三相同步電動機的建模與特性PPT學習教案

1、會計學1 三相同步電動機的建模與特性三相同步電動機的建模與特性 第1頁/共45頁 第2頁/共45頁 內容簡介 第3頁/共45頁 A、三相同步電動機的基本運行原理、三相同步電動機的基本運行原理 圖8.1a給出了同步電機的結構示意圖和相應的定子空間軸線位置。圖中，A-X、B-Y、C-Z分別表示等效的定子三相繞組。 圖8.1 同步電機的結構示意圖 若在同步電動機的定子三相對稱繞組中分別通以如下三相對稱電流： 第4頁/共45頁 )240cos(2 )120cos(2 )cos(2 1 1 1 tIi tIi tIi C B A 則在三相對稱電流的作用下，定子三相對稱繞組必然產生圓形旋轉磁勢和磁場，定子

2、旋轉磁場的轉速（即同步速）為： p f n 1 1 60 上式表明：同步速既取決于電機自身的極對數(shù)，又取決于外部通電頻率。改變三相繞組的通電相序，定子旋轉磁場將反向。 與異步電動機不同，同步電機采用的是雙邊激磁同步電機采用的是雙邊激磁，即不僅定子繞組通以三相交流電產生旋轉磁勢和磁場，而且轉子繞組也通以直流勵磁（或采用永磁體）產生磁勢和磁場，從而要求轉子轉速必須與定子旋轉磁場保持同步（其轉差為零），才能產生有效的電磁轉矩。 在原動機拖動下，轉子磁極以同步速拖動氣隙合成磁場旋轉，在原動機拖動下，轉子磁極以同步速拖動氣隙合成磁場旋轉， 因而在定子繞組中感應電勢，并輸出電功率，從而將原動機輸入的因而在

3、定子繞組中感應電勢，并輸出電功率，從而將原動機輸入的 機械功率轉換為電功率輸出，實現(xiàn)了機電能量轉換。機械功率轉換為電功率輸出，實現(xiàn)了機電能量轉換。 同步發(fā)電機的工作原理：同步發(fā)電機的工作原理： 第5頁/共45頁 B、同步電機的結構、同步電機的結構 同步電機定子的結構與異步電機完全相同，而轉子則有所不同。按照轉子勵磁方式的不同，同步電機可分為永磁式同步電機和轉子帶直流勵磁繞組的同步電機；按照轉子結構的不同，同步電機又分為隱極式同步電機隱極式同步電機和凸極式同步電機凸極式同步電機。 圖8.2 同步電機的結構 隱極式轉子結構實物 凸極式轉子結構實物單個凸極式轉子主極 第6頁/共45頁 C、同步電機的

4、三種運行狀態(tài)、同步電機的三種運行狀態(tài) 圖8.3a、b、c分別給出了三相同步電機的幾種不同運行狀態(tài)的示意圖。 圖8.3 三相同步電機的不同運行狀態(tài)示意圖 第7頁/共45頁 C、同步電機的額定數(shù)據(jù)、同步電機的額定數(shù)據(jù) l 額定功率額定功率 ； l 額定電壓額定電壓 ； l 額定電流額定電流 ； l 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) ； l 額定頻率額定頻率 ( (Hz) )； l 額定轉速額定轉速 ( (r/min) )，即為同步速；，即為同步速； l 額定效率額定效率 ； 此外，還包括：轉子額定勵磁功率此外，還包括：轉子額定勵磁功率 、額定勵磁電壓、額定勵磁電壓 以及額定以及額定 溫升等。溫升等。 N

5、f N P N U N I N cos N n N fN P fN U 額定數(shù)據(jù)之間滿足下列關系式： 對于三相同步發(fā)電機：對于三相同步發(fā)電機： NNNNNN IUSPcoscos3 對于三相同步電動機：對于三相同步電動機： NNNNN IUPcos3 第8頁/共45頁 A、三相同步電機空載時的電磁關系、三相同步電機空載時的電磁關系 空載：空載： 同步電機空載運行時，電樞電流同步電機空載運行時，電樞電流 。 0 a I 若在轉子繞組內通以直流勵磁電流 ，則轉子的直流勵磁磁勢（或安匝數(shù)） 為： f I f F fff FN I （8-1） 由勵磁磁勢 建立主磁場并產生主磁通 ，主磁通 以同步速切割

6、定子繞組，定子繞組所感應的電勢 ，其電磁關系可用圖8.4表示之。 f F 0 0 0 E 圖8.4 同步電機空載運行的電磁關系 第9頁/共45頁 根據(jù)電磁感應定律， 可表示為： 0 E 01110 4.44 w Ejf N k （8-2） 其中， 為定子繞組感應電勢的頻率，它由下式給出： 1 f 60 1 1 n pf （8-3） 改變 的大小，主磁通 將發(fā)生變化， 也將隨之發(fā)生改變。 與 之間的關系又稱為同步電機的空載特性同步電機的空載特性。典型同步電機的空載特性如圖8.5所示。 f I 0 0 E 0 E f I 圖8.5 典型同步電機的空載特性 第10頁/共45頁 根據(jù)式（8-2）繪出同

