負載角

功角是轉子磁場與定子磁場的夾角，或者是定子電動勢與負載電壓的夾角；功率因數裡面的相角是指電壓與電流的夾角。

基本介紹

• 中文名：負載角
• 外文名：Load Angle
• 實質：端電壓向量的夾角
• 特點：電機功角為0

定義

發電機功角是發電機內電勢與發電機端電壓向量的夾角。當發電機功角為0°時內電勢與發電機端電壓重合，應該是發電機全速未與系統並列。發電機功角90°時發電機發出有功並從系統吸收無功。發電機功角特性：

其中上式中：P_dc電磁功率，M相數，X_d同步電抗，θ功角，E電勢，U機端電壓。

當原動機增加輸入功率時，發電機的電磁功率也相應增加，正常運行的發電機只增加電磁功率時，其電勢不變（勵磁不變）機端電壓不變（並列於系統），同步電抗不變。由以上公式可以看出，只有功角變大，才滿足這個特性。在物理上可以這樣理解：增加原動力時，轉子加速，但由於同步運行的作用，使得轉子的轉速不可能脫開同步轉速，而又回到平衡。但此時和電樞主磁通和轉子磁極中心線不再是和剛才一樣的角度，而是加了一個角度，即Δθ。功角只有在0--90°間才符合這個特性。也就是sin（0-90°）度的值是0---1發電機在正常運行時，功角一般在30°左右，這是因為需要一個靜穩定的冗餘。因為sin30°=0.5也就是說一般發電機的靜態穩定冗餘為2。現代發電機因為有了較為先進的調節器，往往功角可以運行在較大的角度運行，甚至運行在功率因數為進相0.9運行，而保證不會失去靜態穩定。這時候的功角大於90°.....根據以上公式大家可以進行分析。

基本介紹

二者不是一回事。就是說，當無功等於零時，相角肯定是0的，但功角可以在大於負90°小於正90°之間，小於零度時是調相運行狀態；而有功為零時，功角肯定是0°，而相角仍可以在負90°到正90°之間，大於零度時是遲相，小於零度時是進相。道理上應該是這樣的。

功角的測量，可以利用裝於轉子大軸上的霍爾感測器來感應轉子磁場的角度（與定子電動勢一致），以此為參照，再通過機端PT感應出的機端電壓（系統電壓）與參照值相比較，其相位角度差，就是功角。

有功負荷帶得越高，汽機出力越大，功角拉得越開，越易失步，因為越過90°，就是滑極了。當然，勵磁電流小了，不足以維持轉子磁場，就是進相，勵磁電流再小下去，使轉子與定子間的電磁拉力減小，功角必然拉大，一旦越過90°，就會失步。所以，“轉子磁場用於約束定子磁場的磁力線就不足.出力越大就越容易失步”是對的。

功角是表征同步發電機運行狀態和判別電力系統穩定性的重要參量，多年來，功角的測量得到了廣泛的重視和深入的研究。已有的測量方法從原理上主要有兩大類：一類是純電氣測量方法，即採集同步發電機的輸出電壓、電流或/和其他電氣量，進而通過理論分析和計算來獲得功角。該類方法最簡化的情況就是基於穩態公式或相量圖的解析計算法，它在系統穩態運行且發電機的參數比較精確時，能比較準確地計算出功角，而在系統暫態過程中，由於參數時變性、機組鐵心飽和等的影響，方法所依賴的解析公式不能成立，導致較大的計算誤差。另一類方法需要藉助非電量感測器（包含光電或磁電變換）來實現測量。常見的作法是，在轉子軸上設定機械測點或測速齒輪，在轉子周圍安裝光電、電刷或電磁裝置，後者接收由前者產生的脈衝信號或其它與轉子位置或速度相關的量，進而通過一定的變換來實現功角的測量（以下簡稱脈衝法）。脈衝法往往需要對發電機本體進行不同程度的改造，工藝複雜，而且由於採用非電量感測器，需藉助於比較複雜的信號處理和誤差補償技術，以去除諸如機械加工誤差、信號傳輸延時、軸體扭振等導致的結構性誤差；而且針對個案提出的方法很難適用於別的發電機，導致實現代價較大。

瞬變狀態負載角的測量

套用一個基於微處理器的負載角測量系統，來控制以逆變器送電的磁阻電動機，其電動機的起動，載入和卸載時負載角的測量控制流程可分為四段：

1 .PIA 的初始化用四個PIA ，其中兩個連線在微處理器系統的輸入端，輸入負載角和電負載條件。另外兩個接輸出端， 供負載角指示和磁極轉差記錄。

2. 軟起動一旦PIA 被初始化，逆變器輸出頻率以0.6H z 的步子增加，該步子對應於微處理器的一個十六進制數。當頻率增加一個步子，中斷標記被清除，處理器等待負載角中斷信號讀取負載角。負載角被存入存儲示波器， 在直觀顯示裝置VDU 上進行目測時延量由逐個的頻率增量組成， 時延是可變的。上述處理工作反覆進行直到達到規定的工作頻率.起動頻率大約為2Hz 。對於速度為1500 轉/分鐘的四磁極測試電動機，規定的工作頻率通常為50Hz 。

3 . 在載入情況下的控制動作一旦電動機達到規定的速度，負載角在每一個電周期便被讀一次。負載角顯示於VDU 上，同時存入存儲示波器。如果負載角超過基準值，誤差便被計算，逆變器頻率便下降。頻率的下降量取決於誤差信號的大小和比率控制器的增益。當負載角低於基準值時， 控制動作不發生.

4 . 在完全去掉負載時的控制動作任何時候，如果負載完全去掉，這一情況被微處理機檢出，控制動作返回延遲程式。如果逆變器頻率和電動機速度不同於規定值，頻率按“ 軟起動” 時的步子增加，直到達到規定的頻率，此時負載角被連續不斷地測量和記錄。這個程式是用彙編語言編制的，占171位元組的存儲單元.實驗結果是：控制起動，典型的控制起動過程，逆變器輸出頻率從2Hz上升到50Hz ，每步頻率增量( 0.6Hz ) 對應著0.25 秒的延遲時間. 因定子電流沒有超過額定值，程式為軟起動；突然過載時的動作，當負載角超過預先規定的值時，逆變器輸出頻率下降，使電機免於失步，即電動機轉子相對定子基本旋轉磁場無磁極轉差。

這種磁阻電動機驅動裝置的特徵很具有吸引力，在多機驅動時，不會因為一個過載電機而失去同步性，而是引入降低逆變器頻率的方法來保持其同步性。它還可以套用在自動化領域，是常規步進電機驅動過渡到高功率規劃的一個可行方法。

性質

功角可以理解為定子磁場與轉子磁場之間的夾角，功角是一個角度，發電機額定正常運行功角一般在30°左右，在0～90°之間功角越大發電機功率越大，但超過90°發電機外界受到擾動後就處於不穩定狀態了，對於有自動調節勵磁裝置的發電機由於受暫態磁阻的影響發電機的功角特性曲線發生偏移，功角可以大於90°穩定運行。
功角應該就是電動勢與負載（系統）電壓的夾角。