《电机技术应用》课件 4.2.3 同步发电机的电磁功率和功角特性

同步发电机的电磁功率和功角特性同步电机输入功率P1机械损耗pΩ附加损耗pΔ铁芯损耗pFe电磁功率PM定子铜损pcu输出功率P2励磁损耗pCuf

同步发电机转轴上输入的机械功率，通过电磁感应作用转换为电功率输送给负载。发电机能量传递过程，如图所示:功率传递过程p0为空载损耗

因为功率和转矩间存在如下关系：P=TΩ,其中Ω=2πn/60为转子机械角速度。因此（1）式左右两边同除以Ω得：电磁功率T1:从原动机输入的驱动转矩T:发电机负载时制动性质的电磁转矩T0:发电机的空载制动转矩(1)电磁功率PM:

由于在大型同步发电机中定子铜耗极小，为了分析简单，常常忽略，因此：因为，则又因为电磁功率(2)输出功率P2:所以对于凸极同步发电机:最后：可得电磁功率PM为附加电磁功率是由于直轴、交轴磁阻不同引起的，它与励磁无关，故也称磁阻功率。电磁功率PM''：附加电磁功率PM'：基本电磁功率

对于隐极同步发电机，由于Xd=Xq=Xt，所以只有基本电磁功率，即功角特性：并联于无穷大电网的同步发电机，当电网电压和频率一定、参数（Xd,Xq,Xt）为常数、空载电动势E0不变（即If不变）时，PM=f(δ)。(1)隐极(汽轮)同步发电机的功角特性功角特性（1）电磁功率PM与δ的正弦函数sinδ成正比；（2）δ在00~900范围内时，随着功角δ增大，电磁功率PM将增大；（3）δ=900时，电磁功率达到最大；(1)隐极(汽轮)同步发电机的功角特性（4）当δ在900~1800范围内时，随着功角δ增大，电磁功率PM将减小；（5）当δ=1800时，电磁功率为零。（6）当δ超过1800时，电磁功率PM为负值，这说明同步电机不向电力系统输送有功功率，而是从电力系统吸收有功功率，同步电机运行在电动机工作状态。功角特性(2)凸极(水轮)同步发电机的功角特性水轮发电机的功角特性分两部分:δPM18000900PMmaxδM结论:在δ<900时达到功率极限值。附加电磁功率的特点:功角特性(3)两种同步发电机功角特性的区别功角特性(4)功角δ的双重物理意义

一是空载电动势E0和端电压U两个时间相量之间的夹角，如图所示；δ

二是主极励磁磁动势Ff(Φ0)轴线和合成等效磁动势FR(ΦR)轴线两个空间相量之间的夹角，如图所示。δ功角特性功角特性δδ

故:夹角δ的存在使得转子磁极和定子合成等效磁极间的通过气隙的磁力线被扭曲了，产生了磁拉力。在励磁电流不变时，功角δ愈大，则磁拉力也愈大，相应的电磁功率和电磁转矩也愈大。(4)功角δ的双重物理意义

可见，功角δ是研究同步发电机运行状态的一个重要参数，它不仅决定了发电机输出有功功率的大小，而且还反映发电机转子的相对空间位置，通过它把同步电机的电磁关系和机械运动紧密联系起来。功角特性(4)功角δ的双重物理意义

这样，同步发电机转子因有原动机的驱动转矩克服定子合成磁极的制动转矩而作功，实现机电能量转换，即将原动机输入的机械能转变为电能输出。δδ1、什么是同步电机的功角特性？δ角有什么意义？答：当电网电压U和频率f恒定，参数Xd和Xq为常数、励磁电动势E0不变时，同步电机的电磁功率只决定于相量E0与U的夹角δ，δ称为功率角，P=f(δ)为同步电机的功角特性。由于电机的漏