一、功率流程和功率平衡
p1為自原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)的輸入的機(jī)械功率，其中一部分提供機(jī)械損耗，另一部分供給定子鐵心損耗pfe,pm為通過(guò)電磁感應(yīng)作用由轉(zhuǎn)子邊傳遞到定子邊的電功率，稱為電磁功率。如果是負(fù)載運(yùn)行，定子繞組中還存在定子銅耗pcu1，p2＝pm－pcu1就是發(fā)電機(jī)的輸出功率。
同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為
p1＝pm+pfe+pm
pm＝p2+pcu1
定子繞組的電阻一般較小，其銅耗可以忽略不計(jì)，則有
pm＝p2＝muicosj =muicos(y-d)
二、功角特性
定義：pm=f(d)
(1)凸極電機(jī)
由相量圖知：
將以上兩式代入電磁功率式 后得：
主電磁功率與附加電磁功率
令(dpm/dd)=0 可以求出對(duì)應(yīng)于最大電磁功率pmmax的功角dm,一般來(lái)說(shuō)凸極電機(jī)的dm在45o～90o之間。
(2)隱極電機(jī)
xd=xq=xs
(3)過(guò)載能力
最大功率與額定功率的比值定義為同步發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力。
km=pmmax/pn
對(duì)隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)
km=pmmax/pn=1/sindn
三、有功功率的調(diào)節(jié)
穩(wěn)態(tài)時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)的頻率決定，恒等于同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩tm和電磁功率pm之間成正比關(guān)系：
tm=pm/w1
原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩t1與電磁轉(zhuǎn)矩tm以及空載阻力轉(zhuǎn)矩t0相平衡
t1=tm+t0
要改變發(fā)電機(jī)輸送給電網(wǎng)的有功功率pm，就必須改變?cè)瓌?dòng)機(jī)提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩t1，這一改變可以通過(guò)調(diào)節(jié)水輪機(jī)的進(jìn)水量即水門或汽輪機(jī)的汽門來(lái)達(dá)到。
當(dāng)d處于0-dm范圍時(shí)，隨著d的增大，pm亦增大，發(fā)電機(jī)在這一區(qū)間能夠穩(wěn)定運(yùn)行。而當(dāng)d >dm時(shí)，隨著d的增大，pm反而減小，電磁功率無(wú)法與輸入的機(jī)械功率相平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來(lái)越大，發(fā)電機(jī)將失去同步，故在這一區(qū)間發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。
重要結(jié)論：在增加有功功率的同時(shí)也伴隨著無(wú)功功率的減少。解釋如下：
無(wú)功功率的功角特性 q = f（d）
以隱極電機(jī)為例，畫出相量圖并作輔助線，由相量圖
知： e0 cos d - u = i xs sin j
q = m u i sin j
q =（m u e0 cos d - m u2）/ xs
同步發(fā)電機(jī)失去同步后,必須立即減小原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率,否則將使轉(zhuǎn)子達(dá)到極高轉(zhuǎn)速,以致離心力過(guò)大而損壞轉(zhuǎn)子。另外，失步后，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率不一致，定子繞組中將出現(xiàn)一個(gè)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(jī)所承擔(dān)的有功功率可以通過(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率來(lái)改變的。而且電機(jī)承擔(dān)的有功功率的極限是pmmax。當(dāng)0<d<dm時(shí)發(fā)電機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行；d>dm發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流if不變時(shí)，d的變化也將無(wú)功功率的變化。無(wú)功功率隨著有功功率的增加而減少，甚至可能導(dǎo)致無(wú)功功率改變符號(hào)，這是應(yīng)當(dāng)避免的。因此如果只要求改變發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有功功率。
四、功角的物理意義
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(jī)的勵(lì)磁電勢(shì)e0和端電壓u之間相角差。
功角d對(duì)于研究同步電機(jī)的功率變化和運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要意義。
功角d的空間含義
忽略定子漏磁電勢(shì)，認(rèn)為u≈e0+ea，e0對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁勢(shì)ff，ea對(duì)應(yīng)于電樞磁勢(shì)fa，可近似認(rèn)為端電壓u由合成磁勢(shì)f=ff+ea所感應(yīng)。ff和ea之間的空間相角差即為e0和u之間的時(shí)間相角差d。
1. 從相量圖上看，功角d在時(shí)間上表示勵(lì)磁電勢(shì)e0和端電壓u之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場(chǎng)f軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)ff軸線之間的夾角。
2. 在發(fā)電機(jī)內(nèi)部,轉(zhuǎn)子磁極軸線總是超前合成磁場(chǎng)軸線；磁力線是斜著通過(guò)空氣隙，磁拉力的結(jié)果是在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
3.發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，定子合成磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)不會(huì)改變,永遠(yuǎn)是以同步速旋轉(zhuǎn)的.如何增加功率,就是增大原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力因素。
4.同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行范圍分析情況......d的范圍...。
有功功率的同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率。