同步电动机的功角特性(精)
同步发电机功角的含义
同步发电机功角的含义
同步发电机功角是指发电机与电网系统之间的相位差。
在电网运行中，发电机需要与电网同步运行，以保持供电稳定。
功角是衡量发电机与电网同步运行的重要参数之一。
功角是通过测量电网电压和电流的相位差来计算得出的。
当发电机与电网的功角为零时，两者的相位完全同步，电压和电流波形一致。
如果功角偏离零度，表明发电机与电网的相位存在偏差，可能会导致电网不稳定甚至发生故障。
同步发电机功角的含义在于确定发电机运行的稳定性。
当功角偏离零度时，发电机会产生不平衡的电磁力，这可能导致发电机与电网的失去同步，电压和频率的波动。
因此，保持发电机功角接近零是确保电网稳定运行的关键。
要保持发电机功角稳定，需要对发电机进行准确的控制。
电力系统中的自动控制装置可以监测和调整功角，以确保发电机与电网同步运行。
这些控制装置可根据电网的需求对发电机的励磁系统进行调节，使功角接近零。
需要指出的是，同步发电机功角不同于功因角，后者是指电力系统中的功率因数。
功角是指发电机与电网的相位差，而功因角是指电压和电流之间的相位差。
这两个角度的概念和计算方式有所不同。
总结而言，同步发电机功角是指发电机与电网之间的相位差，它对电网的稳定性至关重要。
保持发电机功角接近零是确保电网运行稳定的关键。
在电力系统中，可以通过自动控制装置对发电机的励磁系统进行调节，以实现稳定的功角。
(完整版)凸极同步发电机的功角特性PPT文档
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2 凸极同步发电机的功角特性
凸极机的有功功角特性
1. 凸极机的有功功角特性 发电机E0和U保持不变，电磁功率Pem与功角θ的关系
Electrical Machinery
凸极机的有功功角特性
凸极机的有功功角特性
P P m UI cos 凸极同步发电机的功角特性
2 凸极同步发电e机m的功角特性2
mUIcos( )
凸极机的有功功角特性
mUI cos 2 凸极同步发电机的功角特性
Pem=f（θ）
cos
mUIsin
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Iq xq U sin Id xd E0 U cos
E0
jId xd jIq xq
U
Iq Icos
I
Id Isin
重庆电力高等专科学校
7.2.2 凸极同步发电机的功角特性
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1. 凸极机的有功功角特性
2 凸极同步发电机的功角特性
凸极同步发电机的功角特性
凸极机的有功功角特性
E U 凸极机的有功功角特性
0
P m sin 2 凸极同步发电e机m的功角特性
x 2 凸极同步发电机的功角特性 d
mU 2 ( 1 1 )sin 2 2 xq xd
2 凸极同步发电机的功角特性
重庆电力高等专科学校 Electrical Machinery
电机学
凸极同步发电机的功角特性
7.2.2 凸极同步发电机的功角特性
发电机E0和U保持不变，电磁功率率Pem与功角θ的关系
凸极机的有功功角特性
P =f（θ） Pem=f（θ）
凸极同步发电机的功角特性 Electrical Machinery
2 凸极同步发电机的功角特性
电机学同步电机部分知识点总结
二、 对称负载时的电枢反应
1. 同步电机空载时，气隙磁场就是由励磁磁动势所产生的同步旋转的主磁场， 在定子绕组中只感应有空载电动势，因为定子电流为 0，所以端电压就等于 空载电动势。带上对称负载以后，定子绕组流过负载电流时，电枢绕组就会 产生电枢磁动势以及相应的电枢磁场，若仅考虑其基波，则它与转子同向、 同速旋转，它的存在使空气隙磁动势分布发生变化，从而使空气隙磁场以及 绕组中的感应电动势发生变化，这种现象称为电枢反应。
因此，与之对应有直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，再把电枢反应电 抗与漏抗相加，可得直轴同步电抗和交轴同步电抗。
四、同步发电机的参数及测定 1.不饱和同步电抗和饱和同步电抗：不饱和同步电抗的数值要比饱和同步电抗的 数值大得多。（因为饱和时，磁阻大，电抗就小）（有一规律：气隙大，磁阻就大， 电抗就小） 2.漏抗的测定和保梯电抗（电抗三角形） （1）负载特性：当电枢电流及功率因数均为常数时，端电压与励磁电流之间的 关系曲线 U=f(If)称为负载特性。
同步电机的基本原理和运行特性
一、 同步电机（电机转子的转速和旋转磁场转速相同）的结构
