保持原動機輸入轉矩不變,1）當正常勵磁時，功率因數角？=0度，發電機只輸出有功功率，不輸出無功功率；2）當過勵磁時，勵磁電動勢增大，輸出的有功功率不變，而功率角0減小，增強了靜態穩定能力，同時發電機輸出感性無功功率，無功為正值，電樞電流增加了純感性無功電流而變大，功率因數角？為正值，這種運行狀態稱為“遲相”運行；3）當欠勵磁時，勵磁電動勢減小，輸出的有功功率不變，功率角0向90度方向增大，發電機的靜態穩定性下降，同時發電機向電網輸出容性無功功率，無功為負值，電樞電流加入了純容性無功電流而變大，功率因數角？為負值，這種運行狀態稱為“進相”運行。調節并網的同步發電機向電網輸送無功功率大小和性質的運行方式稱為調相運行。空載不輸出有功功率，專門來調節向電網輸送無功功率的同步電機，稱為調相機。功率因數角（p，指發電機端電壓與電樞電流的相位差角。功率因數角p取決于負載的性質，當電流比電壓滯后時，功率因數角p為正，當電流比電壓超前時，功率因數角p為負。電樞反應作用的性質取決于勵磁電動勢和電樞電流之間的相位差角甲，甲稱為內功率因數角。功率角0是勵磁電動勢（即內電動勢，是嗎？）超前于發電機端電壓的（時間）相位差。內電動勢超前于端電壓時，0為正值。其大小表示發電機輸出功率的大小；有關系甲=9+0。內電動勢，是由勵磁磁動勢和感應出的電樞磁動勢共同作用產生的電動勢。提高發電機的功率因數對發電機的運行有什么影響？發電機的功率因數提高后，【cosp提高后，無功功率減小，有功功率增大，使得功率角5向90度增大，降低了靜態穩定性】根據功角特性，發電機的工作點將提高，發電機的靜態穩定儲備減少，發電機的穩定性降低。因此，在運行中不要使發電機的功率因數過高。如下圖所示，功率角5=0，當00<0<900時，發電機是靜態穩定的；當900<0<1800時，發電機是靜態不穩定的。0=900時為靜態穩定極。發電機進相運行受哪些因素限制.當系統供給的感性無功功率多于需要時,將引起系統電壓升高，要求發電機少發無功甚至吸收無功，此時發電機可以由遲相運行轉變為進相運行.制約發電機進相運行的主要因素有：系統穩定的限制發電機定子端部件溫度的限制⑶定子電流的限制⑷廠用電電壓的限制為什么汽輪發電機進相運行時，定子端部鐵芯嚴重發熱？汽輪發電機運行時，定子繞組端部的漏磁場也是以同步轉速對定子旋轉的，其漏磁場的一部分是經過定子繞組端部空間，轉子護環,氣陷及定子端部鐵芯構成磁路的，因此使定子端部鐵芯平面上產生渦流而發熱.此外，勵磁繞組緊靠護環，因此它的漏磁場主要經護環閉合，當進相運行時，由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場減弱，于是護環的飽和程度下降，減小了定子端部漏磁場所經過磁路的磁組，從而使定子端部漏磁場增大，鐵筍加大，致使定子端部鐵芯嚴重受熱.什么叫發電機的無功？交流電在通過純電阻的時候，電能都轉成了熱能，而在通過純容性或者純感性負載的時候，并不做功.也就是說沒有消耗電能,即為無功功率.當然實際負載，不可能為純容性負載或者純感性負載，一般都是混合性負載，這樣電流在通過它們的時候,就有部分電能不做功，就是無功功率,此時的功率因數小于1,為了提高電能的利用率,就要提高功率因數,容性負載就要用感性負載補償，反之亦然在電網的總負載中，即要求供給有功功率，又要求供給無功功率。困為電網的主要動力負載是功率因數比較低的三相異步電動機，如果發電機發出的無功功率不能滿足電網對無功功率的要求，就會引起整個電網的電壓下降，這對負載是不利的。調節發電機的勵磁電流就可以調節發電機的無功功率。當調節發電機的勵磁電流時，輸出的有功功率不能改變。而無功功率則可以調節。在過勵狀態下，勵磁電流愈大，發電機輸出的感性無功功率愈大。在欠勵狀態下，勵磁電流愈小，發電機輸出的容性無功功率就愈大。什么叫滯相？電流滯后于電壓什么叫負序電流？正序、負序、零序的出現是為了分析在系統電壓、電流出現不對稱現象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負序）及同向的零序分量。只要是三相系統，就能分解出上述三個分量（有點象力的合成與分解，但很多情況下某個分量的數值為零）。對于理想的電力系統，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數值都為零（這就是我們常說正常狀態下只有正序分量的原因）。當系統出現故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負序和零序分量度了功率因數［編輯本段］概述對于功率因數改善電網中的電力負荷如電動機、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負荷，這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力系統吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此在電網中安裝并聯電容器無功補償設備后，將可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率，減少了電網電源側向感性負荷提供及由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償的效益。