同步电动机的负荷角与功率因数调节

过励增大励磁，功率因数往哪

负载(轴上有功功率)一定，电枢电流的有功分量便固定。但用励磁改变内部电动势 E 的大小，会改变电流的无功分量。推动励磁滑块，在相量中看电流 I 比端电压 V 滞后还是超前。增大励磁(过励)，功率因数往哪走？

转子被旋转磁场锁住带动

同步电动机中，定子旋转磁场与直流励磁的转子(磁体)磁性锁合，一起以同步转速旋转。与感应机不同，没有转差。加载时转子比磁场落后负荷角 δ，但转速不变。转矩由此角决定 T ∝ (V E / Xs) sin δ。负载增大则 δ 增大、转矩增大，但 δ 超过 90° 时磁锁合脱开、失去同步(失步)。故同步电动机不能自起动，需另设起动手段。

用励磁买卖无功

负载一定，电动机吸收的有功功率便定，对应电枢电流中与端电压同相的有功分量。该有功分量不随励磁改变。但用励磁改变内部电动势 E 的大小，会改变电流的无功分量。欠励(E 小)时电动机从电网取滞后电流、吸收无功；过励(E 大)时送出超前电流、供给无功。励磁恰好的一点处无功分量为零、功率因数为 1、电枢电流最小。有功由负荷角、无功由励磁分别掌控。

用同步调相机修正功率因数

把这一性质直接利用的就是同步调相机。让轴上几乎不带负载旋转的同步电动机过励运行，向电网供给超前无功、改善功率因数——如同一台巨大的电容器。反之欠励运行则吸收滞后无功，抑制轻载时长距离输电线引起的过电压。普通带载电动机过励也做同样的事，所以工厂里的同步电动机既出动力又改善全厂功率因数，一举两得。

回到第一屏

增大励磁，功率因数移向超前。负载所定有功被固定在电枢电流的有功分量上、未改变转矩，但励磁改变了内部电动势 E 的大小、移动了电流的无功分量。欠励则以滞后吸收无功，过励则以超前供给，恰好时功率因数为 1、电枢电流最小。转矩由负荷角、功率因数由励磁分别掌控的这一分离，正是同步电动机的特别之处。空载过励运行即成修正功率因数的同步调相机。发电机里见过的 E = V + jIXs，在电动机里作为同时掌控转矩与功率因数的把手回归。

把励磁移动功率因数这一事实画成一张图，便得横轴励磁电流对纵轴电枢电流的 V 形曲线。谷底为功率因数 1，左侧欠励(滞后)，右侧过励(超前)。负载越大，整条曲线越往上。下一单元用这条 V 曲线定量化功率因数调节，并一并看负荷角能撑到哪——稳定度(失步极限)(MC-D4)。