同步发电机的功率调节与分配

摘要 阐述同步发电机有功和无功的物理概念，针对发电机运行中功率调节与分配出现的问题进行分析，提出调节处理方法及有功功率和无功功率调节的理论支持。

关键词 同步发电机 功率 调节与分配

同步发电机在工作过程中随着负载电流和负载性质的变化，为了满足需要，既要输出有功能量，也要输出无功能量。对发电机进行有功功率和无功功率的调节与分配，对每一位操作者来讲虽然都知道怎样做，但为什么要这样做，可能就不尽其然了，找到它的理论依据，对同步发电机的运行管理大有帮助。根据自己多年的教学和工作实践，谈谈对该问题的认识。

一、有功和无功的物理概念

在交流电能的输送过程中，将电能转换成非电磁、非电场能量（如光能、热能、机械能等）的部分叫有功能量；而用于电路中电与磁场或电场交换的能量部分叫无功能量。转换的平均功率叫有功功率；交换的最大功率叫无功功率。无功能量是相对于有功能量而言，交换的能量是客观存在的，是以物质为基础的，许多电磁现象及电磁作用都要借助于它来进行。例如电动机，没有无功能量就转不起来，而发电机缺少无功能量，电压就会变低，发电机就不能正常供电。因此，无功不能理解为无用功。

有功和无功是密切相关的，输送有功能量需要借助于无功能量；而输送无功能量又需要一部分有功能量。例如同步发电机，它的无功能量是由励磁系统供给的，而在运行中电、磁能量进行交换时，不断以有功的形式消耗掉一部分能量。

二、有功功率和无功功率的调节与分配的一般问题及操作方法 同步发电机并联运行与直流发电机并联运行是不同的。直流发电机间如电动势不等，则会使一台发电机的输出电流增大，使另一台发电机的输出电流减小，电流的分配与功率的分配是一致的，不存在无

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功功率分配的问题，故并联运行时，只要用调节励磁的方法就可达到负载的分配和转移。而同步发电机并联运行时的情况就不同了，因为同步发电机间的电动势差是矢量差，这个电势差所产生的平衡电流包括有功分量和无功分量，所以问题较直流发电机复杂。

同步发电机并联运行时进行有功功率的调节，正确的操作方法是：在增大一台原动机油门的同时，需减小另一台发电原动机的油门，使发电机输出的总的有功功率保持与负载所需要的有功功率相平衡。否则，如只增大一台发电机的油门，而不减小另一台发电机的油门，将使发电机输出的有功功率大于负载的有功功率，导致发电机加速，从而使电网的频率和电压升高，超出额定值，达到新的平衡，但这一频率和电压值对负载的工作是不利的。

同步发电机并联运行时无功功率的调节，操作方法是：在增大一台发电机励磁电流的同时，需减小另一台发电机的励磁电流，保持并联运行发电机总的无功功率与负载所需要的无功功率相平衡。如果只增大一台发电机的励磁电流，而不减小另一台发电机的励磁电流，这样会导致电网电压升高，超出额定值，对负载的工作也是不利的。为了自动合理的分配无功功率，通常在并联运行的发电机之间采用了均压线连接，使发电机的励磁电流自动均衡，一般情况下不需人工调节。在日常维护管理中，要注意保持均压接触器正常工作，触头的良好接触。

对于同容量的两台发电机并联运行时，为了保证负荷的平均分配，要求两台发电原动机的调速特性一致，否则将导致负荷分配不均，系统运行不稳定，这一现象可以从配电板上两台发电机的功率表、电流表和功率因数表上反应出来。

三、同步发电机有功功率和无功功率调节的理论支持

为什么调节有功功率需要调节原动机油门，而调节无功功率要调节励磁电流呢？这与发电机流过有功电流、无功电流时，在其内部产生什么影响及引起什么变化有关。下面对发电机的内部进行分析：

1、电机内部流过有功电流的情况：（如图a）

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A1、A2为定子电枢绕组，L1、L2为转子励磁绕组，由转子绕组通入励磁电流后形成主磁极（如图N—S），发电机内部产生主磁通 ,当转子被原动机带着如按顺时针方向旋转时，根据右手定则，在电枢绕组中感应出电动势（如图A1进、A2出），在有功负载情况下，电枢中的电流与电势方向一致（也为A1进、A2出），即同相位。该电流在主磁场的作用下受到电磁力的作用，其

受力方向根据左手定则确定为如图F1的方向，力图使定子按顺时针方向旋转，但定子是固定的不能转动，而转子被施以阻力矩M2，方向与转动方向相反，该阻力矩的大小与有功电流的大小有关，电流越大，阻力矩越大，导致发电机转速降低，电源频率下降。要保持转速稳定，频率不变，必须增大原动机的驱动力矩。因此，只有加大油门，增加喷油量，使驱动力矩与阻力矩达到平衡。这就是调节有功功率应调节油门的原因。

另外，电枢绕组中流过有功电流后，也会在发电机中产出电枢磁场（方向如图b），与主磁场之间形成交轴电枢反应，结果使发电机气隙合成磁场发生畸 变，对主磁场有一定削弱。因此，端电压也略有降低，但在油门增大后电压将回升。 2、发电机内部流过无功电流时的情况（如图C）

当发电机带上纯电感负载时，在电枢中流过无功电流，该电流与电势之间存在90度的相位差，即电势超前于电流90度的电角度。当电枢电流达到最大值时，方向如图A1进、A2出，而此时转子磁极已转过90度，如图示 C 位置。使电枢磁场 与主磁场 方

3 向相反，形成去磁电枢反应，使发电机内部气隙磁场被削弱，端电压显著下降。为了保持电压稳定，必须增加磁通，即增大励磁电流，而不需要调节油门。这就是调节无功功率应调节励磁电流的原因。

当掌握了同步发电机功率调节与分配的理论依据后，对发电机运行中出现的不同情况，就可以有针对性地分析和处理问题，减少盲目性，有利于同步发电机的运行管理。

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