無功補償的主要目的就是提升補償系統的功率因數。因為供電局發出來的電是以KVA或者MVA來計算的，但是收費卻是以KW，也就是實際所做的有用功來收費，兩者之間有一個無效功率的差值，一般而言就是以KVAR為單位的無功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機、變壓器、日光燈???…，幾乎所有的無效功都是電感性，電容性的非常少見。也就是因為這個電感性的存在，造成了系統里的一個KVAR值，三者之間是一個三角函數的關系：〖K_va〗A2=〖K_w〗A2+〖K_var〗A2簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會與KW相等，那么供電局發出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時成本效益最高，所以功率因數是供電局非常在意的一個系數。用戶如果沒有達到理想的功率因數，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數是一個法規的限制。目前就國內而言功率因數規定是必須介于電感性的0.9?1之間，低于0.9時需要接受處罰。供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數，那提高功率因數對我們用戶端有什么好處呢？通過改善功率因數，減少了線路中總電流和供電系統中的電氣元件，如變壓器、電器設備、導線等的容量，因此不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。藉由良好功因值的確保，從而減少供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，改善電能的質量。可以增加系統的裕度，挖掘出了發供電設備的潛力。如果系統的功率因數低，那么在既有設備容量不變的情況下，裝設電容器后，可以提高功率因數，增加負載的容量。舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數從0.8提高到0.98時：補償前：1000x0.8=800KW補償后：1000x0.98=980KW同樣一臺1000KVA的變壓器，功率因數改變后，它就可以多承擔180KW的負載。減少了用戶的電費支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數提高的電費優惠。此外，有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等；可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等；電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等，這些設備均是主要的諧波源，運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接于電網的電器設備都有大小不等的危害，主要表現為產生諧波附加損耗，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。并聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時，可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。因此，如果系統量測出諧波含量過高時，除了電容器端需要串聯適宜的調諧(detuned)電抗外，并需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。[編輯本段]改善電能質量的理由為什么說提高用戶的功率因數可以改善電壓質量？電力系統向用戶供電的電壓，是隨著線路所輸送的有功功率和無功功率變化而變化的。當線路輸送一定數量的有功功率是，如輸送的無功功率越多，線路的電壓損失越大。即送至用戶端的電壓就越低。如果110KV以下的線路，其電壓損失可近似為：△U=(PR+QX)/Ue其中：AU一線路的電壓損失，KVUe——線路的額定電壓，KVP——線路輸送的有功功率，KWQ——線路輸送的無功功率，KVARR一線路電阻，歐姆X線路電抗，歐姆由上式可見，當用戶功率因數提高以后，它向電力系統吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質量。在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率(即有功功率)將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數，以COS①表示，其實最簡單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結果就是功率因數。