同步电动机静态稳定问题

与异步电动机一样，同步电动机也有静态稳定运行的问题。我们以隐极式同步电动机为例来说明这一问题。

1.当电动机拖动机械负载运行于θ1＝0°～90°范围内，如图8.3.4（a）所示，这时电磁转矩T与负载转矩TL相平衡，即T＝TL。由于某种原因，负载转矩TL突然增大为TL′。根据式（8－14），这时转子要减速使θ角增大，例如变为θ2，在θ2时对应的电磁转矩为T′，如果T′＝T′L，电机就能继续同步运行。不过这时运行在θ2角度上，如果负载转矩又恢复为TL，电动机的θ角恢复为θ1，T＝TL。所以电动机能够稳定运行。0＜θ＜90°是隐极式同步电动机稳定工作区。

2.当同步电动机带负载运行在θ＝90°～180°范围内，假设电动机运行于θ3，如图8.3.4（b）所示，这时电磁转矩T与负载转矩TL相平衡，即T＝TL。由于某种原因，负载转矩突然增大为T′L。这时θ角要增大，例如为θ4，如图8.3.4（b）所示。但θ4对应的电磁转矩T′比增大了的负载转矩T′L小，即T′＜T′L。于是电动机的θ角还要继续增大，而电磁转矩反而变得更小，找不到新的平衡点。这样继续的结果，电机的转子转速会偏离同步速，即失去同步，因而无法工作。可见，90°＜θ＜180°，隐极式同步电动机不能稳定工作。

图8.3.4　同步电动机的稳定运行

为了保证最大同步电动机有一定的过载能力，与异步电动机一样，电磁转矩Tm与额定转矩TN之比叫过载倍数（能力），且应有一定的数值，用λ表示，即

隐极式同步电动机额定运行时，θN≈30°～16.5°。凸极式同步电动机额定运行时的功率角还要小些。

当负载改变时，θ角随之变化，就能使同步电动机的电磁转矩T或电磁功率PM跟着变化，以达到相平衡的状态，而电机的转子转速n却严格按照同步转速旋转，不发生任何变化，所以同步电动机的机械特性n＝f（T）为一条直线，是硬特性。

图8.3.5　同步电机等效磁极与转子

如果转子磁极在前，等效磁极在后，即转子拖着等效磁极旋转，是同步发电机运行状态。由此可见，同步电机作电动机运行还是作发电机运行，要视转子磁极与等效磁极之间的相对位置来决定。