转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流后，电机内就产生转 子磁场。同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋 转磁极式电机。
旋转磁极式同步电机的转子有隐极和凸极两种结构，隐极电机的气隙均匀， 凸极电机的气隙不均匀（极弧下较小，而极间较大）。
6. 由内功率因数角判断同步电机的运行方式。
三、 隐极+凸极同步发电机的分析方法
1.电枢反应电抗的物理意义：电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢反应 电动势 ，可以把它看作相电流所产生的一个电抗电压降，这个电抗便是电枢 反应电抗 。 2.同步电抗： = + ,包含两部分，一部分对应于定子绕组的漏磁通，另 一部分对应于定子电流所产生的电枢反应磁通。在实用上，我们通常不把它们分 开，而是把 + 当作一个同步电抗来处理。
发电机功角特性详细
发电机功角特性详细功率平衡◆同步发电机的功率流程如图17.6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(17-1)定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，则有(17-2) 功角的概念◆?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17.7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。
功角特性◆功角特性指的是电磁功率随功角?变化的关系曲线=f(?)的。
◆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。
◆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。
对隐极电机来说有功功率的调节◆功角特性=f(?)反映了同步发电机的电磁功率随着功角变化的情况。
稳态运行时，同步发电机的转速由电网的频率决定，恒等于同步转速，即，发电机的电磁转矩和电磁功率之间成正比关系：电磁转矩与原动机提供的动力转矩相平衡其中为空载转矩因摩擦、风阻等引起的阻力转矩）。
◆可见要改变发电机输送给电网的有功功率，就必须改变原动机提供的动力转矩，这一改变可以通过调节水轮机的进水量或汽轮机的汽门来达到。
电机与拖动基础 第2版 (许建国 著) 高等教育出版社 第四章 课后答案
第四章4 .1 如果电源频率是可调的,当频率为50 Hz 及40 Hz 时,六极同步电动机的转速各 是多少? 解: n =1n =pf 160六极同步电动机P=3,当1f =50HZ 时,min /100035060r n =⨯=; 当1f =40HZ 时,min /80034060r n =⨯=4 . 2 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中是否存在感应电动势?在起动过程中 是否存在感应电动势?为什么?答: 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中不存在感应电动势。
正常运行时转子的转速等于定子旋转磁场的转速,转子励磁绕组与定子旋转磁场之间没有相对切割运动,所以转子励磁绕组中不会产生感应电动势。
在起动过程中转子励磁绕组中存在感应电动势,因为起动时转子的转速低于定子旋转磁场的转速,转子励磁绕组与定子旋转磁场之间有相对切割运动,所以转子励磁绕组中会产生感应电动势。
4 . 3 为什么异步电动机不能以同步转速运行而同步电动机能以同步转速运行?答: 若异步电动机以同步转速运行,则转子的转速等于定子旋转磁场的转速,两者之间没有相对切割运动,在转子绕组中不会产生感应电动势,没有电流,没有电磁转矩,异步电动机不能运行,所以异步电动机不能以同步转速运行。
同步电动机的定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场,而转子励磁绕组通入直流电产生恒定磁场,只有当转子转速等于同步转速时,同步电动机才能产生固定方向的电磁转矩,从而带动负载运行;如果转子转速不等于同步转速,则产生的电磁转矩的方向是交变的,时而是顺时针方向,时而是逆时针方向,平均电磁转矩为零,所以同步电动机只能以同步转速运行。
4 . 4 为什么要把凸极同步电动机的电枢磁动势aF 和电枢电流I 分解为直轴和交轴两个分量?答: 凸极同步电动机结构上的特点是转子具有明显突出的磁极,使得定、转子之间的气隙是不均匀的,这给分析工作带来困难。
