同步发电机无功功率的调节与电力系统稳定度-secret

同步发电机无功功率的调节与电力系统的稳定度

1、引言

某造纸自备电厂2×6MW发电机组是本公司正常稳定生产的主要能源供应设备。2005年8月投入运行，运行状况良好。进入2008年度，随着公司用电负荷的不断增加，两个造纸分厂部分设备的逐渐老化，使其用电设备的无功损耗进一步加大，10kv系统电压经常在规下线运行，有几次因系统电压低于规要求致使主要生产设备保护动作掉闸，影响了公司的正常生产。

2、原因

自备电厂发电机组输出的无功功率不能够及时满足负载对无功功率的需求，致使公司10kv电力系统电压低下，即输出电能的质量已变劣是造成主要生产设备保护动作掉闸的根本原因。我们知道，电力系统输出电能质量的优劣是衡定电力系统稳定度的重要条件，而电能质量的优劣主要体现在能否维持系统电压的正常水平。

3、同步发电机无功功率的调节原理及原因分析

实践可知，在电力系统的总负载中，既要求供给有功功率，又要求供给无功功率。电力系统的主要动力负载是功率因数较低的三相异步电动机，如果发电机发出的无功功率不能满足电力系统（也就是负载）对无功功率的要求，就会引起整个系统的电压下降，这时电力系统输出的电能质量逐渐变劣，这不仅对负载的工作不利，而且直接威胁整个电力系统的稳定运行。因此，发电机与电力系统并列运行以后，如何调节发电机输出的无功功率？尤为重要。

首先，我们分析发电机与电力系统并列后空载运行的状况。空载运行时，发电机中没有电枢反应，空载电动势和系统电压相等，定子绕组中无电流，这时的励磁电流为正常励磁电流；当增大励磁电流时，空载电动势增大，由于系统电压不能改变，定子绕组出现电压差，这个电压差使定子产生电流，这个电流在相位上要滞后于电压差90°，同时也滞后于系统电压，就是说此时发电机向电力系统输出了电感性无功功率，这种状态为过励状态（励磁电流超过正常励磁的电流）；当调节励磁电流使它小于正常励磁时，空载电动势小于系统电压，定子绕组又出现一个电压差，该电压差使定子产生电流，而这个电流在相位上比系统电压越前90°，此时发电机向电力系统输出了电容性无功功率，这种状态为欠励状态。

由此可见，当发电机空载时，如果不改变原动机（汽轮机或水轮机）的功率而只调节励磁电流，发电机的功率角并不改变，所以不能改变发电机输出的有功功率，只改变输出的无功功率。

其次，我们分析发电机与电力系统并列后带有负载时运行的状况。我们知道，发电机的输出功率（P em）由它的功角特性决定，即：

P em=3E0U sinθ/X d （E0为空载电动势，U为电力系统电压，θ为功率角，X d为发电机电枢反应电抗）

功率极限值（P max）是：

P max=3E0U/X d

当发电机与电力系统并列运行时，电力系统电压（U）、发电机电枢反应电抗（X d）都是常数，改变励磁电流的大小，将使空载电动势（E0）

发生变化。因此，当增加励磁电流使空载电动势（E0）增大时，功率极限值（P max）就要增大，当减小励磁电流使空载电动势（E0）减小时，功率极限值（P max）也要减小。图1所示就是不同励磁电流时发

电机的功角特性曲线，曲线1代表正常励磁情况，曲线2代表过励情况，曲线3代表欠励情况，可以看出，它们虽然都是正弦曲线，但是具有不同的最大值。

我们假设，在正常励磁情况下，发电机的功率因数cosφ=1，即发电机的定子电流?a与端（电力系统）电压?同相位，不输出无功功率。从发电机的简化相量图（图2（a））可知，定子绕组的同步电抗压降??=j?a X d，??比?a越前90°，E0＞U；这是发电机在功角特性（见图1）曲线1的a点运行，对应的功率角为θ1，输出的有功功率为P=3U I a COSφ=3U I a，输出的无功功率为零。

当增大励磁电流时，空载电动势由E0增大到E0′（见图2（b）），此时功角特性是（见图1）曲线2，在刚刚增大励磁电流时，由于贯

性功率角θ1还来不及改变，工作点由（图1）曲线1上的a点移到曲线2上的b点，由于原动机（汽轮机或水轮机）的输入功率并没有

改变，因此发电机的电磁功率大于输入功率，即电磁反转矩比托动转矩大，转子开始减速，功率角减小。当功率和转矩达到平衡时，工作点回到c点（见图1曲线2），功率角是θ2。从相量图（图2（b））可以看出，空载电动势E0′＞E0，功率角θ2＜θ1，电压差??′与?相位差不再是90°，因此由??′所产生的定子电流?a′（?a′比??′滞后90°）不再和?同相位，而是比?滞后φ′角，即发电机的功率因数COSφ′＜1。由于原动机输出的有功功率没有改变，但同时还输出了感性的无功功率，这种状态为发电机的过励状态。

如果减小励磁电流，则发电机的空载电动势减小，功角特性见图1中的曲线3，新工作点为e点，此时E0〞＜E0，功率角θ3＞θ1，从相量图（图2（c））可以看出，电流?a〞比端电压?越前一个角，说明发电机在输出有功功率（由于原动机功率不变，发电机输出的有功

功率并不改变）的同时，还输出了容性的无功功率，这种状态为欠励状态。

综上分析可知，不改变原动机的功率而只调节发电机的励磁电流时，输出的有功功率不能改变，而无功功率则可以受到调节。在过励状态下，励磁电流愈大，发电机输出的感性无功功率愈大；在欠励状态下，励磁电流愈小，发电机输出的容性无功功率愈大。所以，调节发电机的励磁电流就可以调节发电机的无功功率。

结合发电机功角特性曲线上可进一步看出，励磁电流增加以后，发电机的功率极限值也跟着增大，致使发电机的静态稳定度也随着提高，从而使电力系统的稳定度有所提高，即维持电力系统正常电压的能力将有所提高。

由于同步发电机的额定功率因数一般为0.8或0.85（滞后），即在一般情况下，发电机都是在过励状态下运行，输出的是电感性无功功率。而作为电力系统的主要负载大部分是感性负载，在运行中会消耗大量电感性无功功率，致使系统电压降低。为此，各电厂电气运行人员应密切监视电力系统的运行状况，按照发电机运行规程及时调节运行中发电机的输出（电感性）无功功率，满足系统负载对无功功率的需求，以便维持电力系统电压正常运行。

