第六章同步电机

第六章同步电机6.1

同步电机的基本结构和运行状态6.2空载和负载时同步发电机的磁场6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图6.5同步发电机的功率方程和转矩方程6.6同步电机参数的测定6.7同步发电机的运行特性6.1

同步电机的基本结构和运行状态

同步电机一、同步电机的基本结构

旋转电枢式

旋转磁极式

隐极式（Salient-pole）

凸极式（Cylindrical-Rotor）

汽轮机同步发电机励磁机火电厂(heat-engineplant)的生产现场汽轮发电机结构大亚湾核电站发电机组岭澳一期核电站发电机组国产300MW汽轮发电机外(turbonator)形结构图用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为3000r/min。一般汽轮发电机转子长度L和定子内径D之比为2-6.5。隐极式同步发电机1.定子(stator)机座(baseframe)、端盖(endclosure)、定子铁心(statorcore)和定子绕组(statorwindings)等。大型汽轮发电机定子铁心槽汽轮发电机完工后的定子汽轮发电机结构发电机定子（1）机座和端盖机座的作用：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上。机座内部有冷却风道。汽轮发电机机座一般采用钢板焊接而成。对机座的要求，除了使安装、运输方便外，还需要有足够的强度和刚度。正常和故障时能承受可能发生的最大应力，保证不产生不允许的变形。汽轮发电机结构端盖的作用:保护定子和转子的端部，使电机内形成一个与外界隔绝的风路系统。一般用钢板焊接结构，也可采用灰铸铁或硅铝合金铸件，中等容量的电机端盖也有采用玻璃钢压制的。有足够的刚度。对于大型同步电机，由于端部漏磁通较大，所以固定端盖的螺栓宜加以绝缘，以防止漏磁通引起的涡流流过螺栓而使其发热。（1）机座和端盖汽轮发电机结构汽轮发电机结构定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢片叠成。各段叠片间有宽约10mm的通风槽，以改善定子铁心散热。定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m时，采用扇形冲片,目的是减少漏磁,防止涡流引起过热。定子铁心两端用非磁性材料压板将其压紧，将整个铁心固定在定子机座上。沿定子铁心内圆表面的槽内放置三相定子绕组。（2）定子铁心思考：定子铁心为什么要用0.5mm的硅钢片叠裝？

（2）定子铁心汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘强度，一般采用B级或F级绝缘。（3）定子绕组也称电枢绕组，一般采用双层三相对称绕组。为便于绕组下线，定子槽采用矩形开口槽，定子绕组放入槽中后，槽口用槽楔封住，槽楔常用绝缘材料(如玻璃布板)做成。大型电机定子电流极大，要求绕组导线有较大的截面积。为减小导体集肤效应带来的附加损耗，定子绕组常由多股截面15平方毫米以下的扁铜线并绕而成，且沿槽长进行适当的换位，使绕组的有效部分，有时甚至连同绕组的端接部分，成为编织形。汽轮发电机结构定子绕组下线定子绕组端部

定子绕组端部接头定子端部

2．转子汽轮发电机结构转子组成转子铁芯励磁绕组阻尼绕组紧固件风扇功能：传递原动机供给的机械能、支撑旋转的励磁线圈、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此对转子结构、材料和加工工艺要求较高。转子绕组的通风口

护环

中心环

风扇

汽轮发电机转子外形发

电

机

转

子（1）转子铁心既有良好导磁性能，又有足够机械强度和刚度，是汽轮发电机的最关键部件之一。一般采用优质合金钢锻制而成，在铁心上开有两组对称的槽，槽与槽之间的部分称为齿，有两个齿特别宽称为大齿，其余的叫小齿。小齿嵌放励磁线圈，大齿形成磁极。大型电机有时为了加强转子表面的冷却，在大齿区也开有一些较小的槽并不安放线圈，而只作通风之用，这种槽称为通风槽。汽轮发电机结构转子铁心

