：\o"[原創(chuàng)]發(fā)電機(jī)無功功率隨有功功率變化情況的分析"[原創(chuàng)]發(fā)電機(jī)無功功率隨有功功率變化情況的分析作者：\o"張曌"張曌一.問題的提出

《電機(jī)學(xué)》一書中詳細(xì)闡述了調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率時(shí)兩者之間的相互影響，最終得出一個(gè)眾所周知的結(jié)論，即調(diào)節(jié)無功時(shí)，有功不變，調(diào)節(jié)有功時(shí)，無功反方向變化。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)機(jī)組，在沒有人為干預(yù)的情況下，調(diào)節(jié)有功時(shí)，無功功率基本不會(huì)出現(xiàn)《電機(jī)學(xué)》理論中所描述的那種規(guī)律發(fā)生反方向變化的，當(dāng)然不排除輕微反方向變化以及無功不變的現(xiàn)象出現(xiàn)，但是大多數(shù)情況下兩者是同方向變化的，即增加有功，無功也增加，減少有功，無功也減少。這種現(xiàn)象引起了不少疑問，在此便詳細(xì)分析一下實(shí)際生產(chǎn)過程中，機(jī)組的無功功率到底是如何隨著有功功率變化的，為什么會(huì)出現(xiàn)與理論書中結(jié)論相反的情況。

二.無功變化的理論分析

（一）純電機(jī)角度的分析：

第一種方法利用電樞反應(yīng)的原理進(jìn)行分析，如果忽略勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的話，在《電機(jī)學(xué)》的同步電機(jī)電樞反應(yīng)章節(jié)中有提到，增加無功，有功不變，增加有功，無功變小。這是因?yàn)?，?lì)磁如果是恒定不變的，那么在增加有功的時(shí)候，勵(lì)磁用于交軸電樞反應(yīng)的部分就多了，因?yàn)橛泄β适强侩姍C(jī)的交軸電樞反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，那么用于直軸電樞反應(yīng)的部分就少了，而無功功率正是由直軸電樞反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，這樣加有功的時(shí)候無功就會(huì)降低，當(dāng)然電壓也就會(huì)適當(dāng)降低。等于是固定不變就那么多的勵(lì)磁電流，要么用作交軸反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)有功，要么就用作直軸反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)無功，在加有功時(shí)，交軸電樞反應(yīng)用的勵(lì)磁多了，那么勵(lì)磁分給直軸電樞反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)無功的部分就少了。所以由于電樞反應(yīng)，增加有功功率會(huì)產(chǎn)生去磁作用，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)欠磁，無功功率降低，電壓降低。

第二種方法利用發(fā)電機(jī)功角變化來進(jìn)行分析，前提同樣是勵(lì)磁保持恒定，發(fā)電機(jī)能否送出無功以及送出無功的多少與電壓差ΔU有關(guān)，這個(gè)電壓差ΔU是指發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E0和端電壓UN的同相部分的電壓差，注意是同相部分的電壓差，具體可參照《電機(jī)學(xué)》中的同步發(fā)電機(jī)遲相運(yùn)行時(shí)的相量圖，相量圖是以發(fā)電機(jī)端電壓UN為一個(gè)參考相量，即NU為一個(gè)垂直向上的箭頭，其保持固定不動(dòng)。電動(dòng)勢(shì)E0在UN箭頭的逆時(shí)針側(cè)，且為一個(gè)長度大于UN的箭頭，兩者之間形成一個(gè)夾角δ即發(fā)電機(jī)功角。所謂同相部分的電壓差，就是指把E0箭頭向參考量UN或者說是垂直軸上的一個(gè)投影，這個(gè)投影的長度比UN箭頭要長，E0箭頭在垂直軸上的投影長度減去UN箭頭的長度即為兩者同相部分的電壓差ΔU，只有這個(gè)電壓差才會(huì)產(chǎn)生無功電流，并且是電壓差ΔU越大，發(fā)電機(jī)輸出的無功功率就越大，如果電壓差ΔU變小，則發(fā)電機(jī)輸出的無功功率就減小。又根據(jù)發(fā)電機(jī)功角特性可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)送出有功功率時(shí)，電動(dòng)勢(shì)E0就與端電壓UN錯(cuò)開一個(gè)δ角即發(fā)電機(jī)功角，當(dāng)有功越大時(shí)，δ角越大，此時(shí)可以想象E0又往逆時(shí)針的方向轉(zhuǎn)了一個(gè)更大的角度，那么它在垂直軸上的投影高度就更短了，所以用它減去UN所得到的無功電壓差ΔU就變小了，因而無功自動(dòng)減小，當(dāng)然電壓也就會(huì)適當(dāng)降低。反之，當(dāng)有功減小時(shí)，功角δ也隨之減小，無功會(huì)自動(dòng)增加，電壓也會(huì)適當(dāng)升高。