4、采取的措施

通过以上探讨可知，为提高电力系统的稳定度，需采取以下措施：

a) 自备电厂电气运行人员要密切监视公司10kv系统电压的运行状况，运用以上调节原理及时调整发电机输出的（电感性）无功功

率，进而满足系统负载对无功功率的需求。

b) 自备电厂2×6MW发电机组运行中的功率因数应调整在0.8～

0.9之间，必要（系统电压低下）时可以调在0.8以下运行，但须时刻监视励磁电流的大小，不允许超过励磁装置及发电机转子的电流规要求。

c)造纸分厂在启动100kw以上电机时，要预先通知自备电厂当值值长或电气班长，自备电厂电气人员接到通知后，在调节运行中发电机输出有功功率的同时，还必须及时调节运行中发电机输出的（电感性）无功功率，满足负载对感性无功的需求，确保公司10kv系统电压正常稳定运行。

d)对造纸分厂部分老化设备要逐步进行改造或更换。对一些无功损耗大或功率因数较低的设备电源线路上加装无功补偿装置，提高其功率因数。

5、结束语

通过实施，公司10kv电力系统电压始终保持在10.1～10.5kv之间，公司所有生产用电设备都能够正常运行。因系统电压低下而保护动作掉闸的现象已不再发生，公司的生产状况很好。总之，在现代电力系统中，调节发电机励磁的作用不仅是为了调节无功功率，而且还是提高电力系统稳定度的有效手段之一。同步发电机无功功率的调节是所有电厂保障和提高电力系统稳定度的重要运行方式，也是电厂电气运行人员保证电力生产安全、经济运行的必修课题。

发电机无功功率的手、自动调节

2009-08-26 05:33:26| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅

一、问题的提出

《电机学》一书中详细阐述了调节发电机有功功率和无功功率时两者之间的相互影响，最终得出一个众所周知的结论，即调节无功时，有功不变，调节有功时，无功反方向变化。

但是，在实际生产过程中，绝大多数机组，在没有人为干预的情况下，调节有功时，无功功率基本不会出现《电机学》理论中所描述的那种规律发生反方向变化的，当然不排除轻微反方向变化以及无功不变的现象出现，但是大多数情况下两者是同方向变化的，即增加有功，无功也增加，减少有功，无功也减少。这种现象引起了不少疑问，在此便详细分析一下实际生产过程中，机组的无功功率到底是如何随着有功功

率变化的，为什么会出现与理论书中结论相反的情况。

二、无功变化的理论分析

（一）纯电机角度的分析

1. 利用电枢反应的原理进行分析：

如果忽略励磁调节器的话，在《电机学》的同步电机电枢反应章节中有提到，增加无功，有功不变，增加有功，无功变小。这是因为，励磁如果是恒定不变的，那么在增加有功的时候，励磁用于交轴电枢反应的部分就多了，因为有功功率是靠电机的交轴电枢反应来实现的，那么用于直轴电枢反应的部分就少了，而无功功率正是由直轴电枢反应来实现的，这样加有功的时候无功就会降低，当然电压也就会适当降低。等于是固定不变就那么多的励磁电流，要么用作交轴反应来实现有功，要么就用作直轴反应来实现无功，在加有功时，交轴电枢反应用的励磁多了，那么励磁分给直轴电枢反应来实现无功的部分就少了。所以由于电枢反应，增加有功功率会产生去磁作用，最终导致发电机欠磁，无功功率降低，电压降低。

2. 利用发电机功角变化来进行分析：

前提同样是励磁保持恒定，发电机能否送出无功以及送出无功的多少与电压差ΔU有关，这个电压差ΔU是指发电机的电动势E0和端电压UN的同相部分的电压差，注意是同相部分的电压差，具体可参照《电机学》中的同步发电机迟相运行时的相量图，相量图是以发电机端电压UN为一个参考相量，即NU为一个垂直向上的箭头，其保持固定不动。电动势E0在UN箭头的逆时针侧，且为一个长度大于UN的箭头，两者之间形成一个夹角δ即发电机功角。所谓同相部分的电压差，就是指把E0箭头向参考量UN或者说是垂直轴上的一个投影，这个投影的长度比UN箭头要长，E0箭头在垂直轴上的投影长度减去UN箭头的长度即为两者同相部分的电压差ΔU，只有这个电压差才会产生无功电流，并且是电压差ΔU越大，发电机输出的无功功率就越大，如果电压差ΔU变小，则发电机输出的无功功率就减小。又根据发电机功角特性可知，当发电机送出有功功率时，电动势E0就与端电压UN错开一个δ角即发电机功角，当有功越大时，

δ角越大，此时可以想象E0又往逆时针的方向转了一个更大的角度，那么它在垂直轴上的投影高度就更短了，所以用它减去UN所得到的无功电压差ΔU就变小了，因而无功自动减小，当然电压也就会适当降低。

反之，当有功减小时，功角δ也随之减小，无功会自动增加，电压也会适当升高。

总之，无论从纯电机的任何一个方面去推论，前提只要励磁电流是恒定不变的，也就是忽略励磁调节器的作用，有功增加时，发电机无功出力就会自动减小，在外界无功用户不变的情况下，则会出现无功缺额，发电机电压会出现下降现象，直到外界用户在电压下降时所耗无功自动减小重新与发电机无功出力达到平衡，电压则会下降到一个新的平衡点稳定运行。反之有功减少时，无功出力会自动增加，在外界无功用户不变的情况下，则会出现无功过剩，发电机电压会出现升高现象，直到外界用户在电压升高时所耗无功自动增加重新与发电机无功出力达到平衡，电压则会升高到一个新的平衡点稳定运行。

（二）考虑励磁调节器的影响分析

1. 从机组本身的因素分析调节器的影响：

从纯电机的角度分析完，可以得出一个结论，当发电机励磁恒定时，增加发电机有功，则会使无功功率自动减少，最终发电机电压会适当降低，或者从另外一个新的角度来分析，当发电机有功增大时，发电机定子电流也增大，那么发电机定子绕组的阻抗压降就会增大，最终还是引起了发电机机端电压降低。

自动励磁调节器（在此只考虑调节器在自动通道恒电压方式下）是以发电机端电压作为被调量的，也就是说励磁调节器的作用就是要维持机端电压不变，所以由上面分析可知，在机组稳定运行，励磁不变的时候，如果增加有功功率则会使发电机的端电压适当降低，那么此时考虑到励磁调节器的存在，当发电机端电压降低，则会使励磁调节器自动增加励磁来维持机端电压。所以正是由于该调节作用，使得发电机在有功增加时，无功会基本维持不增不减。当然由于纯电机角度的分析因素的作用一般也会呈现略微减少的趋势，但是有时也会略微升高。总之调节器的特性参数不同及外部变工况，所以不是一个固定的规律。但基本上是可以维持有功增加时无功不变的，至少不可能会出现纯电机角度分析结论那种明显规律的反向变