大型两极汽轮发电机转子，当长度与直径的比值较大时，为了减小倍频振动的影响，常在大齿部分沿轴向每隔一定距离开有径向月牙槽，使大齿方向与小齿方向的刚度尽可能接近。有的电机在大齿开有槽，内装阻尼绕组(dampingwindings)，阻尼绕组构成自行短接的半鼠笼结构，用来改善发电机的稳定运行。（1）转子铁心汽轮发电机结构转子铁心结构（2）励磁绕组汽轮发电机结构由矩形绝缘扁铜线绕成同心式线圈，两线圈边分别放在大齿两侧所开的槽内，所有线圈串联。励磁绕组构成电机直流回路，通过电刷与外电路连接。各线圈匝间有绝缘，对地也有绝缘。（3）护环和中心环汽轮发电机转子绕组的端部在高速旋转中将承受巨大的离心力，并在通过励磁电流时产生热膨胀，造成径向和轴向位移．护环用来套在转子绕组瑞部外面，防止径向位移，而中心环则用来阻止轴向位移。为了避免因护环偏心引起的振动以及不对称运行或异步运行时因转子表面感应电流引起配合面上的电灼伤，要求护环与转子本体、护环与中心环之间有较紧密的配合。汽轮发电机结构转子绕组的通风口

护环

中心环

风扇

汽轮发电机转子外形转子线圈装配发电机转子装配汽轮发电机结构一种短路绕组，大型电机有。由放在槽楔下的铜条和转子两端铜环焊接成闭合回路。作用：在同步发电机短路或不对称运行时，利用其感应电流来削弱负序旋转磁场作用；发电机振荡时起阻尼作用，使振荡衰减。阻尼绕组以汽轮同步发电机为例，它的冷却系统都是封闭的，冷却介质都是循环使用的。常用的冷却介质有空气、氢气和水。冷却方式有：空气冷却；水-氢-氢，即定子绕组用水冷却，转子绕组采用氢内冷，定子铁心为氢冷；水-水-氢，即定子绕组和转子绕组用水冷却，定子铁心为氢冷。由于氢气的密度仅为空气的1/4，导热性能比空气好6倍，其冷却效果比空气好，所以，大容量同步发电机采用水-氢-氢。同步发电机的冷却方式5.其他部件滑环与电刷：将直流电引入到转动的励磁绕组。滑环或称集电环，一般用耐磨的锻钢制成，表面进行硬度处理，加工完的滑环表面要求光洁。汽轮发电机一般采用石墨或电化石墨电刷。虽然每种电刷以石墨粉作为主要原料，但是含量和工艺的不同，在导电率、比重、硬度、强度、伏安特性等方面有不同的性能。为使两滑环磨损均匀，在运行中要定期改变滑环的极性。电刷放在刷盒内，刷盒内有弹簧给电刷一个均匀的压力，以防止电刷正运行时发生振动，使其与滑环间保持有良好的滑动接触。风扇：电机内部通风冷却．一般装在转子两瑞，当发电机运行时，风扇随转子而转动，使冷却气体流过线圈和铁心，带走热量。

汽轮发电机结构发电机总装凸极式同步发电机用途：多用于水轮发电机。一般水轮发电机转子长度L和定子内径D之比为0.125-0.07。水轮发电机(hydro-generator)的主要结构型式有卧式、立式和灯泡贯流式。通常小容量水轮发电机多采用卧式结构，中等容量水轮发电机采用立式或卧式结构，而大容量水轮发电机则广泛采用立式结构。水轮发电机结构

（a）立式水轮发电机(b)卧式水轮发电机(c)灯泡贯流式水轮发电机水轮发电机的三种结构形式立式水轮发电机分为：悬吊式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬吊式，位于转子下部的统称为伞式。水轮发电机的结构型式对电站主厂房高度、起重机容量、机组本身技术经济指标、运行稳定性以及检修等方面都有直接影响，必须立足全局，对各种因素加以综合考虑后作出判断。一般低速大容量水轮发电机采用伞式，因为伞式机组总高度比悬吊式低，可降低电站主厂房高度和减轻机组重量。水轮发电机结构伞式机组推力轴承直径较大，轴承损耗比悬吊式大。悬吊式机组适用于中、高速机组，优点是：机组径向机械稳定性较好、轴承损耗较小和维护检修方便。水轮发电机起动和投入并联所需时间较短，运行调度较灵活，电力系统中，除可用来担负基本负载外，还常用作调峰或作调相运行。一般采用空气冷却，容量相当大的发电机才考虑采用水内冷却方式。水轮发电机结构水轮发电机结构