为便于分析,在转子上放置垂直的两根轴,即直轴和交轴,直轴与转子轴线重合,交轴与转子轴线垂直,这样使得沿直轴或交轴方向的磁路是对称的,同时由于直轴与交轴互相垂直,计算直轴方向的磁通时不必考虑交轴磁动势的影响,同样,计算交轴方向的磁通时也不必考虑直轴磁动势的影响,可使计算工作简化,所以常把凸极同步电动机的电枢磁动势aF 和电枢电流I 分解为直轴和交轴两个分量。
发电机功角特性
发电机功角特性同步发电机的功角特性是指发电机的有功功率(P)、无功功率(Q)与发电机电抗(Xd、Xq)、内电动势(Ed)、机端电压(U)和功角(δ)的关系特性。
(1) 发电机功角特性。
1)有功特性：发电机输出的有功功率为：P = Ed*U*Sinδ/Xd + U2*Sin2δ*(1/Xq – 1/Xd)/22)无功特性：发电机输出的无功功率为Q = Ed*U*Cosδ/Xd + U2*Cos2δ*(1/Xq – 1/Xd)/2 - U2*(1/Xq + 1/Xd)/2(2)隐极发电机功角特性。
对于隐极发电机，取Xd = Xq。
1) 有功特性：发电机输出的有功功率为P = Ed*U*Sinδ/XdP代表发电机输出的有功功率，对发电机产生制动的电磁转矩。
在一定的电压和励磁电流下，发电机的有功功率P与功角多是函数关系。
2) 无功特性：发电机输出的无功功率为Q = Ed*U*Cosδ/Xd + U2/Xd式中第一项与Ed和δ有关，它表示由转子励磁经电磁感应传递到定子的无功功率，值随δ角的余弦而改变。
由于U*Cosδ = Ed – Id*Xd，则上式第一项可改写为Ed2/Xd – Ed*Id第二项与Ed和δ无关，它代表发电机维持一定端电压U所需励磁的无功功率。
因为Ed = U*Costδ + Id*Xd，故Q = Ed*Id – Id2*Xd，即供给电网的无功功率等于主磁通转换的无功功率减去电枢绕组电感的无功损耗。
由此可见，增加发电机的励磁电流(即加大Ed)，便可增大发电机的无功输出。
对于隐极发电机，取Xd = Xq。
此时发电机输出的有功功率为P = Ed*U*Sinδ/Xd但当δ = 90°时，P为最大功率（即极限功率）。
功角特性是同步发电机的基本特性之一。
通过功角特性，可以确定稳态运行时发电机所能发出的最大电磁功率。
功角特性还是研究同步发电机并联运行时经常应用的重要特性。
功角的物理含义功角有两重含义：一是表示E和U这两个时间相量之间的时间相位差角；二是表示产生E0的主磁极磁势Ff与产生端电压U的定子合成磁势Fu之间的空间相位角，即转子磁极轴线与定子合成等效磁极轴线之间的空间夹角(电角度)。
同步发电机的稳态功角特性习题(精)
第2节 同步发电机的稳态功角特性一、填空题1、同步电机的功角θ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和 空间夹角。
2、同步发电机最大电磁转矩与 电抗有关，异步电机最大电磁转矩与 电抗有关，而与转子 无关。
3、汽轮同步发电机稳定极限角θ ，水轮同步发电机稳定极限角θ （填角度的大小范围）二、选择题1、对同步电机电磁转矩最大值起主要影响的电抗是（ ）。
（A ）定子漏抗δx ；（B ）同步电抗t x ;(C)电枢反应电抗a x ;2、与无穷大电网并联运行的一台凸极式同步发电机,若失去励磁后,电机的最大电磁功率出现在功角δ为（ ）。
(A)δ=0°(B)δ=45°(C)δ=90°(D)45°<δ<90°3、发电机绕组中流过电流之后，就在绕组的导体内产生损耗而发热，这种损耗称为( )。
（A ）铁损耗；（B ）铜损耗；（C ）涡流损耗；（D ）其它损耗。
三、问答题1、写出隐极同步发电机的有功功率角特性方程，并画出功角特性曲线。
2、同步发电机功率极限取决于什么？如何提高？3、同步发电机的功角在时间和空间上各有什么含义？四、计算题设有一凸极式同步发电机，Y 接线，Ω=Ω=9.0,2.1q d x x ，和它相连的无穷大电网的线电压为230V ，额定运行时024=N δ，每相空载电动势V E 5.2250=，求该发电机：1）在额定运行时的基本电磁功率；2）在额定运行时的附加电磁功率；3）在额定运行时的总的电磁功率；4）在额定运行时的比整步功率；参考答案一、填空题1、主极轴线 气隙合成磁场轴线 空载电动势 端电压2、同步 漏 电阻3、 90= 90<二、选择题1、（B ）2、（B ）3、（B ）三、问答题1、省略。
2、以隐极同步发电机为例，功率极限t em x U E m P 0max =，因电网电压C U =，故其功率极限取决于空载电动势()f I E 0和同步电抗x t提高方法：①运行中可增加励磁电流（既增大空载电动势0E ）；②在设计制造时可减小同步电抗（既增大气隙等）。
