电机与拖动基础第2版汤天浩第08章节－同步电机原理.ppt

-*- 第八章 同步电机原理 第四节 同步电动机的功率因数及U形曲线 一、同步电动机的功率因数调节 当同步电动机接在交流电源上，可以认为电源的电压Us以及频率f1都保持不变。另外，假设同步电动机拖动的有功负载也保持不变，仅改变同步电动机的励磁电流If ，就能调节同步电动机的功率因数。为分析方便起见，以隐极同步电动机为例， 并忽略电机中的各种损耗。 假若同步电动机的负载保持不变， 则电动机转轴上的输出转矩T2也不变，如果忽略空载转矩，由式（8-26），有 。 可见，当T2不变时，可以认为电磁转矩Te也不变，由式（8-29）， （8-31） 这说明当改变励磁电流If时，电动势E0的大小也要跟着改变，以满足上式的关系。 -*- 第八章 同步电机原理 当负载转矩不变时，由于同步电动机的转速恒定不变，所以同步电动机的输出功率不变。在忽略电机中的各种损耗的情况下，同步电动机的输入功率与输出功率相等。于是有 （8-32） 上式的物理意义是：在只改变励磁电流的情况下，同步电动机定子绕组中电流的有功分量保持不变。 根据式（8-31）和式（8-32）的条件 可画出隐极同步电动机在三种不同励磁电流时的相量图，如图8-14所示。 在电压Us 不变的条件下，必有 -*- 第八章 同步电机原理 当改变同步电动机的励磁电流时，能够改变同步电动机的功率因数，这点是三相异步电动机所不具备的。当改变励磁电流时，同步电动机功率因数变化的规律可以分为三种情况，即正常励磁状态、欠励状态和过励状态。同步电动机拖动负载运行时，一般要过励，至少运行在正常励磁状态，不要让它运行在欠励状 态。 -*- 第八章 同步电机原理 二、同步电动机的U形曲线 同步电动机的U形曲线是指当电源电压和电源的频率均为额定值时，在输出功率不变的条件下，调节励磁电流If 时定子电流Is的相应变化。以励磁电流If 为横座标，定子电流Is 为纵座标，将两个电流数值变化关系绘制成曲线，由于其形状象英文字母“U”，故称其为U形曲线。 -*- 第八章 同步电机原理 对每条U形曲线，定子电流有一最小值，这时定子仅从电网吸收有功功率，功率因数 。把这些点连起来，称 线。它微微向右倾斜，说明输出为纯有功功率情况下， 输出功率增大的同时，必须相应地增加一些励磁电流。这样， 线可作为分界线，在线的左边是欠励区，右边是过励区。 当同步电动机带一定负载时， 若减小励磁电流If，电动势E0、电磁功率 Pem减小。当Pem减小到一定程度，θ超过90?， 电动机就失去同步，如图8-16中虚线所示的不稳定区。从这个角度来看，同步电动机最好也不运行于欠励状态。 -*- 第八章 同步电机原理 第五节 永磁同步电动机* 一、概述 世界上第一台电机就是永磁电机，但是早期的永磁材料磁性能很差，致使永磁电机体积很大，非常笨重，因而很快就为电励磁式电机所取代。近年来，随着稀土永磁材料的快速发展，特别是第三代稀土永磁材料钕铁硼（NdFeB）的问世，给永磁电机的研究和开发带来了新的活力。从上世纪八十年代初开始，各工业发达国家竟相研制高性能永磁电机，其中永磁同步电动机以其高效节能的优点而受到特别的关注。 二、正弦波永磁同步电动机 1. 基本结构 永磁同步电动机包括定子和转子两部分。定子部分与一般同步电动机的定子相同， 定子铁心通常由带有齿和槽的冲片叠成， 在槽中嵌入交流绕组。当交流电流通入交流绕组时，在气隙中产生同步旋转磁场；转子部分则采用永磁体励磁。 -*- 第八章 同步电机原理 -*- 第八章 同步电机原理 同步电动机的主要参数同步电抗Xd、Xq决定于磁路的磁导，在电励磁同步电动机中， Xd Xq 。但在永磁同步电动机中，情况有所不同，因为在直轴磁路中有永磁体， 永磁体的磁导率很低，其导磁性能与空气相似，因而大大减小了直轴电枢反应的作用，表现为Xd较小；而在交轴磁路中，主要是软铁极靴和套环类的磁性材料，导磁性能较好，交轴电枢反应的作用较大， Xq较 大，因而在永磁同步电动机中Xd Xq 。 2. 工作原理与起动问题 永磁体的引入固然使同步电动机面貌一新，但由此而产生的一些问题也不容忽视，这其中最主要的当属起动问题，在由变频电源供电的场合，永磁同步电动机可以顺利起动，但当由工频电源直接供电时，由于定