化。

由于发电机励磁调节器的存在，当发电机有功增加时，无功不会出现纯电机角度所分析的那样明显减少。当然励磁调节器特性是不完全一样的，但即使励磁调节器调节作用不足以抵消增加有功所带来的去磁作用，也绝对能够抵消绝大部分去磁作用了，所以最多会有一个轻微的无功减少趋势。当然如果励磁调节器调节作用大于增加有功所带来的去磁作用，那么不仅此时可以完全弥补有功增加所带来的去磁影响，甚至无功还会有增加的趋势。可见，由于调节器本身特性的差异，可能会出现不同的结果。不过无论结果怎样，从根本上讲，由于调节器本身是用来维持机端电压的，所以调节器在发电机增加有功时会自动增加励磁，那还是因为发电机端电压在受到有功增加的去磁影响后而降低了，这时调节器增加励磁只是为了恢复正常的电压，也就是说仅仅是为了弥补增加有功出现的励磁缺额，所以发电机此时增加的励磁基本上全部都用在了有功功率的增加上，最终使发电机在有功功率增加后也不出现欠磁，从而维持端电压不变。

发电机在有功增加时会使端电压降低，由于励磁调节器会自动增磁维持发电机端电压，正是因为此时调节器自动增磁，则不会出现有功增加，无功明显减少的现象。当然，这时也会有一个新的问题，就是众所周知增加励磁时发电机无功功率会自动增加，那么在增加有功时，励磁也是在自动并且大量增加的，那么无功此时会大量增加吗？这里可以解释一下，《电机学》的发电机无功功率调节章节中分析调节励磁改变无功的前提是发电机输出有功不变，也就是说增加励磁无功增加的前提是发电机其它条件基本不变的，至少发电机有功是不变的，那么增加的励磁便全部用在了升高电压增大无功上，所以才会有了增加励磁，无功增加的结论。但是在增加有功的情况下大量增加励磁，发电机仍然只是为了维持着机端电压不降低，

发电机的端电压只要不变，则说明无功功率的供需是基本平衡的，那么此时认为外界无功用户是基本不变的，发电机此时的无功出力也不会有什么大的变化。最终这种情况下增加的励磁主要还是用在了增加的有功上，对无功影响不大，所以这里在增加励磁时，无功是不会明显增加的。

总之，在忽略了调节器特性差别后，我们假设外界条件不变的情况下，可以得出的结论为，调节有功功率时，励磁调节器只能够基本维持无功不变。也不排除轻微增加或者轻微减少的情况，但可以肯定不会明显增加或者明显减少。当然实际情况中要考虑到大量外部因素，无功可能会因外界其它因素而明显变化，

下面便具体分析。

2. 从机组以外的因素分析调节器的影响：

（1）外界系统运行方式的变化：比如投切线路的电容效应和投切电抗器等元件都会使整个系统的无功电源及无功用户情况发生变化，最终机组无功功率也会发生不确定的变化。

（2）外界机组出力的变化：同一电网的其它机组加减出力的同时也会影响其无功出力，以及机组的启停，均会导致电网无功的不平衡，系统电压变动，最终也会使机组无功功率发生不确定的变化。

（3）考虑系统功率传输机理：传输有功功率需要无功功率的支撑，所以调节有功时，比如增大有功，此时要在恒定电压下输走更多的有功，那么需要支撑的无功也就更多，如果无功支撑不足，则会引起电压下降，最终也会导致励磁调节器自动增加励磁，具体我们可以对输电系统中的两大元件即输电线路和变压器进行展开分析。根据输电线路自然功率的概念可知，输电线路既因为其电容效应能够发出无功，也因为其存在串联阻抗在输电过程中电流流过线路的串联阻抗又要消耗无功，所以有功越大，线路的电流越大，消耗的无功就越大，特别是输电功率高于自然功率时，线路自身的电容效应所产生的无功已不足以供线路自身所耗无功了，线路则要从系统吸收无功了。根据变压器自身无功损耗公式可知，变压器传输有功的过程中，会消耗大量无功，传输的有功越大，消耗的无功就越大，当变压器传输有功功率达到满载时，其自

身消耗的无功可达变压器额定容量的10%~15%。

由上述分析可见，当系统中无功出力与无功用户平衡，电压不变的时候，此时若机组增加有功，则会直接导致输电系统传输的有功功率增大，电流增大，那么系统自身在传输有功时消耗的无功也自然增大，所以无功出力与无功用户不再平衡，无功出力已经不能满足无功用户的需要，也就是说出现了无功缺额从而引起电压下降，最终励磁调节器会自动增加励磁来提高机组无功出力使其重新与无功用户达到平衡，维持机端电压。此外在电力系统分析中，考虑了系统静态稳定性，也要在有功增加时适当提高无功，但这主要是从电网稳定方面分析的，对于机组本身，影响甚小，不展开分析。总之，这个因素导致的无功变化基本是可以确定方向的，即机组无功功率基本随着有功功率的增加而增加，反之同理。注，本段分析可参考

有功增加时主变压器输出无功变化趋势图。

（4）厂用电负荷的变化：由于大多厂用负荷为感应电动机，自身所消耗的无功是很大的，所以当厂用电负荷变化时，所耗无功会发生很大变化。厂用负荷无功的变化几乎不会影响到系统电压，也就是说系统电压是维持恒定的，由于主变阻抗的存在，发电机机端的电压是会直接受到影响的，比如增加有功，厂用负荷就要增大，厂用电所耗无功功率增大，发电机机端电压降低，最终仍是励磁调节器自动增加励磁以维持机端电压，那么机组无功出力就会增加，等于是厂用负荷无功的变化最终是直接体现到发电机无功出力上了。这个因素导致的无功变化也基本是可以确定方向的，即机组无功功率基本随着有功功率的增加而增加，反之同理。注，本段分析可参考启停机过程中以及机组正常运行中带厂用电情况下增减有功时无功

变化趋势图。

（5）此外还有一些不可预知的原因引起的电压变化，也均会使励磁调节器自动调整励磁最终改变无

功出力。

由于个人能力有限，手记也不是很严谨，如有不妥还请师傅们多多指点！。

发电机是靠调节励磁电流的大小来调整无功输出大小的。当励磁电流增大后，转子磁场增大使气隙磁场增强，定子线圈的感应电动势增强，由于负载阻抗不变，定子电流增大，进而使无功功率增大。直到定子电流产生的定子磁场和转子磁场达到新的平衡。电流和电压都会稳定在一个较原来更大的值上，至于是电流增加得多还是电压增加得多，要看负荷的阻抗大小而定，如果负荷阻抗小，则主要是增加电流，如果负荷阻抗大，则电压上升得多。比如单机运行的时候，阻抗非常大，所以电流基本不变，电压变化很大，而并网运行的时候，由于大网的所有负荷都是并联，阻抗很小，电压基本不变，电流变化比较大。

