功率因数与功角的关系

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精选答案

发电机，确切的说同步电机，是将机械能通过电磁感应转换为电能的装置；其功率转换流程：

输入P1（原动机机械能），扣除机械磨损（Pm）推动转子旋转，在励磁电压的存在下转换为电功率（PM）输出，期间还会消耗一部分电热和涡流损耗（Pfe）。当带负荷时还会存在定子铜耗（Pcu），最终输出功率（P2）。

P1=Pm+PM+Pfe；

PM=Pcu+P2；

定子绕组阻抗一般较小，可以忽略不计，即：

PM=P2=mUIcosφ=mUIcos（ψ-δ）；

ψ为内功率因数角，δ=ψ-φ定义为功角。它表示发电机的励磁电势E0和端电压U之间相角差。

以可近似认为端电压U由合成磁势F=Ff+Fα所感应。F和Ff之间的空间相角差即为励磁电势E0和端电压U之间的时间相角差。

还可认为功角δ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，U为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势F总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势Fα

的角速度决定。稳定运行时，Ff和F之间无相对运动，δ具有固定的值。

功角特性指的是电磁功率PM随功角δ变化的关系曲线PM=f(δ)的。

功角特性PM=f(δ)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TM和电磁功率PM之间成正比关系;TM=PM/Ω；

电磁转矩与原动机提供的动力转矩相平衡

T1=TM+T0，其中T0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。并联于电网的发电机所承担的有功功率可以通过调节原动机输入的机械功率改变的。

应当注意，当发电机的励磁电流不变时，δ的变化也将无功功率的变化。无功功率随着有功功率的增加而减少，甚至可能导致无功功率改变符号，这是应当避免的。因此如果只要求改变发电机所承担的有功功率时，应该在调节发电机有功功率的同时适当调节发电机的无功功率。