同步電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中,有多種原因可能導(dǎo)致振蕩。比如原動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩的突然變化、電網(wǎng)參數(shù)的改變、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)生故障、外部負(fù)載不穩(wěn)定或突然變化等因素都能引起電機(jī)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(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)以及同步電動(dòng)機(jī)合閘時(shí)牽入同步過程也可能引起振蕩。
電機(jī)振蕩對(duì)于電機(jī)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(yán)重時(shí)可能造成電機(jī)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(jī)振蕩的本質(zhì)有重要的實(shí)際意義。
在振蕩過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再是恒速,同步電機(jī)的方程式呈非線性,振蕩問題的分析十分復(fù)雜。
本文僅對(duì)同步電機(jī)的小值振蕩進(jìn)行定性分析。所謂小值振蕩是指同步電機(jī)的功角 圍繞一個(gè)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(jī)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(jī)的有功功率的調(diào)節(jié)過程、同步電動(dòng)機(jī)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(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)以后,氣隙合成磁勢(shì)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(jī)起初穩(wěn)定運(yùn)行于a點(diǎn),此時(shí)原動(dòng)機(jī)的輸入功率與發(fā)電機(jī)的電磁功率相平衡,即pa=pma,原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也和發(fā)電機(jī)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(jī)的電磁功率增大到pmb,整個(gè)調(diào)節(jié)過程為：
①增大原動(dòng)機(jī)的輸出功率到pb,原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也增大到tb；
②由于dt=(tb-tma)>0,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在dt 的作用下加速,功角由da開始增大,達(dá)到db 時(shí),發(fā)電機(jī)的電磁功率也達(dá)到pmb,電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到tmb,并與原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩tb相平衡,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的加速度變?yōu)榱?但速度達(dá)到最大值；
③由于慣性作用,轉(zhuǎn)子以大于同步速繼續(xù)前進(jìn),功角由db繼續(xù)增大到dc,發(fā)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)子在dt的作用下開始減速,功角由dc開始減小,達(dá)到db時(shí),發(fā)電機(jī)的電磁功率也達(dá)到pmb,電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到tmb,并與原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩tb相平衡,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的加速度又變?yōu)榱?但速度又達(dá)到最小值；
⑤由于慣性作用,轉(zhuǎn)子以小于同步速前進(jìn),功角由db繼續(xù)縮小到da,發(fā)電機(jī)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(gè)振蕩周期,如果沒有阻尼作用,這一過程會(huì)持續(xù)下去。
事實(shí)上,同步發(fā)電機(jī)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(shì)和電流,并形成感應(yīng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí),感應(yīng)轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用;而當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí),感應(yīng)轉(zhuǎn)矩又具有驅(qū)動(dòng)作用。采用阻尼繞組能大大抑制同步電機(jī)的振蕩。