9.3同步电动机运行分析.ppt

9.3 同步电动机的运行分析 9.3.1 同步电动机的等效电路、基本方程式和相量图 同步电动机由电网的额定电源送入功率，然后输出机械功率。在负载运行时，电机气隙有两个磁动势：一个是励磁磁动势Ff，另一个是电枢磁动势Fa，在电磁变化中它们会产生一定的电动势。这些电动势有E0，励磁电动势；Ea，电枢反应的电动势；Eσ，漏感所产生的电动势。因此，我们可以认为，同步电动机由两个系统输入：一个是励磁系统，一个是电枢系统，这两个系统产生一系列的电磁变化，最终形成了电机气隙磁场、气隙电动势。此外，还有一些绕组上的等效电阻的能量损耗。 这样，我们就可以得出同步电动机每相的电压（或功率）的压降（或流程）：定子端的电压，首先在每相绕组的等效电阻上消耗掉一些功率，电压有所降落Ira；然后电枢反应又消耗掉一些无功功率，等效为在电抗上的压降Ijxa；还有一些漏电抗的损耗Ijxσ；最后我们可以将励磁反电动势也折合到定子边，看作主磁通的等效电动势E0。这样我们就得到了隐极式同步电动机的基本方程式： * * 这样，根据这样的基本方程式我们可以得到，隐极式同步电动机的等效电路 式中， 为同步电机的气隙磁动势所等效的电动势。进一步等效为电抗形式，有： 式中， 称为隐极式同步电动机的同步电抗，在磁路为不饱和时为一个常数，用来表示电机对称运行时的状态参数。 一般来讲，同步电动机的绕组等效电阻，比各种等效电抗要小很多，为了简便起见，在基本方程式中可以将电机的绕组等效电阻忽略不计。上式就变为： 我们可以得到和这两个式子相互匹配的同步电动机的相量图。 凸极式同步电动机每相的电压（或功率）的压降（或流程）：定子端的电压，首先在每相绕组的等效电阻上消耗掉一些功率，电压有所降落Ira；然后电枢反应又消耗掉一些无功功率，这些无功功率应该进行正交分解，同时考虑到正交分解后各电动势分量与各电流分量的关系，可以表示为：直轴方向等效电抗上的压降Idjxad，交轴方向等效电抗上的压降Iqjxaq；还有一些漏电抗的损耗Ijxσ；最后我们可以将励磁反电动势也折合到定子边，等效电动势E0。这样我们就得到了凸极式同步电动机的基本方程式： xad称为凸极同步电动机的直轴电枢反应电抗，xaq称为凸极同步电动机的交轴电枢反应电抗。电枢电流同样也可以分解为直轴和交轴分量： 因此，凸极式同步电动机的基本方程式又可以化为如下形式： 式中，xd和xq分别称为凸极同步电动机的直轴和交轴同步电抗。表示电机稳定运行时电枢反应的一个参数。 同样，对于同步电动机的绕组等效电阻，比各种等效电抗要小很多，为了简便起见，在基本方程式中可以将电机的绕组等效电阻忽略不计。上式就变为： 是为凸极同步电动机的简化基本方程式。 根据方程式我们可以得出与之对应的凸极式同步电动机的相量图 ： 在图（b）中做辅助线，我们可以得到： 如果在图（a）中分析，我们可以得到： 9.3.2 同步电动机的功角特性、矩角特性 同步电动机在正常运行时，定子边输入电功率P1，这部分功率在定子绕组上消耗一部分也就是定子铜损后，被送到转子端，同感应电机一样，这部分功率被称为电磁功率Pm；电磁功率在消耗掉定子铁损pFe、转子的机械损耗pmec、附加损耗padd后，剩下的才是电动机输出的机械功率。 仿照感应电动机对功率的处理方法，有： 不论同步电动机的转子形式是凸极还是隐极，都有： 由凸极式同步电动机的简化相量图的关系可以得出： 由此可得： 式中第一项： 称为基本电磁功率，第二项 称为附加电磁功率。 对于隐极式同步电动机有： 有了同步电动机的功角特性表达式，就可以根据功率和转矩的关系得出同步电动机的转矩表达式：只需要将功率表达形式除以转动的同步角速度即可： 对于凸极式同步电动机： 与功角特性相对应，式中第一项： 称为基本电磁转矩，第二项： 称为附加电磁转矩，有时也叫做磁阻转矩、反应转矩。 对于隐极式同步电动机： 同样，可以将以上这两个关系式中转矩与角度θ的关系表示在以θ为横坐标，将电磁转矩T为纵坐标的坐标系中，就得到了凸极式和隐极式同步电动机的矩角特性。 9.3.3 同步电动机运行的工作特性 同步电动机运行的工作特性是指在保持定子端电枢电压、频率不变，转子端励磁电流不变的情况下，电枢电流I、电磁转矩T、转子