同步電機在實際運行中,有多種原因可能導(dǎo)致振蕩。比如原動機輸入轉(zhuǎn)矩的突然變化、電網(wǎng)參數(shù)的改變、勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)生故障、外部負載不穩(wěn)定或突然變化等因素都能引起電機轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率以及轉(zhuǎn)矩的振蕩；用自同步法使同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)以及同步電動機合閘時牽入同步過程也可能引起振蕩。

電機振蕩對于電機本身及相關(guān)聯(lián)的電力系統(tǒng)和其它電器設(shè)備都是不利的,嚴重時可能造成電機與電力系統(tǒng)失去同步、中斷供電或使與電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的電器設(shè)備受到損壞。因此,了解和研究同步電機振蕩的本質(zhì)有重要的實際意義。

在振蕩過程中電機的轉(zhuǎn)速不再是恒速,同步電機的方程式呈非線性,振蕩問題的分析十分復(fù)雜。

本文僅對同步電機的小值振蕩進行定性分析。所謂小值振蕩是指同步電機的功角?圍繞一個恒定值db作小幅度周期性變化(變化幅度一般為10度以下),電機轉(zhuǎn)速也圍繞著同步速作周期性變化。

小值振蕩是比較常見的,同步發(fā)電機的有功功率的調(diào)節(jié)過程、同步電動機的拉入同步過程等都伴隨有小值振蕩。

舉例來說,同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)以后,氣隙合成磁勢F受電網(wǎng)頻率的制約,以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn),功角的大小僅決定于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及位置。參看圖19.8,設(shè)發(fā)電機起初穩(wěn)定運行于a點,此時原動機的輸入功率與發(fā)電機的電磁功率相平衡,即Pa=PMa,原動機的轉(zhuǎn)矩也和發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩相平衡,即Ta=TMa?由于電網(wǎng)供電的需要,要求把發(fā)電機的電磁功率增大到PMb,整個調(diào)節(jié)過程為：

①增大原動機的輸出功率到Pb,原動機的轉(zhuǎn)矩也增大到Tb；

②由于DT=(Tb-TMa)>0,發(fā)電機轉(zhuǎn)子在DT?的作用下加速,功角由da開始增大,達到db?時,發(fā)電機的電磁功率也達到PMb,電磁轉(zhuǎn)矩達到TMb,并與原動機的轉(zhuǎn)矩Tb相平衡,發(fā)電機轉(zhuǎn)子的加速度變?yōu)榱?但速度達到A值；

③由于慣性作用,轉(zhuǎn)子以大于同步速繼續(xù)前進,功角由db繼續(xù)增大到dc,發(fā)電機的電磁功率也增大到PMc,電磁轉(zhuǎn)矩增大到TMc?④由于DT=(Tb-TMc)<0,發(fā)電機的轉(zhuǎn)子在DT的作用下開始減速,功角由dc開始減小,達到db時,發(fā)電機的電磁功率也達到PMb,電磁轉(zhuǎn)矩達到TMb,并與原動機的轉(zhuǎn)矩Tb相平衡,發(fā)電機轉(zhuǎn)子的加速度又變?yōu)榱?但速度又達到值；

⑤由于慣性作用,轉(zhuǎn)子以小于同步速前進,功角由db繼續(xù)縮小到da,發(fā)電機的電磁功率也減小到PMa,電磁轉(zhuǎn)矩減小到TMa。至此,完成了一個振蕩周期,如果沒有阻尼作用,這一過程會持續(xù)下去。

事實上,同步發(fā)電機均裝設(shè)阻尼繞組。在振蕩過程中,阻尼繞組中將出現(xiàn)感應(yīng)電勢和電流,并形成感應(yīng)轉(zhuǎn)矩。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速時,感應(yīng)轉(zhuǎn)矩起制動作用;而當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時,感應(yīng)轉(zhuǎn)矩又具有驅(qū)動作用。采用阻尼繞組能大大抑制同步電機的振蕩。