转子定子机架推力轴承

1.定子水轮发电机结构

机座定子铁心定子绕组定子铁心：扇形硅钢片叠成。铁心在叠装过程中将每层扇形片间接缝错开。厚度30~60mm留出一冷却风道。铁心固定在机座内圆支持筋上，机座外壳与铁心外圆之间留有通风道。铁心内圆均匀分布有槽，槽内放置定子绕组。定子绕组：水轮发电机极数较多，每极每相槽数较小，为了改替电动势波形，广泛采用分数槽绕组。对于大容量的水轮发电机，为节省极间连接线．一般采用单匝波绕组，因此上、下层导线可用两根线棒分别制造，嵌线后再连接起来。

1.定子水轮发电机结构水轮发电机定子分段铁心三峡电站发电机定子2.转子凸极式，直径大，轴向长度相对较短，整个转子呈扁盘形。带阻尼绕组的凸极同步机转子

水轮发电机结构三峡电站发电机转子(1100t)

重792t、直径为16.9m的1、2＃发电机转子葛洲坝大江电厂主发电机2.转子水轮发电机结构

转轴励磁线圈转子支架磁轭磁极2.转子水轮发电机结构大中型采用空心，高强度钢锻造而成。转轴1-1.5mm钢板冲片叠成。磁极采用绝缘扁铜线绕制，套装在极上。励磁绕组2.转子水轮发电机结构装在极靴部位，减少并联运行时转子振荡的振幅，中小容量电机磁极铁心是整体的，一般无阻尼绕组。阻尼绕组磁轭是磁路的一部分，磁极固定在其圆柱表面，磁轭和转子间用支架支撑。磁轭与支架2.转子水轮发电机结构导轴承：约束轴线位移和防止轴摆动，承受径向力。推力轴承：承受转动部分全部重量及轴向水推力，水轮机关键部件。轴承磁极与磁轭的连接凸极同步电机的转子磁极与转子绕组水轮发电机也有滑环、电刷、风扇以及相应的冷却装置。二、同步电机的运行状态发电机——把机械能转换为电能

电动机——把电能转换为机械能补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率

同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角

6.1

同步电机的基本结构和运行状态

NNoNoNoNNSoSoSSSSo主极主极发电机补偿机电动机同步电机的三种运行状态三、同步电机的励磁方式直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。

如图6—9所示

整流器励磁————静止式——如图6-10旋转式6.1

同步电机的基本结构和运行状态

额定容SN——指额定运行时电机的输辅出功率

额定电压UN——指额定运行时定子的线电压

额定电流IN——指额定运行时定子的线电流

额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数额定频率fN——指额定运行时电枢的频率额定转速nN——指额定运行时电机的转速，即为同步转速

四、额定值6.1

同步电机的基本结构和运行状态

返回

空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。图6—l1表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。6.2空载和负载时同步发电机的磁场一、空载运行6.2空载和负载时同步发电机的磁场一、空载运行（续）当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）

空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—12所示二、对称负载时的电枢反应电枢磁动势的基波在气隙中所产生的磁场就称为电枢反应。电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激磁电动势E0和扭载电流I之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内功率因数角)。下面分成两种情况来分析。。。。。

6.2空载和负载时同步发电机的磁场与同相时a)定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图与同相时b)时间矢量图与同相时c)时-空统一矢量图与同相时d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置与不同相时

a)滞后于时的空间矢量图与不同相时

b)滞后时的时-空统一矢量图与不同相时

c)超前时得时-空统一矢量图返回同步发电机负载运行时物理量的关系：一、不考虑磁饱和时6.3隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路在时间相位上，滞后于

以90°电角度，若不计定子铁耗,

与同相位，则将滞后于以90°电角度于是亦可写成负电抗压降的形式，即采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电枢的电压方程为

因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa不计磁饱和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即

(6—6)

(6—7)

将式(6—7)代人式(6—6)，可得

(6—8)

