同步電機(jī)同步機(jī)理分析概述傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)便是同步電機(jī)，關(guān)于同步電機(jī)的分析在如今已經(jīng)十分成熟。圖2-1為同步電機(jī)連接到電網(wǎng)的示意圖，同步電機(jī)通過兩條并聯(lián)的傳輸線連接到電網(wǎng)，并對電網(wǎng)提供電能。S1-S4為傳輸線的斷路器，Xgnd為發(fā)生三相對地故障時的接地電抗。Ug、Upcc分別為電網(wǎng)電壓與同步電機(jī)輸出端電壓。圖2-1□同步電機(jī)單機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)每相圖同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以用下式表示：（2-1）式中J為轉(zhuǎn)動慣量（kg·m·s2）；α為角加速度（rad/s2）；ΔMa為凈加速轉(zhuǎn)矩（kg·m）；Mm、Me為原動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；W為角速度（rad/s）；δ為功率角（rad）；又由于功率與轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：(2-2）又考慮到同步電機(jī)的阻尼因素，聯(lián)立可到同步電機(jī)的擺動方程為：(2-3）式中Pm、Pe為同步電機(jī)輸入、輸出功率（W）；Wn為額定角速度（rad/s）；D為阻尼系數(shù)（W·s/rad）。一般情況下的同步電機(jī)的時-空矢量圖如圖2-2所示。E0與U的夾角被稱為功率角δ。由于r遠(yuǎn)小于Xq與Xd所以電樞繞組的銅耗可以忽略，此時輸出功率公式為：(2-4）又由于從圖2-2可以得到：（2-5）將公式2-2代入公式2-1可以得到：（2-6）這就是凸極同步電機(jī)的功角特性的一般化表達(dá)式。而隱極同步電機(jī)可以認(rèn)為是Xd=Xq的凸極同步電機(jī)，所以后一項可以消除，故功角特性可以簡化為：（2-7）圖2-2□同步電機(jī)時-空矢量圖在代入圖2-1的情景下公式2-7可以轉(zhuǎn)換為：（2-8）一般情況下，電網(wǎng)電壓與頻率可視為恒定，在此基礎(chǔ)上保障同步電機(jī)的輸出電壓與電網(wǎng)電抗，則根據(jù)公式2-8可以畫出同步電機(jī)的Pem-δ曲線，如圖2-3所示。圖2-3□同步電機(jī)Pem-δ曲線圖同步電機(jī)的同步除了人為的進(jìn)行調(diào)節(jié)如：調(diào)整所需的輸出功率、調(diào)節(jié)輸出電抗等，其還有著一定的自我恢復(fù)同步的能力。圖2-4是I類暫態(tài)故障情況下的同步電機(jī)Pem-δ曲線圖。由圖可以看出在故障前同步電機(jī)穩(wěn)定于a點(diǎn)，故障發(fā)生后工作點(diǎn)跳變到了b點(diǎn)，此時輸出功率小于額定值，由同步電機(jī)的擺動方程公式2-3可以得到此時的同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子受到推動力矩，轉(zhuǎn)子加速使得電機(jī)與電網(wǎng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，功率角δ開始增加。功率角從δ0增加到了δ1之后（到達(dá)圖中c點(diǎn)），由于在慣性的影響下，轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)仍有著轉(zhuǎn)速差，功率角δ繼續(xù)增加，但之后由于輸出功率大于額定值，轉(zhuǎn)子受到阻力，功率角的增加變緩，直到功率角的增加速度為0。再之后功率角開始減小，直至回到并經(jīng)過圖中c點(diǎn)。在阻尼、慣性的作用下功率角圍繞c點(diǎn)進(jìn)行振蕩直至最終振蕩幅度降至0。但如果在功率角到達(dá)圖中d點(diǎn)之前未能將功率角δ的增加速度降到0，則會由于輸出功率又一次低于額定值導(dǎo)致同步電機(jī)轉(zhuǎn)子再次受到推力，功率角δ繼續(xù)增加，同步電機(jī)與電網(wǎng)便失去了自我實(shí)現(xiàn)同步的可能