同步电机的三种运行状态

知识点：电机同步运行

首先要知道同步电机的一共有四种运行状态：滞后运行、超前运行、调相运行、电动机运行。

• 滞后运行（常态运行）----发电机向电网同时送出有功功率和无功功率（容性）。
• 超前运行（进相运行）----发电机向电网送出有功功率，吸收电网无功功率。
• 调相运行----发电机吸收电网的有功功率维持同步运转，向电网送出无功功率（容性）。
• 电动机 运行（非正常运行）-----发电机同时吸收电网的有功功率和无功功率维持同步运行。

前三种运行状态都是同步发 电机 的正常运行状态，第4种运行状态应避免。功率因数为1的时候，是发电机滞后运行和超前运行的分界线，这时发电机不向电网送无功功率也不吸收电网无功功率。在若干年前，由于电网的容量小，稳定性差，加上发电机励磁系统的性能等原因，发电机在超前运行时很容易引起震荡失步，所以机组一般不允许超前运行。

现时电网的容量可以说是“无穷大”，其稳定性、电能的质量不可同日而语。各电站可以根据调度令或电站机组自身的实际情况（包括转子温升和励磁系统的稳定性等）选择不同的正常运行状态。在某些局部地区因附近有大功率用电设备的干扰，如果供电主 变压器 又容量不足时，发电机功率因数就不宜在接近超前值运行了，否则容易引起震荡失步跳闸，这个问题是可以解决的，就是使用高品质的数控励磁系统。

与其它电机一样，同步电机也是可逆的，既可作发电机运行，亦可作电动机运行。设一台隐极同步电机并联运行于无穷大电网，处于发电机状态，其相量图如图所示。此时 E0 超前U ，功率角 θ 和相应的电磁功率 Pem都是正值，θi≈θ 也为正值，即转子主极轴线沿转向超前于气隙 合成 磁场轴线，因而作用于转子上的电磁转矩为制动性质。原动机输入驱动性质的机械转矩克服起制动作用的电磁转矩，将机械能转变为电能。

图1 同步电机的三种运行状态

逐步减少原动机输入功率，使转子瞬时减速，θ 角和电磁功率相应减小。当 θ 角减至零时，发电机变为空载，其输入功率正好抵偿空载损耗，相量图如图 b所示。继续减少原动机输入功率，则 θ 和 Pem变为负值，表明电机要从电网吸收一部分电功率，与原动机输入功率一起与空载损耗平衡，以维持转子的同步旋转。如果再拆去原动机，就变成了空转的同步电动机，空载损耗必须全部由电网输入的电功率供给。如果在电机轴上再加上机械负载，则负值的 θ 角和 Pem会更大，θi亦为负值。主极磁场落后于气隙合成磁场，电磁转矩为驱动性质、拖动轴上机械负载一道旋转，电机进入电动机运行状态，将电网输入的电能转换成机械能。此时电机的相量图如图（c）所示。

从上分析可知，从发电机状态进入电动机状态的过程中，功率角θ和电磁功率 Pem均由正值变为负值，电磁转矩由制动性质变为驱动性质，机电能量转换过程也发生了逆变。

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