許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的”無功”并不是”無用”的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數cosp，其計算公式為：cosp=P/S=P/[(P2+Q2)A(1/2)]P為有功功率，Q為無功功率。在電力網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。1影響功率因數的主要因素大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%?70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%?70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%?15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。無功補償通常采用的方法主要有3種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。低壓個別補償：低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。低壓集中補償：低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。高壓集中補償：高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6?10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。合理使用電動機；提高異步電動機的檢修質量；采用同步電動機：同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功功率取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態時，定子繞組向電網吸取”無功，在過勵狀態時，定子繞組向電網”送出”無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是”異步電動機同步化”。合理選擇配變容量，改善配變的運行方式：對負載率比較低的配變，一般采取，撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。電力系統的無功電源除了同步電機外，還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這4種裝置又稱為無功補償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。(1)同步電機：同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。同步發電機：同步發電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，當其在額定狀態下運行時，可以發出無功功率：Q=Sxsinp=Pxtgp其中:Q、S、P、p是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。發電機正常運行時，以滯后功率因數運行為主，向系統提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數超前，即所謂的”進相運行”，以吸收系統多余的無功。同步調相機：同步調相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率，這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢，近來已逐漸退出電網運行。并聯電容器：并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網”發?quot;無功功率：Q=U2/Xc其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資；由它向系統提供無功可以改善功率因數，減少由發電機提供的無功功率。靜止無功補償器：靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。靜止無功發生器：它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。與靜止無功補償器相比，靜止無功發生器響應速度更快，諧波電流更少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。