式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。图6—16a和b表示与式(6—6)和式(6—7)相对应的相量图，图6—16c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—16c可以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步阻抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电枢反应和电枢漏磁场的作用。考虑磁饱和时，由于磁路的非线性，叠加原理不再适用。此时，应先求出作用在主磁路上的合成磁动势F，然后利用电机的磁化曲线

(空载曲线)求出负载时的气隙磁通及相应的气隙电动势。二、考虑磁饱和时再从气隙电动势减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，使得电枢的端电压，即相应的矢量图、相量图和F～E间的关系如图6—17a和6—17b所示。图6-17a中既有电动势相量，又有磁动势矢量。故称为电动势—磁动势图。或返回考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小，两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导λd(λd＝μ0／λd)要比交轴下单位面积的气隙磁导λq(λq＝μ0／λq)大很多，如图6—19a所示。当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于λd较大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值Bad1相对较大。一、双反应理论6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：二、凸极同步发电机的电压方程和相量图6.4凸极同步发电机的电压方程和相量图

从气隙电动势云减去电枢绕组的电阻和漏抗压降，便得电枢的端电压。采用发电机惯例，电枢的电压方程为：，

6-13不计磁饱和时

和可以用相应的负电抗压降来表示6-15将式(6-15)代入式(6-13)，并考虑，可得

式中，Xd和Xq分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗，它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反应的一个综合参数。上式就是凸极同步发电机的电压方程。图6-20表示与上式相对应的相量图。引入虚拟电动势，使可得6-18由式6-18相量图如图6-20所示。由图6-21不难确定由式6-18可得凸极同步发电机的等效电路，如图6-22所示。三、直轴和交轴同步电抗的意义由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成正比，所以如图6-23所示。对于凸极电机，由于直轴下的气隙较交轴下小，>，所以Xad>Xaq，因此在凸极同步电机中，Xd>Xq。对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故Xd≈Xq≈Xs

例题返回

不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：四、考虑磁饱和时Fd确定后，利用电机磁化曲线，即可查出Fd所产生的直轴气隙磁通及其直轴气隙电动势，交轴感生电动势总的气隙电动势是直轴气隙电动势与交轴电动势之和，即：考虑到把交轴电动势作为负电抗压降来处理，可得6.5同步发电机的功率方程和转矩方程一、功率方程和电磁功率

功率方程

若转子励磁损耗由另外的直流电源供给，则发电机轴上输入的机械功率Pl扣除机械损耗和定子铁耗后，余下的功率将通过旋转磁场和电磁感应的作用，转换成定子的电功率，所以转换功率就是电磁功率Pe，即

(6-23)再从电磁功率Pe中减去电枢铜耗可得电枢端点输出的电功率P2；即

(6-24)

电磁功率

从式(6—15)可知，电磁功率Pe为由图6—27可见故同步电机的电磁功率亦可写成上式的第一部分与感应电机的电磁功率表达式相同，第二部分则是同步电机常用的。对于隐极同步电机，由于EQ＝E0，故有二、转矩方程

把功率方程(6—14)除以同步角速度，可得转矩方程

式中，T1为原动机的驱动转矩,Te为电磁转矩,T0为空载转矩，分别为：(6—27)返回6.6同步电机参数的测定一、用空载特性和短路特性确定Xd

空载特性可以用空载试验测出。试验时，电枢开路(空载)，用原动机把被试同步电机拖动到同步转速，改变励磁电流If，并记取相应的电枢端电压U0(空载时即等于E0，直到U0≈1.25UN左右，可得空载特性曲线。

短路特性可由三相稳态短路试验测得，试验线路如图6-24a所示。将被试同步电机的电枢端点三相短路，用原动机拖动被试电机到同步转速，调节励磁电流If使电枢电流I从零起一直增加到1.2IN左右，便可得到短路特性曲线，如图6—24b所示。

短路时，，故，，而

所以

因为短路试验时磁路为不饱和，所以这里的E0(每相值)应从气隙线上查出，如图6—25所示，求出的Xd值为不饱和值。

(6—19)(6—20)

