同步电动机和同步调相机.ppt

目 录 下 页 上 页 退 出 第十一章 同步电动机和同步调相机 11.1 同步电动机的基本方程式和相量图 11.2 同步电动机的启动 10.3 同步调相机 10.4 反应式同步电动机 11.0 前 言 前 言 同步调相机只相当于空载运行的同步电动机，它不用来拖动机械负载，而专门用来调节无功功率，提高电网的功率因数。 同步电动机和调相机的转子一般都采用凸极结构，并在磁极的极靴上装有起动绕组（即阻尼绕组）。 同步电动机与感应电动机相比，其主要特点: 1) 转速不随负载的变化而变化，而且有较高的功率因数（可达到cosφ=1），特别在过励状态下，还可使功率因数超前，从而提高了电网的功率因数。 2) 同步电动机的气隙较大，Xd较小，过载能力较高（Km=2~3），静态稳定性好，且因为气隙大而使结构可靠性提高，安装维护容易。 3) 在不需要调速而功率又较大的场合，如驱动大型的空气压缩机、球磨机、鼓风机和水泵以及电动发电机组等，较多采用同步电动机。 11.1 同步电动机的基本方程式和相量图 11.1.1 同步电机的可逆原理 同步电机运行于发电机状态时，如图所示。 转子磁极轴线超前定子合成磁极轴线，δ0，电机把机械能转变成电能。 同步电机的运行是可逆的，既可以用作发电机，还可以用作电动机。 电磁功率PeM和功率角δ均为正值，励磁电动势E0超前于电网电压U-δ角。 逐步减少发电机的输入功率，转子将瞬时减速，δ角减小，相应的电磁功率也减少。 当发电机的输入功率只能满足空载损耗时，发电机处于空载运行状态。并不向电网输送功率 过渡状态 继续减少发电机的输入功率，则δ和 Pem变为负值。卸动原动机，电机从电网吸收功率满足空载损耗，成为空转的电动机。 电机轴上加上机械负载，负值的δ增大，由电网向电机输入的电功率和相应的电磁功率增大，转子磁极轴线落后定子合成磁极轴线，转子受到驱动性质的电磁转矩作用。 电动机状态 由同步发电机转变为同步电动机时，功率角和相应的电磁功率均由正值变为负值，电机由输出电功率变为输入电功率，电磁转矩由制动变为驱动。 11.1.2 同步电动机的基本方程式和相量图 按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功功率的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机发电机为例： 按照电动机惯例，把输出负电流看成是输入正电流即可，其电动势方程： 隐极机： 发电机观点 电动机观点 等效电路 凸极机： 同步电动机的功角特性与发电机的相似，用δM=-δ代替δ即可。 同步电动机的电磁功率公式: 上式除以同步速度得同步电动机的电磁转距: 同步发电机的过载能力、比整步功率所作的分析和结论，对电动机也是完全适用的。在近代同步电动机中，其参数Xd*=0.6~1.45，Xq*=1.0~1.4，额定功率角δDN=20°~30°，过载能力Km=2~3。 凸极同步电动机相量图 11.1.3 同步电动机的V形曲线 与同步发电机相似,当同步电动机的输入有功功率恒定而调节励磁电流时,也有三种励磁状态,“正常励磁”时,电动机没有无功功率输出；“过励”时电动机从电网吸收容性无功（或发出感性无功）;“欠励”时电动机从电网吸收感性无功（或发出容性无功）.也可以调节无功功率. 调节励磁电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数,这是同步电动最可贵的特点. 为了改善电网的功率因数和提高电机的过载能力，现代同步电动机的额定功率因数一般均设计为1-0.8（超前）。 11.2 同步电动机的启动 同步电动机不能自行起动 假设定子磁场的运动方向由左向右，并在某瞬间转到图a所示的位置，由图可见，此瞬间定子磁场和转子磁场相互作用所产生的电磁转矩是推动转子旋转的；但由于转子具有转动惯量，在此转矩作用下，并不可能立即加速到同步。于是在半个周期以后（即1/100s以后），定子磁场向前移动了一个极距，达到图b的位置，此时定子磁极对转子磁极的排斥力，将阻止转子的转动。如此变化不已，可见转子上受到的平均转矩为零 相互吸引 相互排斥 由于同步电动机的平均起动转矩为零，所不能自行起动，必须借用其它方法。 常用的起动方法有：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。其中异步起动法应用最广泛。 现代同步电动机多采用异步起动法来起动。它是通过在凸极式同步电动机的转子上装置阻尼组和感应电动机的笼型绕组相似，只是它装在转子磁极的极靴上，有时亦称同步电动机的阻尼绕组为起动绕组。 同步电动机的异步起动方法： 第二步:将同步电动机的定子绕组接通三相交流电源。这时定子旋转磁场将在阻尼绕组中感应一电流，此电流与定子