［編輯本段］功率因數補償概述在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（少）的余弦叫做功率因數，用符號cos①表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosO=P/S。電網中的電力負荷如電動機、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負荷，這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力系統吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此在電網中安裝并聯電容器無功補償設備后，將可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率，減少了電網電源側向感性負荷提供及由線路輸送的無功功率。減少了無功功率在電網中的流動，可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，這種措施稱作功率因數補償。［編輯本段］功率因數補償方法無功補償的主要目的就是提升補償系統的功率因數。因為供電局發出來的電是以KVA或者MVA來計算的，但是收費卻是以KW，也就是實際所做的有用功來收費，兩者之間有一個無效功率的差值，一般而言就是以KVAR為單位的無功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機、變壓器、日光燈......，幾乎所有的無效功都是電感性，電容性的非常少見。也就是因為這個電感性的存在，造成了系統里的一個KVAR值，三者之間是一個三角函數的關系KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會與KW相等，那么供電局發出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時成本效益最高，所以功率因數是供電局非常在意的一個系數。用戶如果沒有達到理想的功率因數，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數是一個法規的限制。目前就國內而言功率因數規定是必須介于電感性的0.9?1之間，低于0.9，或高于1.0都需要接受處罰。這就是為什么我們必須要把功率因數控制在一個非常精密的范圍，過多過少都不行。供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數，那提高功率因數對我們用戶端有什么好處呢？通過改善功率因數，減少了線路中總電流和供電系統中的電氣元件，如變壓器、電器設備、導線等的容量，因此不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。藉由良好功因值的確保，從而減少供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，改善電能的質量。可以增加系統的裕度，挖掘出了發供電設備的潛力。如果系統的功率因數低，那么在既有設備容量不變的情況下，裝設電容器后，可以提高功率因數，增加負載的容量。舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數從0.8提高到0.98時：補償前：1000x0.8=800KW本文章來自：博研聯盟論壇補償后：1000x0.98=980KW本文章來自：博研聯盟論壇同樣一臺1000KVA的變壓器，功率因數改變后，它就可以多承擔180KW的負載。減少了用戶的電費支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數提高的電費優惠。此外，有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等；可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等；電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等，這些設備均是主要的諧波源，運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接于電網的電器設備都有大小不等的危害，主要表現為產生諧波附加損耗，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。本文章來自：博研聯盟論壇并聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時，可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。因此，如果系統量測出諧波含量過高時，除了電容器端需要串聯適宜的調諧（detuned）電抗外，并需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。［編輯本段］功率因數補償的意義功率因數是交流電路的重要技術數據之一。