同步发电机习题二 (有答案)

同步发电机习题二 一、填空题 1、我国生产的72500千瓦的水轮发电机，其转速为125转／分，那么，极对数p=__________________(24) 2、三相同步发电机带有纯电感负载时，如不计电枢电阻的作用，则电枢反应作用是_________________(直轴去磁) 3、装在用户附近的一台调相机，在负载比较小的夜间为改善长线末端的电压应使调相机处于 状态。（欠励） 4、调节同步发电机励磁电流就能改变发电机输出的________ 。（无功功率） 5、同步发电机用暗灯法并联合闸，当频率不等时所出现的现象___________ 。（三相灯出现同时暗，同时亮的交替变化现象） 9．同步发电机内功率因数角ψ=90时的电枢反应为________________。_(直轴去磁) 10、同步发电机用暗灯法并联合闸，当电压不等时所出现的现象 ___________ 。（一个相灯没有绝对熄灭的时侯，在最亮和最暗范围内闪烁） 11．同步发电机处于“欠励磁”状态时发出无功的性质为___________.（容性） 12．并联于无限大电网的运行的同步发电机，要改变有功功率输出，只需调节______________________.（原动机的转速） 13．同步发电机气隙增大，其同步电抗将 。（减小） 14．同步发电机内功率因数角ψ=0时的电枢反应为________ 。（交轴电枢反应） 15、同步发电机在过励时从电网吸收 容性无功功率 ，产生 直轴去磁的电枢反应 电枢反应 16、同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；是 和 空间夹角。（电动势和电压；励磁磁动势和气隙磁动势） 17．凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁 转矩为 2q d mU 11()sin22X X δ-Ω 18、一台并网运行的同步发电机，按发电机惯例，已知原运行点的功率因数是超前的，则电机运行在______励状态，此时电机从电网吸收_____性质的无功功率；若不调节原动机输出而将励磁电流单方向调大，则电机可变化到_____励状态，此时电机向电网发出_______无功功率。（欠励，感性，过励，感性） 19、同步发电机按转子结构分，有 , ；按原动机类型分，主要有 , ；（凸极式和隐极式；汽轮层峦叠嶂电机和水轮发电机） 20、同步电机空载运行指仅有_____________输出，________________输出为零(无功功率输出，有功功率) 二、单项选择题

同步发电机励磁自动控制系统练习参考答案

一、名词解释 1．励磁系统 答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。 2．发电机外特性 答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。 3．励磁方式 答：供给同步发电机励磁电源的方式。 4．无刷励磁系统 答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。 5．励磁调节方式 答：调节同步发电机励磁电流的方式。 6．自并励励磁方式 答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。 7．励磁调节器的静态工作特性 答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。 8.发电机调节特性 答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。 9．调差系数 答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。 10．正调差特性 答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。11．负调差特性 答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。12．无差特性 答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。

13．强励 答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 二、单项选择题 1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．调节机端电压和发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功 PG = EGUG sinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。 X d A．U G sinδ； B．E Gsinδ； C．1 X d ?sinδ； D．sinδ。 4．同步发电机励磁自动调节的作用不包括( C )。 A．电力系统正常运行时，维持发电机或系统的某点电压水平； B．合理分配机组间的无功负荷； C．合理分配机组间的有功负荷； D．提高系统的动态稳定。 5．并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定分配机组间的( A )。A．无功负荷；

电机功率因数

什么是电机的功率因数 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。 cosφ——功率因数； P——有功功率，kW； Q——无功功率,kVar； S——视在功率,kV。A； U——用电设备的额定电压,V； I——用电设备的运行电流,A。 功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。 (1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。 (2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。 (3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值. 提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。 功率因数是交流电路的重要技术数据之一。功率因数的高低，对于电气设备的利用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。 所谓功率因数，是指任意二端网络(与外界有二个接点的电路)两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦。在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，电路中消耗的功率P，不仅取决于电压V与电流I的大小，还与功率因数有关。而功率因数的大小，取决于电路中负载的性质。对于电阻性负载，其电压与电流的位相差为0，因此，电路的功率因数最大()；而纯电感电路，电压与电流的位相差为π／2，并且是电压超前电流；在纯电容电路中，电压与电流的位相差则为－(π／2)，即电流超前电压。在后两种电路中，功率因数都为0。对于一般性负载的电路，功率因数就介于0与1之间。 一般来说，在二端网络中，提高用电器的功率因数有两方面的意义，一是可以减小输电线路上的功率损失；二是可以充分发挥电力设备(如发电机、变压器等)的潜力。因为用电器总是在一定电压U和一定有功功率P的条件下工作。 可知，功率因数过低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗增大。另外，在输电线路的电阻上及电源的内组上的电压降，都与用电器中的电流成正比，增大电流必然增大在输电线路和电源内部的电压损失。因此，提高用电器的功率因数，可以减小输电电流，进而减小了输电线路上的功率损失。 提高功率因数，可以充分利用供电设备和线路的容量，减小设备、线路中的损耗,电机的有效功率会提高。 1) 提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。 2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cos?=0.5时的损耗是cos?=1时的4倍。 3) 能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。 4) 可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。 5) 因发电机的发电容量的限定，故提高cos?也就使发电机能多出有功功率。 在实际用电过程中，提高负载的功率因数是最有效地提高电力资源利用率的方式。 在现今可用资源接近匮乏的情况下，除了尽快开发新能源外，更好利用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。而对于目前人类所大量使用和无比依赖的电能使用，功率因数将是重中之重。 高功率因数，可提高电机设备出力。 对于3相电动机：P＝√3UIcosφ所以功率因素从0.8提高到0.9，出力提高0.1UI√3其它：感应电动机的功率因数有两种，即自然功率因数和总功率因数。自然功率因数就是设备本身固有的功率因数，其值决定

功率因数的提高及其效果

功率因数的提高及其效果 在供电过程中，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约电能和整个供电区域的供电质量。对广大厂矿企业来说，功率因数的高低是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题，应予以充分重视。本文集中讨论了影响电力系统功率因数的几个重要因素，提出了相应的解决措施，并结合我矿的实际情况，对利用并联移相电容提高电网的功率因数进行了探讨。 在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分地发挥发、供电设备的生产能力，减少线路损失，改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率。若能有效地搞好补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。 一、影响功率因数的主要因素 首先我们来了解功率因数产生的主要原因。功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。影响功率因素主要是下面几个方面。