Xd的饱和值与主磁路的饱和情况有关。主磁路的饱和程度取决于实际运行时作用在主磁路上的合成磁动势，因而取决于相应的气隙电动势；如果不计漏阻抗压降，则可近似认为取决于电枢的端电压，所以通常用对应于额定电压时的Xd值作为其饱和值。为此，从空载曲线上查出对应于额定端电压UN时的励磁电流If0，再从短路特性上查出与该励磁电流相应的短路电流，如图6—26所示，这样即可求出Xd(饱和)例题返回6.7同步发电机的运行特性一、同步发电机的运行特性同步发电机的稳态运行特性包括外特性、调整特性和效率特性。

外特性——外特性表示发电机的转速为同步转速，且励磁电流和负载功率因数不变时，发电机的端电压与电枢电流之间的关系：即n＝nS，If=常值，cosφ=常值时，U=f(I)。

图6—30

表示带有不同功率因数的负载时，同步发电机的外特性。

调整特性——调整特性表示发电机的转速为同步转速、端电压为额定电压、负载的功率因数不变时，励磁电流与电枢电流之间的关系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=常值时，If=f(I)。

图6—31表示带有不同功率因数的负载时，同步发电机的调整特性

效率特性——效率特性是指转速为同步转速、端电压为额定电压、功率因数为额定功率因数时，发电机的效率与输出功率的关系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=cosφN时，η=f(P2)。

返回6.7同步发电机与电网并联运行为了提高供电的质量和可靠性，多台发电机及多个电厂并联运行。无限大电网的概念：现代电力系统（电网）通常总是由许多发电厂并联组成，每个电厂内又有多台发电机在一起并联运行。并联运行：把发电机并联到电网上运行的运行方式称为并联运行。提高供电的质量；并联运行的优点：提高供电的可靠性；提高供电的经济性。研究同步发电机与电网并联运行问题，不仅具有理论意义，而且还有很大的实际意义。并联投入的条件和方法：一、同步发电机投入并联的条件和方法同步发电机投入并联时，为了避免电机和电网中产生冲击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转距，待投入并联的发电机应当满足：1.投入并联的条件（1）发电机的相序应与电网一致；（2）发电机的频率应与电网相同；（3）发电机的激磁电动势应与电网电压大小相同，相位相同，分析：1）相序不同；2）频率不同；3）电压不同。第一个条件必须满足，其余两个条件允许有些差别。并连接线图和向量图如何才能达到这些条件？关于相序问题：一般大型同步发电机的转向和相序在出厂以前都已经标定。对于没有表明转向和相序的电机，可以利用相序指示器来确定。要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的转速和发电机的励磁电流就可以达到。关于电动势的频率和大小，发电机的频率和励磁电动势为：f＝pn1/60和E0＝4.44fN1kN10电动势的相位：可以调节发电机的瞬时速度来调整。2.投入并联的方法投入并联所进行的调节和操作过程称为整步。实用的整步方法有两种：准确整步法和自然整步法准确整步法：把发电机调整到完全合乎投入并联的条件，然后投入电网。判断是否满足投入并联的条件方法采用同步指示器最简单的同步指示器由三个指示灯组成，可以有两种接法：直接接法和交叉接法。直接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的对应相之间，即接在

之间。（1）直接接法灯光明灭的直接连接法起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。频率：调节发电机的转速，到三个灯的亮度不再闪烁或闪烁频率很低时，就表示f’≈f。电压的大小：调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。电压的相位：灯灭且UAA’=0时即可合闸投入并联。条件检查相序：灯光同时明暗，说明相序正确。(2)交叉接法交叉接法是把三个同步指示灯分别跨接在电网和发电机的

