第06講同步電動機

及同步調相機1.同步電動機

2.同步調相機

3.磁阻電動機和開關磁阻電動機1.同步電動機一、同步電動機的工作原理同步電機接在電網上正常運行時，電機內部有兩個旋轉磁勢：由轉子上的勵磁繞組產生的機械旋轉磁勢Ff和由定子上的電樞繞組產生的電氣旋轉磁勢Fa。兩磁勢同步旋轉，合成磁勢F為電氣氣隙空間的總磁勢。轉子磁勢在電樞繞組中產生勵磁磁勢E0,定子磁勢在電樞繞組中產生電樞反應電勢Ea，此二電勢合稱為電樞端電壓U(即電網電壓)。電網電壓的大小和頻率均為常數，故合成磁勢F的大小和轉速應為常數。作為發(fā)電機運行時，轉子磁勢Ff超前于合成磁勢F，功角d為正值，轉子軸上輸入機械功率，電樞出線端向電網輸出電功率。如果減少軸上的轉矩，有功功率會減少，功角d也會逐漸縮小。當功角d減小到0時，輸出到電網的電功率為0，同步電機處于空載并網運行狀態(tài)。卸掉原動機，并在軸上施加機械負載，則功角d會由0變?yōu)樨撝怠：铣纱艅軫會超前于轉子磁勢Ff。從發(fā)電機的角度看，電機向電網輸送負功率；從電動機的角度看，電機從電網吸收電功率。此時同步電機從空載并網運行方式變成了電動機運行方式?？梢姲l(fā)電運行時，轉子磁勢超前于合成磁勢。電動運行時，合成磁勢超前于轉子磁勢。大小和轉速不變

發(fā)電運行時，F(xiàn)f超前于合成磁勢F，功角d為正值，轉子軸上輸入機械功率，電樞出線端向電網輸出電功率。大小和轉速不變

進入空載并網運行時，F(xiàn)f同步于合成磁勢F，功角d為0，電樞出線端向電網輸出的有功功率為0。大小和轉速不變

進入電動運行時，F(xiàn)超前于Ff，功角d變?yōu)樨撝担姌谐鼍€端從電網吸收有功功率。二、同步電動機的方程式和相量圖按照電動機慣例，以勵磁電勢相量為參考相量，很容易根據電壓平衡方程式繪出其相量圖。注意比較感性功率因數與容量無功功率的相量圖。三、同步電動機的優(yōu)點建立交變磁場需要感性的無功電流，異步電機建立磁場的感性電流來自電網，也就是它要從電網吸收感性無功電流，所以異步電機的功率因數總是滯后的。同步電機中的交變磁場是靠兩個途徑產生的：一個是轉子直流勵磁磁場+機械旋轉形成機械旋轉磁場；另一個是電樞繞組通過交流電流產生電氣旋轉磁場。電機內部磁場強弱主要有電網電壓決定。也就是并接在固定電壓電網上的同步電動機內部的合成磁場應該是基本不變的。而轉子勵磁磁場可以通過勵磁電流來改變。如果勵磁電流不足（欠勵），則有電樞繞組從電網吸收感性電流產生增磁的電氣旋轉磁場來彌補，同步電動機表現(xiàn)為一感性設備；如果勵磁電流盈余（過勵），則電樞繞組將通過向電網輸送感性電流而把過剩的磁場轉移掉，或者說，電樞繞組從電網吸收了容性無功電流。同步電動機表現(xiàn)為一容性設備?？梢娡ㄟ^調節(jié)勵磁電流，可以調節(jié)同步電動機的功率因數。用相量圖分析功率因數的調節(jié)如果同步電動機所拖動的機械負載不變，可以認為電動機的電磁轉矩不變，電磁功率不變，從電網吸收的有功功率不變。如果勵磁電流適當，電動機從電網獲取的全部是有功功率，則電樞電流與電網電壓同相位。我們稱此狀態(tài)為正常勵磁。如果在正常勵磁基礎上，增大勵磁電流，則勵磁電勢隨之增大，電樞電流將超前于電網電壓。同步電動機表現(xiàn)為容性。如果在正常勵磁基礎上，減小勵磁電流，則勵磁電勢隨之減小，電樞電流將滯后于電網電壓。同步電動機表現(xiàn)為感性。四、同步電動機的V形曲線過勵運行容性欠勵運行感性保持機械負載不變，即保持有功功率不變，調節(jié)勵磁電流時，電樞電流隨之變化的關系曲線稱為V形曲線。取不同的有功功率，可以得到一族V形曲線。