（一）异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 我矿绝大部分动力负荷都是异步电动机, 异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素,而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。因此，在选择异步电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电气指标，合理选择异步电动机的型号、规格和容量，使其处于经济运行状态，若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著恶化。故而从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确的合理的选择电动机的容量。其次，要提高异步电动机的检修质量，因为异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动时对异步电动机无功功率的大小有很大的影响。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。 电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器的变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。 （二）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响

2.1同步发电机数学模型及运行特性

2.1同步发电机数学模型及运行特性 本节主要阐述同步发电机稳态数学模型及运行特性：包括向量图、等值电路与功率方程以及功角特性。 2.1.1 同步发电机稳态数学模型 理想电机假设： 1）电机铁心部分的导磁系数为常数； 2）电机定子三相绕组完全对称，在空间上互差120度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称； 3）定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在空气隙中按正弦规率分布； 4）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。 同步电动机是一种交流电机，主要做发电机用，也可做电动机用，一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机和矿井通风机等。近年由于永磁材料和电子技术的发展，微型同步电机得到越来越广泛的应用。同步电动机的特点之一是稳定运行时的转速n与定子电流的频率f1之间有严格不变的关系，即同步电动机的转速n与旋转磁场的转速n0相同。“同步”之名由此而来。 同步发电机是电力系统中的电源，它的稳态特性与暂态行为在电力系统中具有支配地位。虽然在电机学中已经学过同步电机，但那时侧重于基本电磁关系，而现在则从系统运行的角度审视发电机组。 1.同步发电机的相量图 设发电机以滞后功率因数运行，三相同步发电机正常运行时，定子某一相空载电势Eq，输出电压或端电压U和输出电流I间的相位关系如图2-1所示。δ是Eq领先U的角度，称为功角，是功率因数角，即U与I的相位差， Eq与q轴（横轴或交轴）重合，d为纵轴或直轴。U和I的d、q分量为： 图 2-1电势电压相量图 电机学课程中已经讨论过，端电压和电流的分量与Eq间的关系为： （2-3）

同步发电机习题二 (有答案)教学文案

同步发电机习题二(有答案)

同步发电机习题二 一、填空题 1、我国生产的72500千瓦的水轮发电机，其转速为125转／分，那么，极对 数p=__________________(24) 2、三相同步发电机带有纯电感负载时，如不计电枢电阻的作用，则电枢反应作 用是_________________(直轴去磁) 3、装在用户附近的一台调相机，在负载比较小的夜间为改善长线末端的电压应 使调相机处于 状态。（欠励） 4、调节同步发电机励磁电流就能改变发电机输出的________ 。（无功功率） 5、同步发电机用暗灯法并联合闸，当频率不等时所出现的现象___________ 。（三相灯出现同时暗，同时亮的交替变化现象） 9．同步发电机内功率因数角ψ=90时的电枢反应为________________。_(直轴 去磁) 10、同步发电机用暗灯法并联合闸，当电压不等时所出现的现象 ___________ 。（一个相灯没有绝对熄灭的时 侯，在最亮和最暗范围内闪烁） 11．同步发电机处于“欠励磁”状态时发出无功的性质为___________.（容性） 12．并联于无限大电网的运行的同步发电机，要改变有功功率输出，只需调节 ______________________.（原动机的转速） 13．同步发电机气隙增大，其同步电抗将 。（减小） 14．同步发电机内功率因数角ψ=0时的电枢反应为________ 。（交轴电枢反应） 15、同步发电机在过励时从电网吸收 容性无功功率 ，产生 直轴去磁的电枢反应 电枢反应 16、同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；是 和 空间夹角。（电动势和电压；励磁磁动势和气隙磁动势） 17．凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电 磁转矩为 2q d mU 11()sin22X X δ-Ω

功率因数调整电费办法

功率因数调整电费办法

功率因数调整电费办法 鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以提高供电用双方和社会的经济效益，特制定本办法。 功率因数的标准值及其适用范围 功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户）、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站； 功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户（包括社队工业用户），100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以上的电力排灌站； 功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。

所规定的百分数增减电费。如用户的功率因数在“功率因数调整电费表”所列两数之间，则以四舍五入计算。 根据电网的具体情况，对不需增设补尝设备，用电功率因数就能达到规定标准的用户，或离电源点较近，电压质量较好、勿需进一步提高用电功率因数的用户，可以降低功率因数标准或不实行功率因数调整电费办法，但须经省、市、自治区电力局批准备，并报电网管理局备案。降低功率因数标准的用户的实际功率因数，高于降低后的功率因数标准时，不减收电费，但低于降低后的功率因数标准时，应增收电费。 表一以0.90为标准值的功率因数调整电费表 减收电费增收电费 实际功率因数月电费减少％实际功率因数月电费增加％实际功率因数月电费增加％ 0.90 0.00 0.89 0.5 0.75 7.5 0.91 0.15 0.88 1.0 0.74 8.0 0.92 0.30 0.87 1.5 0.73 8.5 0.93 0.45 0.86 2.0 0.72 9.0 0.94 0.60 0.85 2.5 0.71 9.5 0.84 3.0 0.70 10.0 0.95~1.00 0.75 0.83 3.5 0.69 11.0

三相同步发电机的运行特性完整版

三相同步发电机的运行特性 、实验目的 1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。 二、预习要点 1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2、这些基本特性各在什么情况下测得？ 3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？ 三、实验项目 1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 2、空载实验：在n=n N、I=0 的条件下，测取空载特性曲线U0=f(I f) 。 3、三相短路实验：在n=n N、U=0 的条件下，测取三相短路特性曲线I K =f(I f)。 4、纯电感负载特性：在n=n N、I=I N、cosφ≈的0条件下，测取纯电感负载特性曲线。 5、外特性：在n=n N、I f=常数、cos φ =1和cos φ =0.8滞(后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I) 。 6、调节特性：在n=n N、U=U N、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I f=f(I) 。 四、实验方法 1 2、屏上挂件排列顺序 D34-2、D52、D51 3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。 测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表5-1 中。

