极发电机，由于xq=xd=xt，因此只有基本电磁功率，则功角特性表达式为

隐极同步发电机的功角特性曲线PM=f（δ）如图3.37所示，当隐极同步发电机与系统并联运行时，系统电压U和频率是恒定的，若励磁电流不变，则空载电动势也是不变的，因此电磁功率即发电机的输出功率是功角δ的正弦函数。当δ=90°时，电磁功率达到极限值；当δ＞180°时，电磁功率由正值变为负值，此时发电机不再向系统输出有功功率，而是向系统吸收有功功率，则同步电机转入电动机运行状态。

由以上分析可知，功角δ是研究同步发电机并联运行的一个重要物理量。功角δ具有双重的物理意义：一是励磁电动势和端电压两个时间相量之间的夹角；二是励磁磁动势和定子合成等效磁动势 空间相量之间的夹角。

由图3.38可见，电机的合成气隙磁场在转子内沿主极轴线逐渐扭斜，功角δ则反映了气隙合成磁场扭斜的角度。功角δ愈大则磁场所产生的磁拉力愈大，相应的电磁功率和电磁转矩也愈大。

图3.37　隐极同步发电机的功角特性

图3.38　功角的物理意义

综上所述，功率角δ不仅决定了发电机并联运行时的输出功率，而且还反映了转子运动相对的空间位置，通过功率角δ把同步电机的电磁变化关系和机械运动紧密地联系起来。同步发电机转子相对位置变化，引起发电机有功功率的变化；相反，转子的相对空间位置又受到电磁过程的制约。