V形曲線的最低點表示無功功率為零，所有V形曲線的連線對應于功率因數等于1。連線右側屬于容性運行區(qū)，左側屬于感性運行區(qū)。五、同步電動機的功角特性發(fā)電機電動機凸極同步電機的功角特性（按電動機慣例）磁阻轉矩的概念六、同步電動機的起動正常穩(wěn)態(tài)運行時，同步電動機通過電樞電源接入三相對稱交流電流，產生一個電氣旋轉磁場；通過勵磁電源接入勵磁電流，產生轉子旋轉磁場。而且這兩個磁場同速同向相對靜止。兩個磁場之間存在穩(wěn)定的相互作用力而形成電磁轉矩，驅動電力拖動系統(tǒng)持續(xù)旋轉。這種由兩個同步磁場之間的作用力而形成的電磁轉矩稱為同步轉矩。只有當兩個磁場同步時，同步轉矩才有穩(wěn)定值。

正常運行時，兩個磁場同步，所以具有穩(wěn)定的同步轉矩。

啟動過程中，定子旋轉磁場始終以同步轉速旋轉，而轉子轉速從0出發(fā)準備轉動，定轉子磁場不同步，同步轉矩平均值為0。正常運行時具有穩(wěn)定的同步轉矩NSNSq起動瞬間，轉子未動，同步轉矩平均值為0SNSN起動過程中，轉子轉速較低，同步轉矩平均值仍為0SNSN給同步電動機加裝啟動繞組。用異步啟動法啟動同步電動機。啟動繞組相當于鼠籠式異步電動機的轉子短路繞組。依靠啟動繞組在啟動過程中切割磁力線產生感應電流，該電流在與定子旋轉磁場相互作用形成電磁轉矩，驅動轉子旋轉。依靠短路繞組切割磁力線而形成的電磁轉矩稱為異步轉矩。只有當轉子與定子旋轉磁場之間有相對運動時，才會產生感應電流和異步轉矩。NSNSNSNS啟動過程中，轉子與定子旋轉磁場不同步，啟動繞組切割磁力線，異步轉矩不為零而同步轉矩為0。NSNS同步電動機正常穩(wěn)定運行時，轉子與定子旋轉磁場同步，啟動繞組不切割磁力線，異步轉矩為零。但有穩(wěn)定的同步轉矩穩(wěn)定。啟動繞組異步啟動法的操作過程將勵磁繞組通過適當的電阻短路。接通定子電源，在異步轉矩的作用，同步電動機開始啟動。當轉速接近同步轉速時，通過切換開關，去掉滅磁電阻，接通勵磁電源。依靠同步轉矩將轉子拉入同步。勵磁繞組開路時，勵磁繞組在轉差較大時會產生高電壓；勵磁繞組短路時，啟動轉矩較小，有可能大不大接近同步轉速。2.同步電機的調相運行一、同步電機的三種運行狀態(tài)同步電機發(fā)電機：輸出有功功率，吸收或者輸出無功功率。電動機：吸收有功功率，吸收或者輸出無功功率。調相機：有功功率為零，吸收或者輸出無功功率。同步調相機：相當于空載運行的同步電機。從電網吸收少量的有功功率提供內部的消耗。其輸入端實質上是勵磁端，輸出端為電樞端。調相機二、如何調相同步機過勵時，電機向電網提供滯后性無功功率欠勵時，電機向電網提供超前性無功功率三、同步調相機用途：改善電網功率因數，調節(jié)電網過電壓。調相機應靠近負載中心。特點：容量為過勵時的視在功率，即輸出感性無功功率的允許值。不帶負載，軸細。例題：有一阻感性負載1000kW，cosj

=0.5,原來由一臺同步發(fā)電機單獨供電，為了改善功率因數，在用電的負載端并列一臺調相機，試求：發(fā)電機單獨供電時的視在功率；如果調相機完全補償負載所需的無功功率，則調相機的容量和發(fā)電機的視在功率各為多少？如果只將發(fā)電機的功率因數提高到0.8，求調相機的容量和發(fā)電機的視在功率各為多少？發(fā)電機原動機電負載同步機原動機電負載調相機同步機原動機電負載調相機3磁阻電動機和開關磁阻電動機NSNSNS一、磁阻同步電動機磁阻同步電動機相當于轉子上不裝設勵磁繞組的同步電動機。依