源 电 磁 励 2 5 ＋D ＋D 图 5-1 三相同步发电机实验接线 图 4、空载实验 (1) 按图 5-1 接线， 校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发 电机Ｇ Ｓ旋转， ＧＳ的定子绕组为 Y 形接法 (U N =220V) 。R f2用 R4 组件上的 90Ω与 90Ω 串联加 R6 上 90Ω 与 90Ω并联共 225Ω 阻值， R st 用 R2 上的 180Ω 电阻值， R f1用 R1 上的 1800Ω电阻值。开关 S 1， S 2 选用 D51 挂箱。 (2) 调节 D52 上的 24V 励磁电源串接的 R f2 至最大位置。调节 MG 的电枢串联电阻 R st 至最大值， MG 的励磁调节电阻 R f1 至最小值。开关 S 1、S 2 均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋 转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在 “关 ”断的位置，作 好实验开机准备。 (3) 接通控制屏上的电源总开关， 按下 “启动 ”按钮,接通励磁电源开关， 看到电流表 A 2有励磁电 流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关 ,起动 MG 。MG 起动运行正常后 , 把 R st 调至最小，调节 R f1使 MG 转速达到同步发电机的额定转速 1500 r/min 并保持恒定。 (4) 接通 GS 励磁电源，调节 GS 励磁电流 (必须单方向调节 )，使 I f 单方向递增至 GS 输出电压 U 0≈ 1.3U N 为止。 (5) 单方向减小 GS 励磁电流，使 I f 单方向减至零值为止，读取励磁电流 I f 和相应的空载电压 U 0。 (6) 共取数据 7～9 组并记录于表 5-2 中。 表 5-2 n=n N =1500r/min I=0 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 I(mA) 48.1 26.7 33.8 33.8 26.7 40.8 26.7 33.5 47.1 U(V) 0.76 0.42 0.53 0.53 0.42 0.64 0.42 0.53 0.74 R(Ω) 63.3 63.6 63.8 63.8 63.6 63.8 63.6 63.2 63.6 COSФ R L S 1 R L A R L I C R f2 ＋ x A MG X ＋ y B V 1 C 同步电机 励磁绕组 同步电机 电枢绕组 TG R t s 源 电 磁 励 GS 3~ 励磁绕组

三相同步发电机的运行特性完整版

三相同步发电机的运行特性 一、实验目的 1、用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2、由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。 二、预习要点 1、同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2、这些基本特性各在什么情况下测得？ 3、怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？ 三、实验项目 1、测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 2、空载实验：在n=n N、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f(I f)。 3、三相短路实验：在n=n N、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线I K=f(I f)。 4、纯电感负载特性：在n=n N、I=I N、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。 5、外特性：在n=n N、I f=常数、cosφ=1和cosφ=0.8(滞后)的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。 6、调节特性：在n=n N、U=U N、cosφ=1的条件下，测取调节特性曲线I f=f(I)。 四、实验方法 2、屏上挂件排列顺序 D34-2、D52、D51 3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻 被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。 测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于表5-1中。

图5-1 三相同步发电机实验接线图 4、空载实验 (1) 按图5-1接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y 形接法(U N =220V)。R f2用R4组件上的90Ω与90Ω串联加R6上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R st 用R2上的180Ω电阻值，R f1用R1上的1800Ω电阻值。开关S 1，S 2选用D51挂箱。 (2) 调节D52上的24V 励磁电源串接的R f2至最大位置。调节MG 的电枢串联电阻R st 至最大值，MG 的励磁调节电阻R f1至最小值。开关S 1、S 2均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。 (3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮,接通励磁电源开关，看到电流表A 2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关,起动MG 。MG 起动运行正常后, 把R st 调至最小，调节R f1使MG 转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min 并保持恒定。 (4) 接通GS 励磁电源，调节GS 励磁电流(必须单方向调节)，使I f 单方向递增至GS 输出电压U 0≈1.3U N 为止。 (5) 单方向减小GS 励磁电流，使I f 单方向减至零值为止，读取励磁电流I f 和相应的空载电压U 0。 (6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中。 z

发电机功率因数调整详解

1.多数发电机的功率因数为0.8，个别的功率因数可达0.85或0.9。 一般情况下，功率因数由额定值到1.0的范围内变化时，发电机的出力可以保持不变，但为保持系统的静态稳定，要求功率因数不能超过0.95，也就是无功负荷不得小于有功负荷的1/3。当发电机的功率因数低于额定值时，由于转子电流增大，会使转子温度升高，此时，应调整负荷，降低发电机的出力。否则，转子温度可能超出极限值。所以，运行时值班人员必须注意调整负荷，使转于电流不超过在该冷却空气进口温度下的允许值。一般地，功率因数都是0.8-0.9左右吧！这个要根据这台机组所规定的功率因数参数和电网的要求。如果机组是调峰机组，可能白天和晚夜就不一样的，我们厂现在由供电局规定的，白天多发无功，晚上少发无功。 2. 由Q=UIsinΦ和P=UIcosΦ知，若机组发出的无功越多，功率因数就是减小，在发电机输出功率不变的情况下，机端的电压会升高。无功越多，励磁电流就会增大，机组的定、转子温度会有所升高，过高的话，两者的绝缘可能也会受到威胁呢.反之，如果功率因数过高，，机组所发的无功功率就是很少啦！机端电压也会降低，就会降低运行的稳定性很容易失步或有可能会造成机组进行运行呢？ 所以机组运行时，注意机端电压在规定值和保证机组不进相运行就可以了。 3.为了保证机组的稳定运行，发电机的功率因数一般不应超过迟相0.95运行，或无功负荷应不小于有功负荷的1/3。在发电机自动调整励磁装置投入运行的情况下，必要时发电机可以在功率因数为1.0的情况下短时运行，长时间运行会引起发电机的振荡和失步。目前大机组基本上不允许进相运行，有的大机组正在进行进相试验，运行人员应根据本机组的情况及时调整。当功率因数低于额定值时，发电机出力应降低，因为功率因数越低，定子电流中的无功分量越大，转子电流也必然增大，这会引起转子电流超过额定值而使其绕组发生过热现象，试验证明，当功率因素等于0.7时，发电机的出力将减少8%。因此发电机在运行中，若其功率因数低于额定值时，值班人员必须及时调整，使出力尽量带到允许值，而转子电流不得超过额定值。 4.功率因数过高或过低对发电机运行有影响，主要是指在满负荷的情况下。 功率因数cosφ=有功功率/视在功率 当有功负荷满发时，cosφ过高即无功过低，减少系统的无功裕量，会影响发电机的稳定性。虽然提高了经济性，但从长远来看，这是以增加事故的概率换来的，一旦有突发事故发生，发电机可能经受不起小的扰动或震荡，有可能失步。 此外，无功过低将引起发电机端电压下降，使厂用电动机受影响。电动机吸取的电流上升，而使电压更低，形成恶性循环，可能导致整个系统失去稳定运行而崩溃。 cosφ过高还会增加发电机进相运行的机会，使发动机端部容易发热。 cosφ过低即无功过高，励磁电流上升，转子绕组温度上升，寿命缩短。 cosφ过低使得发电机端电压上升，铁芯内磁通密度增加，损耗也增加，铁芯温度上升。 当发电机在额定负荷下运行时，cosφ过低，发动机的励磁电流、定子电流增加，将使设备发热，增加了设备老化、开关跳闸等机会。

