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

轴上的负载即有功功率一旦确定，电枢电流的有功分量就固定了。但用励磁改变内电动势 E 的大小，电流的无功分量就会改变，相量图上电流 I 滞后还是超前于端电压 V 也随之改变。先选出增大励磁(过励)时功率因数往哪边走，再拖动滑块验证。

转子被旋转磁场锁住带动

同步电动机中，定子的旋转磁场与直流励磁的转子(磁铁)在磁上相互咬合，一起以同步转速旋转。与感应电机不同，它没有转差；带负载时转子只是比旋转磁场落后一个负载角 δ，转速不变。转矩由这个负载角决定，T ∝ (V E / Xs) sin δ；负载增大时 δ 增大、转矩增加，但 δ 一旦超过 90°，磁的咬合就会脱开而失去同步(失步)。另外，静止的转子跟不上以同步转速旋转的磁场，所以不能自行起动，要靠转子上的阻尼绕组像感应电机那样起动，或用变频器从低频率逐步升频起动。

用励磁买卖无功

负载确定后，电动机吸收的有功功率就确定了，它对应电枢电流中与端电压同相的有功分量，所以改变励磁时它保持不变。但用励磁改变内电动势 E 的大小，电流的无功分量就会改变。欠励(E 小)时，电动机从电网吸取滞后电流、吸收无功功率；过励(E 大)时，送出超前电流、供给无功功率。在励磁恰好合适的一点，无功分量为 0，功率因数为 1，电枢电流也最小。有功功率由负载角管，无功功率由励磁管。

用同步调相机修正功率因数

把这一性质直接拿来用的就是同步调相机。让轴上几乎不带负载的同步电动机过励运行，就向电网供给超前无功功率、改善功率因数，好比一台巨大的电容器。反过来欠励运行，则吸收滞后无功功率，抑制轻载时长距离输电线电容引起的电压升高(费兰梯效应)。与电容器不同，它仅靠励磁就能在供给与吸收之间连续切换，这是它的长处。带负载的普通同步电动机过励运行也能起同样作用，所以在工厂里，它一边输出动力，一边改善全厂的功率因数。

回到第一屏

增大励磁后，功率因数移到了超前。负载决定的有功功率作为电枢电流的有功分量保持固定，所以转矩没有变；但励磁改变了内电动势 E 的大小，带动了电流的无功分量。欠励时以滞后电流吸收无功功率，过励时以超前电流供给无功功率，恰好合适时功率因数为 1、电枢电流最小。转矩由负载角、功率因数由励磁分别掌控，这种分离让同步电动机与众不同；空载过励运行，它就直接成为改善功率因数的同步调相机。发电机中见过的 E = V + jIXs，在电动机中把电流方向取反、改为减去 jIXs，成为同时处理转矩和功率因数的手柄。

把用励磁移动功率因数这件事画成一张图：横轴取励磁电流，纵轴取电枢电流，得到一条 V 形曲线。谷底是功率因数 1，左侧是欠励(滞后)，右侧是过励(超前)，负载越大，整条曲线越往上移。下一单元(MC-D4)用这条 V 形曲线定量地处理功率因数调节，并一起研究负载角能撑到哪里的稳定性(失步极限)。