功率平衡
◆同步發(fā)電機的功率流程如圖17.6所示。 為自原動機向發(fā)電機的輸入的機械功率，其中一部分提供軸與軸承間的摩擦、轉(zhuǎn)動部分與空氣的摩擦及通風(fēng)設(shè)備的損耗，總計為機械損耗 ，另一部分供給定子鐵心中的渦流和磁滯損耗，總計為鐵心損耗 , 為通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組上的電功率，稱為電磁功率 。如果是負載運行，定子繞組中還存在定子銅耗 ， ＝－就是發(fā)電機的輸出功率。同步發(fā)電機的功率平衡方程式為
 (17-1)
定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計，則有
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功角的概念
◆y為內(nèi)功率因數(shù)角，d=y-j定義為功角。它表示發(fā)電機的勵磁電勢 和端電壓之間相角差。功角d 對于研究同步電機的功率變化和運行的穩(wěn)定性有重要意義。
◆圖17.7 畫出了同步電機的時空相量圖。圖中忽略了定子繞組的漏磁電勢，認為≈+，對應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢，對應(yīng)于電樞磁勢，所以可近似認為端電壓由合成磁勢=+所感應(yīng)。 和之間的空間相角差即為和之間的時間相角差 。
◆可見功角d在時間上表示端電壓和勵磁磁勢之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場軸線與轉(zhuǎn)子磁場軸線之間夾角。并網(wǎng)運行時，為電網(wǎng)電壓，其大小和頻率不變，對應(yīng)的合成磁勢總是以同步速度旋轉(zhuǎn)，因此功角的大小只能由轉(zhuǎn)子磁勢的角速度決定。穩(wěn)定運行時，和之間無相對運動，d具有固定的值。
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有功功率的調(diào)節(jié)
◆功角特性=f(d)反映了同步發(fā)電機的電磁功率隨著功角變化的情況。穩(wěn)態(tài)運行時，同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)的頻率決定，恒等于同步轉(zhuǎn)速，即，發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩 和電磁功率之間成正比關(guān)系： 電磁轉(zhuǎn)矩與原動機提供的動力轉(zhuǎn)矩相平衡其中為空載轉(zhuǎn)矩因摩擦、風(fēng)阻等引起的阻力轉(zhuǎn)矩）。
◆可見要改變發(fā)電機輸送給電網(wǎng)的有功功率 ，就必須改變原動機提供的動力轉(zhuǎn)矩，這一改變可以通過調(diào)節(jié)水輪機的進水量或汽輪機的汽門來達到。
◆當(dāng)功角處于0到范圍內(nèi)時，隨著d的增大，亦增大，同步發(fā)電機在這一區(qū)間能夠穩(wěn)定運行。 而當(dāng)d >時，隨著d的增大，反而減小，電磁功率無法與輸入的機械功率相平衡，發(fā)電機轉(zhuǎn)速越來越大，發(fā)電機將失去同步，故在這一區(qū)間發(fā)電機不能穩(wěn)定運行。
◆同步發(fā)電機失去同步后，必須立即減小原動機輸入的機械功率，否則將使轉(zhuǎn)子達到極高的轉(zhuǎn)速，以致離心力過大而損壞轉(zhuǎn)子。另外，失步后，發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)頻率不一致，定子繞組中將出現(xiàn)一個很大的電流而燒壞定子繞組。因此，保持同步是十分重要的。
◆ 綜上所述：并聯(lián)于電網(wǎng)的發(fā)電機所承擔(dān)的有功功率可以通過調(diào)節(jié)原動機輸入的機械功率來改變的。而且電機承擔(dān)的有功功率的極限是。當(dāng)0<d<時發(fā)電機可以穩(wěn)定運行； d<發(fā)電機不能穩(wěn)定運行。
◆應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)發(fā)電機的勵磁電流不變時，d的變化也將無功功率的變化。無功功率隨著有功功率的增加而減少，甚至可能導(dǎo)致無功功率改變符號，這是應(yīng)當(dāng)避免的。因此如果只要求改變發(fā)電機所承擔(dān)的有功功率時，應(yīng)該在調(diào)節(jié)發(fā)電機有功功率的同時適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機的無功功率。
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