同步发电机的运行特性习题(精)

第3节 同步发电机的运行特性 一、填空题 1、同步发电机单机运行时，输入转矩和磁力电流保持不变，当有功负载（ 0>?）增加时，端电压U ，频率 ；当无功负载（ 0>?）增加时，端电压 U ，频率f 。 2、同步发电机的短路比可借助于 和 两条特性曲线来求取。 3、同步发电机稳态短路时，空载电动势是用来平衡 ，而气隙电动势来平衡 。 4、一台同步发电机带8.0cos =?的阻感性负载运行，若定子电流减小，发电机端电压 ，为保持电压额定值不变，励磁电流要 。 5、同步发电机带纯电阻负载时，从外特性曲线可知，若电枢电流增加，端电压会 ， 其主要原因有内功率因数角ψ ，仍有一部分 作用的结果。 6、影响同步电动机电压变化率的因素，有 和 。 二、选择题 1、同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 （A ）漏阻抗较大； （B ）短路电流产生去磁作用较强； （C ）电枢反应产生增磁作用； （D ）同步电抗较大。 2、测定同步发电机短路特性时，如果转速降低N n 8.0时，测得的短路特性 。 （A ）不变 （B ）提高0.8倍 （C ）降低0.8倍 三、问答题 1、简析同步发电机在短路特性曲线为什么是一条直线？ 2、保持励磁电流不变，电枢电流N I I =，发电机转速恒定，试分析：①空载；②纯阻负载；③纯感负载；④纯容负载（设容抗大于发电机的同步电抗）时发电机端电压的大小？欲保持端电压为额定值，应如何调节？ 3、同步发电机带上（>0°）的对称负载后，端电压为什么会下降，试从电路和磁路两方面加以分析？ 4、什么叫短路比？它和同步电抗有何关系？它的大小对电机的运行性能和制造成本有何关系？

电机效率与功率因数

什么是电动机的功率因数？ 异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率（即容量等于三倍相电流与相电压的乘积）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cosψ来表示。 电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。 什么是电动机的输入功率和输出功率 电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。在额定负载下，P2就是额定功率Pn。 电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜（或铝）损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。 什么是电动机的效率 电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为，常用百分数表示，即： 效率高，说明损耗小，节约电能。但过高的效率要求，将使电动机的成本增加。一般异步电动机在额定负载下其效率为75～92%。异步电动机的效率也随着负载的大小而变化。空载时效率为零，负载增加，效率随之增大，当负载为额定负载的0.7～1倍时，效率最高，运行最经济。

水电站调整电机功率因数

调整电机功率因数 合理调整电机功率因数，保证系统的无功需求，是电站运行的一项重要工作。本文主要讲述发电机在各种运行工况下，如何调整功率因数，使电站既多发有功，又满足了系统的无功需求，以提高电站的经济效益问题。 关键词：水电站功率因数调整在水电站的运行工作中，发电机的功率因数是经常调整的一个参数，怎样根据水电站季节性水量变化较大、发电机负荷不均的特点，合理地调整发电机功率因数，满足系统无功负荷的需求，解决在满负荷运行时发电机端电压偏高的问题。对水电站的安全运行及提高电站的经济效益，有着重要的意义。 博爱县丹东水电站是丹河流域梯级开发的一座引水式水电站，电站总装机容量为3130kW，其中有两台为1250kW和一台630kW水轮发电机组。发电机额定电压为6.3kV，发电机功率因数为0.8，三台发电机均为同步发电机。电站年发电量1400万kW·h。1995年与大电网并网，同时电站有独立的自供区。每年上网与自供负荷的比例为三比一。 由于电站的供电系统有两个部分组成，电站必须合理调整发电机的功率因数，以满足两个系统对无功的需求。在电站自供区内，共安装有变压器容量3000kVA，变压器近40台，而且多为老式高耗能变压器，用电负荷变化大，无功负荷需求量也大。10kV线路上和400V

低压用户均未安装电容器。如用安装电容器来补偿无功，提高自供区内线路的功率因数，一次性投资大，电容器运行维护费用高，经常还会出现"过补"现象。因此通过对电站发电机功率因数进行适时调整，补充自供区线路的无功负荷，提高线路的经济运行，较为合理。并网负荷的功率因数，电力部门的要求也十分严格，规定功率因数必须为0.8。如少发无功处罚、多发无功奖励，奖罚以0.8为标准，低0.01奖当月上网电费的0.1%，高0.01罚当月上网电费的0.5%，即奖一罚五的规定。电力部门的规定虽然十分严格，但我们电站在不同季节，根据水量和负荷变化的特点，合理地调整发电机的功率因数，每年不但保证自供区无功负荷的需要，而且还受电网多发无功的奖励。 合理调整发电机的功率因数，必须注意几个问题，即针对不同运行季节的特点，正确地进行调整。 对于径流式没有调节能力的小水电站，在雨季水量充足时，电站内多台机组都能满负荷运行，这时应把发电机的功率因数调到0.85～0.9左右，让发电机多发有功，少发无功。《发电机运行规程》中规定：功率因数以0.8为宜，不得超过0.95，必要时方可在功率因数为1的情况下运行。说明功率因数调整稍高一点符合规程要求。另一方面，在满足负荷运行时，功率因数不宜调得太低。这是因为，当发电机的功率因数从额定值到零的范围内变动时，它的有功出力应根据转子电流的允许值而适当降低，因功率因数愈低，定子电流的无功分

电动机的功率因数

电动机知识 随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为ABB变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员， 它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。 1DTC控制技术 DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定

转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态）。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数―――定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度 。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于5ms）。 2防止溜钩控制 作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（"回馈"是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能），尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。 电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电） 需要的时间大约为016s（视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生"过流"而跳闸的误动作。 防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动