總之，無論從純電機(jī)的任何一個(gè)方面去推論，前提只要?jiǎng)?lì)磁電流是恒定不變的，也就是忽略勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用，有功增加時(shí)，發(fā)電機(jī)無功出力就會(huì)自動(dòng)減小，在外界無功用戶不變的情況下，則會(huì)出現(xiàn)無功缺額，發(fā)電機(jī)電壓會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象，直到外界用戶在電壓下降時(shí)所耗無功自動(dòng)減小重新與發(fā)電機(jī)無功出力達(dá)到平衡，電壓則會(huì)下降到一個(gè)新的平衡點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。反之有功減少時(shí)，無功出力會(huì)自動(dòng)增加，在外界無功用戶不變的情況下，則會(huì)出現(xiàn)無功過剩，發(fā)電機(jī)電壓會(huì)出現(xiàn)升高現(xiàn)象，直到外界用戶在電壓升高時(shí)所耗無功自動(dòng)增加重新與發(fā)電機(jī)無功出力達(dá)到平衡，電壓則會(huì)升高到一個(gè)新的平衡點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。（二）考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的影響：

1.從機(jī)組本身的因素分析調(diào)節(jié)器的影響：

從純電機(jī)的角度分析完，可以得出一個(gè)結(jié)論，當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁恒定時(shí)，增加發(fā)電機(jī)有功，則會(huì)使無功功率自動(dòng)減少，最終發(fā)電機(jī)電壓會(huì)適當(dāng)降低，或者從另外一個(gè)新的角度來分析，當(dāng)發(fā)電機(jī)有功增大時(shí)，發(fā)電機(jī)定子電流也增大，那么發(fā)電機(jī)定子繞組的阻抗壓降就會(huì)增大，最終還是引起了發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降低。

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（在此只考慮調(diào)節(jié)器在自動(dòng)通道恒電壓方式下）是以發(fā)電機(jī)端電壓作為被調(diào)量的，也就是說勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用就是要維持機(jī)端電壓不變，所以由上面分析可知，在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，勵(lì)磁不變的時(shí)候，如果增加有功功率則會(huì)使發(fā)電機(jī)的端電壓適當(dāng)降低，那么此時(shí)考慮到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的存在，當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓降低，則會(huì)使勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)增加勵(lì)磁來維持機(jī)端電壓。所以正是由于該調(diào)節(jié)作用，使得發(fā)電機(jī)在有功增加時(shí)，無功會(huì)基本維持不增不減。當(dāng)然由于純電機(jī)角度的分析因素的作用一般也會(huì)呈現(xiàn)略微減少的趨勢(shì)，但是有時(shí)也會(huì)略微升高?？傊{(diào)節(jié)器的特性參數(shù)不同及外部變工況，所以不是一個(gè)固定的規(guī)律。但基本上是可以維持有功增加時(shí)無功不變的，至少不可能會(huì)出現(xiàn)純電機(jī)角度分析結(jié)論那種明顯規(guī)律的反向變化。

由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的存在，當(dāng)發(fā)電機(jī)有功增加時(shí)，無功不會(huì)出現(xiàn)純電機(jī)角度所分析的那樣明顯減少。當(dāng)然勵(lì)磁調(diào)節(jié)器特性是不完全一樣的，但即使勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用不足以抵消增加有功所帶來的去磁作用，也絕對(duì)能夠抵消絕大部分去磁作用了，所以最多會(huì)有一個(gè)輕微的無功減少趨勢(shì)。當(dāng)然如果勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用大于增加有功所帶來的去磁作用，那么不僅此時(shí)可以完全彌補(bǔ)有功增加所帶來的去磁影響，甚至無功還會(huì)有增加的趨勢(shì)。可見，由于調(diào)節(jié)器本身特性的差異，可能會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。不過無論結(jié)果怎樣，從根本上講，由于調(diào)節(jié)器本身是用來維持機(jī)端電壓的，所以調(diào)節(jié)器在發(fā)電機(jī)增加有功時(shí)會(huì)自動(dòng)增加勵(lì)磁，那還是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)端電壓在受到有功增加的去磁影響后而降低了，這時(shí)調(diào)節(jié)器增加勵(lì)磁只是為了恢復(fù)正常的電壓，也就是說僅僅是為了彌補(bǔ)增加有功出現(xiàn)的勵(lì)磁缺額，所以發(fā)電機(jī)此時(shí)增加的勵(lì)磁基本上全部都用在了有功功率的增加上，最終使發(fā)電機(jī)在有功功率增加后也不出現(xiàn)欠磁，從而維持端電壓不變。

發(fā)電機(jī)在有功增加時(shí)會(huì)使端電壓降低，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)增磁維持發(fā)電機(jī)端電壓，正是因?yàn)榇藭r(shí)調(diào)節(jié)器自動(dòng)增磁，則不會(huì)出現(xiàn)有功增加，無功統(tǒng)外界擾動(dòng)的因素等等，相互作用的結(jié)果是極其復(fù)雜的，所以變化規(guī)律本身就是