28.6.2
同步发电机的功率和转矩平衡方程
同步发电机的功率流程如图所示。为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗，另一部分供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗,为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率
。如果是负载运行，定子绕组中还存在定子铜耗，＝－就是发电机的输出功率。同步发电机的功率平衡方程式为
定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，则有
转矩平衡方程式：
28.6.3
同步发电机的功角特性
◆为内功率因数角，定义为功角。它表示发电机的励磁电势
和端电压之间相角差。功角对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。
◆图中画出了同步电机的时空相量图。图中忽略了定子绕组的漏磁电势，认为≈+，对应于转子磁势，对应于电枢磁势，所以可近似认为端电压由合成磁势=+所感应。
和之间的空间相角差即为和之间的时间相角差。
◆可见功角在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运行时，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势的角速度决定。稳定运行时，和之间无相对运动，具有固定的值。
28.6.3.1
隐极同步发电机的功角特性
功角特性指的是电磁功率随功角d变化的关系曲线=f(d)的。
隐极电机
最大功率与额定功率的比值定义为同步发电机的过载能力。对隐极电机来说
28.6.3.2凸极同步发电机的功角特性
凸极电机
令可以求出对应于最大电磁功率的功角,一般来说凸极电机的在45～90之间。
28.6.4有功功率调节与静态稳定（以隐极电机为例，忽略饱和影响和电枢电阻，电网电压频率恒定）
28.6.4.1有功功率调节
当发电机并入电网但不输出有功功率时，功角，，即原动机输入的功率与各种损耗守恒。此时电机中的电流是无功电流。
以为参考相量，无功电流滞后90度。与同相位，滞后90度
如果增加原动机输入功率，则，电机加速，转子直轴磁势超前于气隙磁蜜。此时，且超前一个相角，当，使，发电机转子不再加速，说明原动机输入的功率与电磁功率和损耗功率平衡，电机将机械功率转变成电功率输出。换句话说，要想增加发电机的输出功率，就必须增加原动机的输入功率，使电机的功率角增大。但是当时，若继续增加输入功率，电机将失去自身平衡状态，导致电机失步。就是说原动机的输入功率不能无限制的增加，电机自身存在着静态稳定的问题。
28.6.4.2静态稳定
概念：电网或原动机偶然发生微小扰动时，当扰动消失后，发电机能恢复原来的稳定同步运行状态，则称为静态稳定。
判断方法：假设原动机输入有效功率为PT=P1-∑p，发电机产生的制动性质的电磁功率为Pem，此刻出现一个扰动，使输入功率增加ΔPT，从功角曲线上可以判断电磁功率也增加ΔPem，使得，电机将减速回到A点。
反之，电机运行出现扰动时，导致输入的有效功率大于输出的电磁功率，电机不能恢复稳定运行。
后，电磁功率为负值，产生拖动性质的转矩，是同步电动机运行状态。
隐极同步电机，功率角在0~90为稳定运行区，90~180为不稳定运行区。
同步电机稳定判据：；即功角增量大于零时，电磁功率增量也要大于零。
如果，称为该点为
静态稳定极限点；发电机不能稳定运行
整步功率系数：
整步转矩系数：
静态过载系数：
要求kM>1.7
28.6.5
无功功率调节和V形曲线
同步发电机与电网并联后，不但要向电网供给有功功率，而且还有与电网进行的无功功率的交换。同步发电机要增加输出的有功功率，必须增加原动机的输入功率；本节将讨论的是，同步发电机要调节输出的无功功率，不需要调节原动机的输入功率，只要调节发电机励磁。
仍然以隐极电机为例分析：
U=电网电压，忽略电枢电阻，不计饱和影响，P2=constant,Pem=constant，只调节励磁电流，分析定子电流的变化。
常数
常数
忽略电枢电阻有Pem=P2，即常数，即可以根据此式分析If
or
E0对I的影响。
根据隐极电机电势方程式，画出相量图。
通过调节励磁电流调节无功功率得方法分以下几种情况讨论：
（1）
U与I同相位
cosφ=1,（2）
增加励磁电流
（3）
减小励磁电流
（4）
再减小励磁电流
28.7
同步电动机的运行特性
28.7.1
同步电动机的电势方程式和相量图
按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功功率的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机为例：
同步电动机分析时采用电动机惯例。则电流I超前端电压U（从电网吸收超前的容性电流），励磁电动势E0滞后与电压U，φ和θ角为正值，产生的电磁功率也为正值。电动势平衡方程式分别为：
根据电动势方程可以画出相量图
28.7.2
同步电动机的功角特性和有功功率调节
功角特性和功率平衡方程
电动机运行时，E0滞后端电压U的功角θ为正值，同样有：
28.7.3
同步电动机的无功功率的调节和V形曲线
1.正常励磁
2.过励磁
3.欠励磁
与同步发电机相似,当同步电动机的输入有功功率恒定而调节励磁电流时,也有三种励磁状态,“正常励磁”时,电动机没有无功功率输出；“过励”时电动机从电网吸收容性无功（或发出感性无功）;“欠励”时电动机从电网吸收感性无功（或发出容性无功）.也可以调节无功功率.28.7.4
同步电动机的起动方法
28.8
同步电机的励磁系统
励磁电流：同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入的直流电流
励磁方式：指同步电机获得直流励磁电流的方式
励磁系统：供给励磁电流的整个系统
励磁系统是同步电机的一个重要组成部分。它直接影响同步电机的运行可靠性和经济性，并对同步电机的运行特性如电压主调整率、短路特性、过载能力等有重大影响。
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