功率因數的高低，對于電氣設備的利用率和分析、研究電能消耗等問題都有十分重要的意義。所謂功率因數，是指任意二端網絡（與外界有二個接點的電路）兩端電壓U與其中電流I之間的位相差的余弦。在二端網絡中消耗的功率是指平均功率，也稱為有功功率，它等于由此可以看出，電路中消耗的功率P，不僅取決于電壓V與電流I的大小，還與功率因數有關。而功率因數的大小，取決于電路中負載的性質。對于電阻性負載，其電壓與電流的位相差為0，因此，電路的功率因數最大（）；而純電感電路，電壓與電流的位相差為n/2,并且是電壓超前電流；在純電容電路中，電壓與電流的位相差則為一（n/2），即電流超前電壓。在后兩種電路中，功率因數都為0。對于一般性負載的電路，功率因數就介于0與1之間。一般來說，在二端網絡中，提高用電器的功率因數有兩方面的意義，一是可以減小輸電線路上的功率損失；二是可以充分發揮電力設備（如發電機、變壓器等）的潛力。因為用電器總是在一定電壓U和一定有功功率P的條件下工作，由公式可知，功率因數過低，就要用較大的電流來保障用電器正常工作，與此同時輸電線路上輸電電流增大，從而導致線路上焦耳熱損耗增大。另外，在輸電線路的電阻上及電源的內組上的電壓降，都與用電器中的電流成正比，增大電流必然增大在輸電線路和電源內部的電壓損失。因此，提高用電器的功率因數，可以減小輸電電流，進而減小了輸電線路上的功率損失。提高功率因數，可以充分發揮電力設備的潛力，這也不難理解。因為任何電力設備，工作時總是在一定的額定電壓和額定電流限度內。工作電壓超過額定值，會威脅設備的絕緣性能；工作電流超過額定值，會使設備內部溫度升得過高，從而降低了設備的使用壽命。對于電力設備，電壓與電流額定值的乘積，稱為這臺設備的額定視在功率S額即S額=U額I額也稱它為設備的容量，對于發電機來說，這個容量就是發電機可能輸出的最大功率，它標志著發電機的發電潛力，至于發電機實際輸出多大功率，就跟用電器的功率因數有關，用電器消耗的功率為功率因數高，表示有功功率占額定視在功率的比例大，發電機輸出的電能被充分地利用了。例如，發電機的容量若為15000千伏安，當電力系統的功率因數由0.6提高到0.8時，就可以使發電機實際發電能力提高3000千瓦，這不正是發揮了發電機的潛力嗎？設備的利用也更合理。從這個角度來講，功率因數可以表示為有功功率與機在功率的比值，即如何提高功率因數，是電力工業中需要認真考慮的一個重要而又實際的問題。在平常遇到的電感性負載的電路中，例如日光燈電路，一般采用并聯合適的電容器來提高整個電路的功率因數，功角的概念?y為內功率因數角，d=y-j定義為功角。它表示發電機的勵磁電勢和端電壓之間相角差。功角d對于研究同步電機的功率變化和運行的穩定性有重要意義。功角是表征同步發電機運行狀態和判別電力系統穩定性的重要參量［1-4］，多年來，功角的測量得到了廣泛的重視和深入的研究。已有的測量方法從原理上主要有兩大類：一類是純電氣測量方法，即采集同步發電機的輸出電壓、電流或/和其他電氣量，進而通過理論分析和計算來獲得功角。該類方法最簡化的情況就是基于穩態公式或相量圖的解析計算法，它在系統穩態運行且發電機的參數比較精確時，能比較準確地計算出功角，而在系統暫態過程中，由于參數時變性、機組鐵心飽和等的影響，方法所依賴的解析公式不能成立，導致較大的計算誤差。另一類方法需要借助非電量傳感器（包含光電或磁電變換）來實現測量。常見的作法是［1-4］，在轉子軸上設置機械測點或測速齒輪，在轉子周圍安裝光電、電刷或電磁裝置，后者接收由前者產生的脈沖信號或其它與轉子位置或速度相關的量，進而通過一定的變換來實現功角的測量（以下簡稱脈沖法）。脈沖法往往需要對發電機本體進行不同程度的改造，工藝復雜，而且由于采用非電量傳感器，需借助于比較復雜的信號處理和誤差補償技術，以去除諸如機械加工誤差、信號傳輸延時、軸體扭振等導致的結構性誤差；而且針對個案提出的方法很難適用于別的發電機，導致實現代價較大。除了上述兩大類常見方法外，還有學者研究了一些很別致的測量方法，如文［5］提出的應用多層前向神經網絡的映射功能，通過仿真數據訓練并進而用來測量發電機功角的方法，文［7］提出的通過分析機組端電壓的零序諧波分量來測量功角的方法，但這些方法的可靠性有待于在實際電力系統進行驗證。發電機功角是發電機內電勢與發電機端電壓向量的夾角。當發電機功角為0時內電勢與發電機端電壓重合，應該是發電機全速未與系統并列。發電機功角90度時發電機發出有功并從系統吸收無功。發電機功角特性：Pdc=mEU/XdsingPdc電磁功率M相數Xd同步電抗g功角E電勢，U機端電壓當原動機增加輸入功率時，發電機的電磁功率也相應增加，正常運行的發電機只增加電磁功率時，其電勢不變（勵磁不變）機端電壓不變（并列于系統），同步電抗不變。由以上公式可以看出，只有功角變大，才滿足這個特性。在物理上可以這樣理解：增加原動力時，轉子加速，但由于同步運行的作用，使得轉子的轉速不可能脫開同步轉速，而又回到平衡。但此時和電樞主磁通和轉子磁極中心線不再是和剛才一樣的角度，而是加了一個角度，即商。功角只有在0--90度間才符合這個特性。也就是SIN0-90度的值是0---1發電機在正常運行時，功角一般在30度左右，這是因為需要一個靜穩定的冗余。