功率平衡
◆同步發電機的功率流程如圖17.6所示。 為自原動機向發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、轉動部分與空氣的摩擦及通風設備的損耗，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 , 為通過電磁感應作用轉變為定子繞組上的電功率，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 ， ＝－就是發電機的輸出功率。同步發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
 (17-2) |
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功角的概念
◆y為內功率因數角，d=y-j定義為功角。它表示發電機的勵磁電勢 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≈+，對應于轉子磁勢，對應于電樞磁勢，所以可近似認為端電壓由合成磁勢=+所感應。 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，在空間上表現為合成磁場軸線與轉子磁場軸線之間夾角。并網運行時，為電網電壓，其大小和頻率不變，對應的合成磁勢總是以同步速度旋轉，因此功角的大小只能由轉子磁勢的角速度決定。穩定運行時，和之間無相對運動，d具有固定的值。
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有功功率的調節
◆功角特性=f(d)反映了同步發電機的電磁功率隨著功角變化的情況。穩態運行時，同步發電機的轉速由電網的頻率決定，恒等于同步轉速，即，發電機的電磁轉矩 和電磁功率之間成正比關系： 電磁轉矩與原動機提供的動力轉矩相平衡其中為空載轉矩因摩擦、風阻等引起的阻力轉矩）。
◆可見要改變發電機輸送給電網的有功功率 ，就必須改變原動機提供的動力轉矩，這一改變可以通過調節水輪機的進水量或汽輪機的汽門來達到。
◆當功角處于0到范圍內時，隨著d的增大，亦增大，同步發電機在這一區間能夠穩定運行。 而當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，發電機轉速越來越大，發電機將失去同步，故在這一區間發電機不能穩定運行。
◆同步發電機失去同步后，必須立即減小原動機輸入的機械功率，否則將使轉子達到極高的轉速，以致離心力過大而損壞轉子。另外，失步后，發電機的頻率和電網頻率不一致，定子繞組中將出現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：并聯于電網的發電機所承擔的有功功率可以通過調節原動機輸入的機械功率來改變的。而且電機承擔的有功功率的極限是。當0<d<時發電機可以穩定運行； d<發電機不能穩定運行。
◆應當注意，當發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，甚至可能導致無功功率改變符號，這是應當避免的。因此如果只要求改變發電機所承擔的有功功率時，應該在調節發電機有功功率的同時適當調節發電機的無功功率。
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