电机拖动第8章 三相同步电动机的建模与特性.ppt

各类同步电动机的图片 三相同步电机的基本运行原理→结构→电磁关系→数学模型（即基本方程式和等效电路和相量图）→功率流程图 →三相同步电动机运行特性（矩角特性与V形曲线）的分析与计算。 8.1 三相同步电机的基本运行原理 8.2 三相同步电机的电磁关系 8.3 三相同步电机的基本方程式、等效电路与相量图 8.4 三相同步电动机的矩角特性与V形曲线 8.5 三相磁阻式同步电动机 8.5 三相同步电动机的转速特性 将上式两边同除以同步角速度 便可获得相应的电磁转矩为： （8-20） 式（8-20）又称为凸极式同步电动机的矩角特性，它可用图8.20所示曲线表示之。 图8.20 凸极同步电动机的矩角特性 结论： 凸极式同步电动机的电磁转矩由两部分组成（见图8.20）：一部分为基本电磁转矩 ，它是由转子直流励磁磁势和定子气隙磁场相互作用产生的；另一部分是由d轴和q轴磁阻不同（又称为凸极效应）引起的附加电磁转矩 。 基本电磁转矩 附加电磁转矩 附加电磁转矩部分的物理意义可借助于图8.21加以解释之。 图8.21 凸极同步电动机的磁阻转矩 隐极式同步电动机的矩角特性 对于隐极式同步电动机，由于d 轴和q 轴磁阻相同，即 ，将其代入式（8-19），便可获得隐极式同步电动机的功角特性为： （8-21） 将上式除以同步角速度 ，便可获得隐极式同步电动机的矩角特性为： （8-22） 图8.22 隐极式同步电动机的矩角特性 d、功率角 的物理意义 同步电动机的矩角特性类似于异步电动机的机械特性，其中的功率角相当于异步电动机的转差率 。同转差率一样，随着负载转矩的增加，功率角将有所增加，由矩角特性可知，电磁转矩将相应的增加，最终电磁转矩与负载转矩相平衡。但同步电动机仍保持同步速运行。 同步电机的功率角 的双重含义： 从时间上看：功率角 为定子感应电势 与定子电压 之间的夹 角； 从空间上看：功率角 为转子励磁磁势 和气隙合成磁势 （ ）之间的夹角。 其中， 是由转子励磁磁势 在定子绕组中感应的电势；而 可近似看作为由气隙合成磁势 在定子绕组中的感应电压。 同步电机的功率角的物理意义可用图8.23所示等效磁极来表示。 图8.23 功率角 的物理意义 结论： 功率角 的正、负是同步电机运行状态的一个重要标志。当同步电动机作电动机运行时，超前于 功率角 。规定此时的功率角为正；当同步电动机作发电机运行时， 滞后于 功率角 。此时的功率角则为负。 e、同步电动机的稳定运行与过载能力 以隐极式同步电动机为例来说明同步电动机的稳定运行问题。 图8.24给出了同步电动机静态稳定与“失步”概念的解释。 图8.24 同步电动机静态稳定与“失步”的解释 由图8.24可见，对于隐极式同步电动机，其静态稳定运行区域为： ；当功率角 时，同步电动机将不稳定运行。 静态稳定能力可用过载能力 来描述。对于隐极式同步电动机有： （8-23） 一般情况下，隐机式同步电动机额定负载运行的功率角 ，此时 。 一般结论： 隐极同步电动机的稳定运行范围是： 。超过该范围，同步电动机将不稳定运行； 增加转子直流励磁电流可以提高同步电动机的过载能力，进而提高电力拖动系统的稳定性。 为确保隐极式同步电动机的可靠运行，通常取： 。 B、同步电动机的V形曲线与功率因数的调节 V形曲线： 在 、 以及电磁功率（或电磁转矩 ）一定的条件下，定子电枢电流 与转子励磁电流 之间的关系曲线。 V形曲线反映的是在输出有功功率（或电磁功率）一定的条件下，定子侧的电枢电流和功率因数在励磁电流改变时的变化情况。 下面仅以隐极式同步电动机为例对其进行说明。 忽略定子铜耗、铁耗以及转子机械耗，于是有： 对于在无穷大电网下运行的同步电动机，即当电网的容量远远大于同步电动机的容量，且电压和频率均保持不变，于是存在下列关系式： 根据上述条件，绘出不同转子励磁条件下同步电动机的相量图如图8.27所示。 图8.27 转子直流励磁改变时同步电动机的相量图 定义: 通常，将定子电枢电流与定子电压同相位时的励磁电流称为正常励磁电流，对应的运行状态称为正常励磁状态；超过正