因為SIN30度=0.5也就是說一般發電機的靜態穩定冗余為2。現代發電機因為有了較為先進的調節器，往往功角可以運行在較大的角度運行，甚至運行在功率因數為進相0.9運行，而保證不會失去靜態穩定。這時候的功角大于90度.....根據以上公式大家可以進行分析。功角可以理解為定子磁場與轉子磁場之間的夾角，功角是一個角度，發電機額定正常運行功角一般在30度左右，在0?90之間功角越大發電機功率越大，但超過90度發電機外界受到擾動后就處于不穩定狀態了，對于有自動調節勵磁裝置的發電機由于受暫態磁阻的影響發電機的功角特性曲線發生偏移，功角可以大于90度穩定運行。功角應該就是電動勢與負載（系統）電壓的夾角。功角的測量，可以利用裝于轉子大軸上的霍爾傳感器來感應轉子磁場的角度（與定子電動勢一致），以此為參照，再通過機端PT感應出的機端電壓（系統電壓）與參照值相比較，其相位角度差，就是功角。功角是轉子磁場與定子磁場的夾角，或者是定子電動勢與負載電壓的夾角；功率因數里面的相角是指電壓與電流的夾角。二者不是一回事。就是說，當無功等于零時，相角肯定是0的，但功角可以在大于負90度小于正90度之間，小于零度時是調相運行狀態；而有功為零時，功角肯定是0度，而相角仍可以在負90到正90度之間，大于零度時是遲相，小于零度時是進相。道理上應該是這樣的。

有功負荷帶得越高，汽機出力越大，功角拉得越開，越易失步，因為越過90度，就是滑極了。當然，勵磁電流小了，不足以維持轉子磁場，就是進相，勵磁電流再小下去，使轉子與定子間的電磁拉力減小，功角必然拉大，一旦越過90度，就會失步。所以，“轉子磁場用于約束定子磁場的磁力線就不足.出力越大就越容易失步”是對的。功率平衡?同步發電機的功率流程如圖17.6所示。召為自原動機向發電機的輸入的機械功率，其中一部分提供軸與軸承間的摩擦、轉動部分與空氣的摩擦及通風設備的損耗，總計為機械損耗，另一部分供給定子鐵心中的渦流和磁滯損耗，總計為鐵心損耗尸占，&為通過電磁感應作用轉變為定子繞組上的電功率，稱為電磁功率。如果是負載運行，定子繞組中還存在定子銅耗『叫，?=珞一曾叫就是發電機的輸出功率。同步發電機的功率平衡方程式為*=珞+營殆+土(17-1)定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計，則有P}d==mUIcos=mUlcos(^r-3)(17-2)功角的概念?W為內功率因數角，8=W-中定義為功角。它表EU示發電機的勵磁電勢口和端電壓之間相角差。功角8對于研究同步電機的功率變化和運行的穩定性有重要意義。?圖17.7畫出了同步電機的時空相量圖。圖中忽略了定子繞組的漏磁電勢，認為點+，口Ff4Fa對應于轉子磁勢『，，對應于電樞磁勢”，所

以可近似認為端電壓由合成磁勢戶='+”所感應。尸和'之間的空間相角差即為和'。之間的時間相角差。?可見功角8在時間上表示端電壓和勵磁磁勢之間的相位差，在空間上表現為合成磁場軸線與轉U子磁場軸線之間夾角。并網運行時，為電網電壓，其大小和頻率不變，對應的合成磁勢F總是以同步速度旋轉，因此功角的大小只能由轉子磁勢7的角速度決定。穩定運行時，「「和聲之間無相對運動，8具有固定的值。功角特性?功角特性指的是電磁功率&隨功角8變化的關系曲線&=f(8)的。?凸極電機APAfTYinir/T\/阿—01SO°%圈17.9同步電機的功角特性(a)隱極電機(b)凸極電機APAfTYinir/T\/阿—01SO°%圈17.9同步電機的功角特性(a)隱極電機(b)凸極電機的功角七一般來說凸極電機的些=0令站珞二幽"E*sin<5+幽，-可以求出對應于最大電磁功率在45?90之間。sin28?功角特性&=f(8)反映了同步發電機的電磁功率隨著功角變化的情況。穩態運行時，同步發電機的轉速由電網的頻率決定，恒等于同步轉速，即，發電機的電磁轉矩孔和電磁功率&之間成正比關系：整°電磁轉矩與原動機提供的動力轉矩相平衡7i=7^+7o其中％為空載轉矩因摩擦、風阻等引起的阻力轉矩)。?可見要改變發電機輸送給電網的有功功率，就必須改變原動機提供的動力轉矩，這一改變可以通過調節水輪機的進水量或汽輪機的汽門來達到。?當功角處于0到'快范圍內時，隨著8的增大，&亦增大，同步發電機在這一區間能夠穩定運行。而當8〉弘時，隨著8的增大，&反而減小，電磁功率無法與輸入的機械功率相平衡，發電機轉速越來越大，發電機將失去同步，故在這一區間發電機不能穩定運行。?同步發電機失去同步后，必須立即減小原動機輸入的機械功率，否則將使轉子達到極高的轉速，以致離心力過大而損壞轉子。另外，失步后，發電機的頻率和電網頻率不一致，定子繞組中將出現一個很大的電流而燒壞定子繞組。因此，保持同步是十分重要的。?綜上所述：并聯于電網的發電機所承擔的有功功率可以通過調節原動機輸入的機械功率□號虧來改變的。而且電機承擔的有功功率的極限是^o當0<8<快時發電機可以穩定運行；8<0發電機不能穩定運行。?應當注意，當發電機的勵磁電流不變時，8的變化也將無功功率的變化。無功功率隨著有功功率的增加而減少，甚至可能導致無功功率改變符號，這是應當避免的。