水电站发电机功率因数的调整

水电站发电机功率因数的调整 2007-04-14 18:27 摘要： 合理调整电机功率因数，保证系统的无功需求，是电站运行的一项重要工作。本文主要讲述发电机在各种运行工况下，如何调整功率因数，使电站既多发有功，又满足了系统的无功需求，以提高电站的经济效益问题。 关键词： 水电站 功率因数 调整 在水电站的运行工作中，发电机的功率因数是经常调整的一个参数，怎样根据水电站季节性水量变化较大、发电机负荷不均的特点，合理地调整发电机功率因数，满足系统无功负荷的需求，解决在满负荷运行时发电机端电压偏高的问题。对水电站的安全运行及提高电站的经济效益，有着重要的意义。 博爱县丹东水电站是丹河流域梯级开发的一座引水式水电站，电站总装机容量为3130kW，其中有两台为1250kW和一台630kW水轮发电机组。发电机额定电压为6.3kV，发电机功率因数为0.8，三台发电机均为同步发电机。电站年发电量1400万kW·h。1995年与大电网并网，同时电站有独立的自供区。每年上网与自供负荷的比例为三比一。 由于电站的供电系统有两个部分组成，电站必须合理调整发电机的功率因数，以满足两个系统对无功的需求。在电站自供区内，共安装有变压器容量3000kVA，变压器近40台，而且多为老式高耗能变压器，用电负荷变化大，无功负荷需求量也大。10kV线路上和400V低压用户均未安装电容器。如用安装电容器来补偿无功，提高自供区内线路的功率因数，一次性投资大，电容器运行维护费用高，经常还会出现"过补"现象。因此通过对电站发电机功率因数进行适时调整，补充自供区线路的无功负荷，提高线路的经济运行，较为合理。并网负荷的功率因数，电力部门的要求也十分严格，规定功率因数必须为0.8。如少发无功处罚、多发无功奖励，奖罚以0.8为标准，低0.01奖当月上网电费的0.1%，高0.01罚当月上网电费的0.5%，即奖一罚五的规定。电力部门的规定虽然十分严格，但我们电站在不同季节，根据水量和负荷变化的特点，合理地调整发电机的功率因数，每年不但保证自供区无功负荷的需要，而且还受电网多发无功的奖励。 合理调整发电机的功率因数，必须注意几个问题，即针对不同运行季节的特点，正确地进行调整。 对于径流式没有调节能力的小水电站，在雨季水量充足

三相同步发电机的运行特性实验报告

三相同步发电机的运行特性实验报告

一、实验目的 1. 掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因数负载特性的实验求取法。 2.学会用实验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳太参数。 二、实验内容： 1.空载实验：在n=nN，I=0的条件下，测取同步发电机的空载特性曲线Uo=f(If)。 2.三相短路实验：在n=n N，U=0的条件下，测取同步发电机的三相短路特性曲线I k=f(I f). 3..求取零功率因数负载特性曲线上的一点，在n=nN；U=UN；cos?≈0的条件下，测取当I=IN 时的If值。 三、实验仪器及其接线 1.实验仪器如下图所示：

2.实验室实际接线图如下图所示： 图1 实验室实际接线图 四、实验线路及操作步骤： 1. 空载实验 实验接线图如图2所示 图2 实验接线图 实验时启动原动机（直流电动机），将发电机拖到额定转速，电枢绕组开路，调节励磁电流使电枢空载电压达到120%U N值左右，读取三相线电压和励磁电流，作为空载特性的第一点。然后单方向逐渐减小励磁电流，较均匀地测取8到9组数据，最后读取励磁电流为零时的剩磁电压，将测量数据记录于表1中。

表1 空载实验数据记录 n=no=1500转/分 I=0 （1）表1中 U 0=3 AC BC AB U U U ++ U 0*=N U U 0 I f =I ′f +ΔI f0 I I fo f I f = * I f0为U 0= U N 时的I f 值，在本实验室中取U N =400V,I N =3.6A 。 （2）若空载特性剩磁较高，则空载特性应予以修正，即将特曲线的的直线部分延长与横轴相交，交点的横坐标绝对植ΔI f0即为修正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上ΔI f0，即得通过坐标原点之空载校正曲线。如图3所示。 图3 空载特性曲线校正 2.短路实验 实验线路图如图2所示。在直流电动机不停机状态下，并且，发电机励磁电流等于零的情况下，这时合上短路开关K 2，将电枢三相绕组短路，将机组转速调到额定值并保持不变，逐步增加发电机的励磁电流I f ，使电枢电流达到（1.1-1.2）倍额定值，同时量取电枢电流和励磁电流，然后逐步减小励磁电流直到降为0为止。其间共同读取5-6组数据，记于表2中。

功率因数过高或过低对发电机运行有影响

功率因数过高或过低对发电机运行有影响，主要是指在满负荷的情况下。 功率因数cosφ=有功功率/视在功率 当有功负荷满发时，cosφ过高即无功过低，减少系统的无功裕量，会影响发电机的稳定性。虽然提高了经济性，但从长远来看，这是以增加事故的概率换来的，一旦有突发事故发生，发电机可能经受不起小的扰动或震荡，有可能失步。 此外，无功过低将引起发电机端电压下降，使厂用电动机受影响。电动机吸取的电流上升，而使电压更低，形成恶性循环，可能导致整个系统失去稳定运行而崩溃。 cosφ过高还会增加发电机进相运行的机会，使发动机端部容易发热。 cosφ过低即无功过高，励磁电流上升，转子绕组温度上升，寿命缩短。 cosφ过低使得发电机端电压上升，铁芯内磁通密度增加，损耗也增加，铁芯温度上升。 当发电机在额定负荷下运行时，cosφ过低，发动机的励磁电流、定子电流增加，将使设备发热，增加了设备老化、开关跳闸等机会。 在平时的运行监视中，要根据电压来调整，电压偏低要多发无功，电压偏高要少发无功，通过调整有功和无功的比例，控制电压和运行电流，确保发电机在安全、经济的条件下运行。 发电机电压在额定值的±5%范围内变化是允许长期运行的，而且电压降低5%，电流还可以提高5%，这是考虑电压降低会使铁耗降低。如果电压太低，或太高，那么，对电机运行就会有影响。首先，如果电压太高，这样，转子绕组的温度升高可能超出允许值。电压是由磁场感应产生的，磁场的强弱又和励磁电流的大小有关，若保持有功出力不变而提高电压，就要增加励磁电流，因此温度升高。另外，铁芯内部磁通密度增加，损耗也就增加，铁芯温度也会升高。而且温度升高，对定子线圈的绝缘也产生威胁。电压过低就会降低运行的稳定性，因为电压是气隙磁通感应起来的，电压降低，磁通减少，定转子之间的联系就变的薄弱，容易失步。电压一低，转子绕组产生的磁场不在饱和区，励磁电流的微小变化，就会引起电压的很大变化，降低了调节的稳定性，而且定子绕组温度可能升高（出力不变的情况下）。因此，端电压过高或过低都对发电机有不良影响。 频率过高： 转子离心力增大，易使转子的部件损坏。 频率过低： 1).使发电机端部风扇的鼓风量降低，影响发电机各部分的冷却； 2).使汽轮机的叶片损坏； 3).若要保持发电机端电压不变，就必须增加励磁电流，从而使转子线圈温度升高，定子铁芯饱和，机座的某些部位出现局部高温； 4).影响机组的出力、电压。 短路对发电机和系统有什么危害短路对发电机的危害: (1)定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用,有可能使线棒的外层绝缘破裂;