之间。灯光旋转的交叉连接法起动原动机，使其转速接近同步速；调节励磁电流，使发电机的电压接近电网电压。频率：调节发电机的转速，到灯光旋转速度很低时，就表示f’≈f。电压的大小：调节发电机的励磁电流，使发电机电压与电网电压相等。电压的相位：A相灯灭且BC相等亮度相同时，即可合闸投入并联。条件检查相序：灯光旋转，说明相序正确。自整步法准确整步法的优点是投入瞬间电网和电机没有（或很少）冲击；缺点是整步手续比较复杂，时间长，不能满足快速并网要求。校验发电机的相序；励磁绕组经限流电阻短路；发电机的转速接近同步速；并网；加励磁电流。自整步法二、同步发电机与大电网并联运行的功角特性功角特性当E0和U保持不变时，发电机发出的电磁功率与功率角之间的关系Pem＝f()称为功角特性。设法消去Id和Iq凸极机功角特性曲线为基本电磁功率基本电磁功率与励磁电动势成正比，与端电压成正比，与功角的正弦成正比，与直轴同步电抗成反比。当时，达到最大值。附加电磁功率与励磁电动势（电流）的大小无关，且仅当时才存在，它是由凸极效应（即交、直轴磁阻不相等）所引起，故亦称为磁阻功率。在隐极同步电机中附加电磁功率等于零。当时达到最大值。称为附加电磁功率总的电磁功率，发电机运行时，在为45°~90°之间达到最大值Pe(max),其具体位置和数值视Pe1(max)和Pe2(max)的相对大小而定。对于隐极电机，由于Xd＝Xq＝Xs，附加电磁功率为零，故Pe就等于基本电磁功率对于凸极电机，电磁功率Pe亦可以写成要注意，式中的EQ为虚拟电动势，EQ本身也是功角的函数。功率角的空间含意功率角亦可近似的看作是合成磁场滞后空载磁场的角度。功角的空间含义[例18-1]有一台70000kVA、13.8kV（Y接）、cos=0.85（滞后）的三相水轮发电机直接与电网相接，已知电机参数为：Xd＝2.272，Xq=1.90,电枢电阻忽略不计。试求额定负载时发电机的功率角和激磁电动势(不计磁饱和)。额定相电压额定相电流解：先按算出额定负载时的角三、有功功率的调节和静态稳定1.有功功率的调节以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并联时有功功率的调节。为简化分析，略去电枢电阻和磁饱和的影响。准确整步法并网时，，功率角＝0有功功率的调节电磁转距Tem0，发电机在电网上处于空载状态；原动机的驱动转矩仅用于克服发电机的空载阻转矩。欲使发电机输出有功功率，根据能量守恒原理，应当增加发电机的输入功率，即调节原动机，这可以由开大汽轮机的汽门（或水轮机的水门）来实现。原动机的功率增加时，驱动转矩T1也增大，发电机的转子加速，于是与转子主磁场相对应的电动势E0将超前于电网电压U以角。根据功角特性，此时发电机将向电网输出一定的有功功率P2。同时转子上将受到一个制动的电磁转矩Tem，使驱动转矩和制动的电磁转矩重新取得平衡；转子转速仍然保持为同步转速。此时发电机已处于负载运行状态，如图中的A点所示。隐极机功角特性曲线由此可见，要增加发电机的输出有功功率，必须增加原动机的输出功率，使功率角增大，电磁功率和输出功率便会相应的增加；直到＝90°时，电磁功率达到最大值Pem（max）。在电机的最大功率增大到Pem（max）时，不能再增加输入功率。否则驱动转矩与制动转矩不能实现平衡，发电机将会失去同步。2.静态稳定稳态运行于某一工作点的同步发电机，当外界（电网或原动机）发生微小的扰动时，工作点发生偏移，扰动消失后，发电机能回到原先状态稳定运行，称为同步发电机静态是稳定的；否则是静态不稳定的。正常工作于A点或B点，看发电机的稳定运行情况。整步功率和静态稳定当<90°时，发电机是静态稳定的。达到静态稳定极限。当＝90°时当>90°时，发电机就变为不稳定。3.整步功率系数功率角越接近90°越小，发电机静态稳定程度也越低以隐极电机为例，说明同步发电机与无穷大电网并联时无功功率的调节。忽略电枢电阻，原动机的输入功率保持不变。根据功率平衡关系可知，在调节励磁前后，发电机的电磁功率和输出的有功功率均应近似的保持不变。1.无功功率的调节四、无功功率的调节和U形曲线不同励磁电流时的相量图欠励正常过励正常励磁cos=1过励加大励磁电流，电枢电流将滞后于电网电压。欠励减小励磁电流，电枢电流将超前于电网电压。调节励磁电流就可以调节无功功率这一现象，还可以用磁动势平衡关系来解释