第十二章 同步电机的基本理论和运行特性
义？
• 空间矢量和时间相量的物理意义有何区别？同步电机中哪 些量是空间矢量，哪些量是时间相量？ • 何谓时空矢量图？同步发电机空载时的时空矢量图？ • 电压波形正弦畸变率的定义是什么？
§12.4 对称负载时的电枢反应
电枢反应的概念 电机带负载后，电枢电流产生的磁场将使空载气隙磁 场的分布发生变化，从而使绕组中的感应电动势发生 变化，这种现象称为电枢反应。 三个特殊角
第四篇同步电机福州大学电气工程与自动化学院电机学教研组电机学多媒体课件系列20068第十二章同步电机的基本理论和运行特性第十二章同步电机的基本理论和运行特性121同步电机的结构122同步电机的励磁系统123同步电机的空载运行124对称负载时的电枢反应125隐极同步发电机的分析方法126凸极同步发电机的分析方法127电枢绕组的漏抗128同步发电机的空载短路和负载特性129同步发电机的参数及测定1210同步发电机的稳态运行特性121同步电机的结构1基本特点根据电磁感应原理工作的交流旋转电机转子转速固定为同步转速2主要用途主要作发电机电动机无需调速低速大功率机械改善功率因数补偿机空转的同步电动机向电网输送无功功率一同步电机的基本工作原理a同步发电机原动机拖动转子转子磁场切割定子绕组感应三相交流电势转子加直流励磁定子铁芯电枢绕组交流转子铁芯励磁绕组直流相电势大小
0
E0
思考：相量 图和矢量图 的区别？
时空矢量图的定义：将具有相同角速度的空间矢量和 时间相量画在同一坐标即为时空矢量图。
同步电机空载时的时空矢量图
时间相量和空间矢量都以相绕组轴线作为参考轴。
A相轴/时轴/交轴
Z
B
ω1=2πf
E0
A
N
S
直轴
X
Ff
φ0
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矩Tem 随负载的增大而减小，同步电动机显
然时则，不稳能定 稳裕角定量越运越小行大、。、最在过大负电载载磁能转转力矩矩越大TTmL。实越际大一定，应
用时，常常通过增大励磁电流（使 E0 增大）
来增大同步电动机的稳定裕量和过载能力，
如图7.6中虚线所示。
图7.6 隐极式同步电动机 的矩角特性
由于
角是每相电枢电压
U 1
与励磁电势
E 0
的相位差，U 1(U1
E0 Ea E )、 E0
分别是气隙合成磁动势 F 、励磁磁动势 Ff 所产生的磁通而感应的电势，因
此 角也可以近似地看成气隙合成磁动势 F 与励磁磁动势 Ff 轴线在空间上的
电角度差。在电源电压 U1 和励磁电流一定时，如果负载增大，则要求同步电
动机的输入功率 P1 增大，即要求电磁功率Pem 增大。
图7.4 隐极式同步电动机 的相量图（忽略ra时）
图7.5 隐极式同步电动 机的功角特性
同步电动机的功角特性（续2）
由式（7-8）看出， 角也应随负载的
增大而增大，说明气隙合成磁动势 F 与励 磁磁动势 Ff 在空间上的电角度差随负载的
增大而增大，即气隙间的磁拉力随负载的
增大而增大。这就是 角的物理意义。
由式（7-8）容易得到电磁转矩与角之
间的关系
T
UE 3 10
sin
em
x
（7-9）
t
1
式中 1 ——同步角速度
T f ( ) em
电 磁 转 矩 Tem 与 角 的 关 系 曲
线T f ( )称为同步电动机的矩角特性，如 图7.em6所示。从图中看出：00 900 时，电磁 转矩 Tem 随负载的增大而增大，同步电动 机的运行是稳定的；900 1800 时，电磁转
7.3 同步电动机的功角特性
同步电动机运行时，从电源吸收的电功率 P1 ，除一 小部分消耗在电枢绕组外，其余部分都通过气隙传递到
转子。通过电磁作用传递到转子的功率，就是同步电动
机的电磁功率 Pem 。忽略电枢电阻时，同步电动机的电
磁功率为
Pem P1 3U1I1 cos
（7-6）
式中 ——电枢的功率因数角
忽略电枢电阻时的隐极式同步电动机相量图如图
7.4所示。在图中，使 OA 的延长线与 EC 的延长线交于B 点，OB与 EB 是垂直的；过E点作一条与OC 的延长线交于 D点的垂直线。根据图中的几何关系，有
CED BOC
EC cos OE sin
即
xt I1 cos E0 sin
（7-7）
同步电动机的功角特性（续1） Nhomakorabea将式（7-7）代入式（7-6），得
Pem
3U1I1
cos
3 U1E0 xt
s in
（7-8）
式（7-8）说明，在电源电压U1 和励磁电流一定时，电磁功率Pem 只与 角有
Pem 关， 与 的关系Pcm曲 f线( )
称为同步电动机的功角特性，如图7.5所示。