因此如果只要求改變發電機所承擔的有功功率時，應該在調節發電機有功功率的同時適當調節發電機的無功功率。何謂發電機進相運行?發電機進相運行時應注意什么?為什么?答:所謂發電機進相運行,是指發電機發出有功而吸收無功的穩定運行狀態。發電機進相運行時，主要應注意四個問題：一是靜態穩定性降低；二是端部漏磁引起定子端部溫度升高；三是廠用電電壓降低；四是由于機端電壓降低在輸出功率不變的情況下發電機定子電流增加，易造成過負荷。⑴進相運行時，由于發電機進相運行,內部電勢降低，靜態儲備降低,使靜態穩定性降低。⑵由于發電機的輸出功率P=EdU/Xd?Sin。，在進相運行時Ed、U均有所降低，在輸出功率P不變的情況下，功角0增大，同樣降低動穩定水平。⑶進相運行時由于助磁性的電樞反應，使發電機端部漏磁增加，端部漏磁引起定子端部溫度升高，發電機端部漏磁通為定子繞組端部漏磁通和轉子端部磁通的合成。進相運行時，由于兩個磁場的相位關系使得合成磁通較非進相運行時大，導致定子端部溫度升高。⑷廠用電電壓的降低：廠用電一般引自發電機出口或發電機電壓母線，進相運行時，由于發電機勵磁電流降低和無功潮流倒送引起機端電壓降低同時造成廠用電電壓降低。發電機失磁對系統有何影響？答:發電機失磁對系統的影響主要有：1、低勵和失磁的發電機，從系統中吸收無功功率，引起電力系統的電壓降低，如果電力系統中無功功率儲備不足,將使電力系統中鄰近的某些點的電壓低于允許值，破壞了負荷與各電源間的穩定運行,甚至使電力系統電壓崩潰而瓦解。2、當一臺發電機發生失磁后,由于電壓下降，電力系統中的其它發電機，在自動調整勵磁裝置的作用下,將增加其無功輸出,從而使某些發電機、變壓器或線路過電流，其后備保護可能因過流而誤動，使事故波及范圍擴大。3、一臺發電機失磁后，由于該發電機有功功率的搖擺,以及系統電壓的下降，將可能導致相鄰的正常運行發電機與系統之間,或電力系統各部分之間失步，使系統發生振蕩。4、發電機的額定容量越大，在低勵磁和失磁時，引起無功功率缺額越大，電力系統的容量越小,則補償這一無功功率缺額的能力越小。因此，發電機的單機容量與電力系統總容量之比越大時,對電力系統的不利影響就越嚴重。25、發電機失磁對發電機本身有何影響？答:發電機失磁對發電機本身的影響主要有：1、由于發動機失磁后出現轉差，在發電機轉子回路中出現差頻電流，差頻電流在轉子回路中產生損耗，如果超出允許值，將使轉子過熱。特別是直接冷卻的高力率大型機組，其熱容量裕度相對降低，轉子更容易過熱。而轉子表層的差頻電流，還可能使轉子本體槽楔、護環的接觸面上發生嚴重的局部過熱甚至灼傷，2、失磁發電機進入異步運行之后，發電機的等效電抗降低，從電力系統中吸收無功功率,失磁前帶的有功功率越大，轉差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無功功率就越大。在重負荷下失磁后，由于過電流，將使發電機定子過熱。3、對于直接冷卻高力率的大型汽輪發電機，其平均異步轉矩的最大值較小，慣性常數也相對降低，轉子在縱軸和橫軸方面，也呈較明顯的不對稱。由于這些原因，在重負荷下失磁后，這種發電機轉矩、有功功率要發生劇烈的周期性擺動。對于水輪發電機,由于平均異步轉矩最大值小，以及轉子在縱軸和橫軸方面不對稱,在重負荷下失磁運行時，也將出現類似情況。這種情況下，將有很大甚至超過額定值的電機轉矩周期性地作用到發電機的軸系上,并通過定子傳遞到機座上。此時，轉差也作周期性變化，其最大值可能達到4%?5%，發電機周期性地嚴重超速。這些情況,都直接威脅著機組的安全。4、失磁運行時,定子端部漏磁增強,將使端部的部件和邊段鐵芯過熱。試述發電機異步運行時的特點？答:發電機的異步運行指發電機失去勵磁后進入穩態的異步運行狀態。發電機失磁時，勵磁電流逐漸衰減為零,發電機電勢相應減小，輸出有功功率隨之下降源動機輸入的拖動轉矩大于發電機輸出的制動轉矩，轉子轉速增加,功角逐步增大，這時定子的同步旋轉磁場與轉子的轉速之間出現滑差。定子電流與轉子電流相互作用,產生異步轉矩。與此對應，定、轉子之間由電磁感應傳送的功率稱為異步功率，隨功角的增大而增大;同時原動機輸入功率隨功角增大而減小,當兩者相等時，發電機進入穩定異步運行狀態。發電機異步運行主要有兩個問題，其一，對發電機本身有使轉子發生過熱損壞的危險;其二，對系統而言，此時發電機不僅不向系統提供無功反而要向系統吸收無功，勢必引起系統電壓的顯著下降，造成系統的電壓穩定水平大大降低。發電機定子繞組中的負序電流對發電機有什么危害?答:發電機轉子的旋轉方向和旋轉速度，與三相正序對稱電流所形成的正向旋轉磁場的轉向和轉速一致，即轉子的轉動與正序旋轉磁場之間無相對運動，此即”同步”的概念。當電力系統發生不對稱短路或負荷三相不對稱（接有電力機車、電弧爐等單相負荷）時,在發電機定子繞組中就流有負序電流。該負序電流在發電機氣隙中產生反向（與正序電流產生的正向旋轉磁場相反）旋轉磁場,它相對于轉子來說為2倍的同步轉速，因此在轉子中就會感應出100Hz的電流,即所謂的倍頻電流。該倍頻電流主要部分流經轉子本體、槽楔和阻尼條，而在轉子端部附近沿周界方向形成閉合回路，這就使得轉子端部、護環內表面、槽楔和小齒接觸面等部位局部灼傷,嚴重時