7、步電機空載運行時的時空相量圖如圖8.5所示。 圖8.5 同步電機空載時的時-空相量圖 B、三相同步電機負載后的電樞反應、三相同步電機負載后的電樞反應 電樞反應：電樞反應： 同步電機負載后，定子三相對稱繞組中就有三相對稱電流流過，同步電機負載后，定子三相對稱繞組中就有三相對稱電流流過， 從而在定子中產生以同步速旋轉的電樞磁勢從而在定子中產生以同步速旋轉的電樞磁勢 和磁場和磁場 ，它與以同，它與以同 步速旋轉的轉子磁勢步速旋轉的轉子磁勢 和主磁場和主磁場 保持相對靜止，因此可以疊加產保持相對靜止，因此可以疊加產 生有效的氣隙磁勢生有效的氣隙磁勢 和磁場和磁場 。 換句話說，與空載運行相比，同步電機

8、負載后的氣隙磁場將發(fā)換句話說，與空載運行相比，同步電機負載后的氣隙磁場將發(fā) 生改變，這一變化是由電樞磁勢引起的。通常，把定子電樞磁勢對生改變，這一變化是由電樞磁勢引起的。通常，把定子電樞磁勢對 主磁場的影響稱為主磁場的影響稱為電樞反應電樞反應。 a F a B f F 0 B F B 第11頁/共45頁 相應于電樞反應的磁勢又稱為電樞反應磁勢電樞反應磁勢，其大小可以表示為： a w a I p kNm F 111 9 . 0 2 （8-4） 既然勵磁磁勢 和電樞磁勢 均以同步速旋轉，兩者相對靜止，因而可以相互疊加共同產生氣隙磁勢 。于是，氣隙磁勢可以表示為： af FFF f F a F F

9、（8-5） 電樞磁勢 對主磁勢 的影響結果取決于 與 之間的空間相對位置，即 與 之間的夾角 （又稱為內功率因數(shù)角內功率因數(shù)角）。下面僅以同步發(fā)電機為例對電樞磁勢 對主磁勢 的影響結果討論如下： a F f Fa F f F 0 E a I a F f F a、當、當 與與 同相（即同相（即 ）時）時 a I 0 E 0 圖8.7給出了當 與 同相時的時-空相量圖。 a I 0 E 第12頁/共45頁 圖8.7 與 同相時的時空相量圖a I 0 E 由圖8.7可見： 與 空間上相互垂直，此時電樞反應表現(xiàn)為交磁作用交磁作用。由于電樞磁勢 沿交軸（即q軸）方向，相應的電樞反應又稱為交軸電樞反應交軸

10、電樞反應。此時， 一般用 來表示。 a F f F a F a F aq F F f F 交軸電樞反應使得氣隙合成磁勢 的幅值有所增加，相位滯后于 一定角度。 第13頁/共45頁 b、當、當 滯后滯后 （即（即 ）時）時a I 0 E 90 圖8.8給出了 滯后于 時的時空向量圖。 a I 0 E 90 圖8.8 滯后于 時的時空相量圖 a I 0 E 由圖8.8可見： 與 方向相反，導致合成氣隙磁場削弱，電樞反應表現(xiàn)為去磁作用去磁作用。由于電樞反應沿d 軸方向，相應的電樞反應又稱為直軸電樞反應直軸電樞反應。此時， 一般用 來表示。 a F f F a F ad F 直軸電樞反應對同步電機的運

11、行特性有較大影響。 c、當、當 超前超前 （即（即 ）時）時a I 0 E 90 90 90 圖8.9給出了 超前于 時的時空相量圖。 a I 0 E 第14頁/共45頁 圖8.9 超前于 時的時空相量圖a I 0 E 由圖8.9可見： 與 方向相同，導致合成氣隙磁場加強。此時，電樞反應表現(xiàn)為助磁作用助磁作用。由于電樞反應沿d軸方向，相應的電樞反應仍為直軸電樞反應直軸電樞反應。a F f F c、當、當 滯后于滯后于 角（即一般情況）時角（即一般情況）時 a I 0 E 圖8.10給出了 滯后于 角時的時空向量圖。 a I 0 E 圖8.10 滯后于 角時的時空相量圖 a I 0 E 第15頁

12、/共45頁 由圖8.10可見：此時， 對 的影響既包括交磁作用交磁作用又包括去磁作用去磁作用。對于這種電樞反應磁勢 ，通常采用雙反應理論雙反應理論將其分解為直軸電樞反應磁勢直軸電樞反應磁勢 和交軸電樞反應磁勢交軸電樞反應磁勢 兩個分量，然后再對這兩個磁勢分量分別作用于直軸和交軸磁路所產生的磁場情況進行討論。 a F f F a F ad F aq F 于是，電樞磁勢 可表示為： a F aqada FFF （8-6） cos sin aaq aad FF FF 其中， （8-7） 相應的電流分量為： qda III cos sin aq ad II II 其中， 對于同步電動機，分析電樞反應的

13、影響時，應首先將電樞電流反向，由反向電流產生正向電樞反應磁勢，然后再采取與上述過程進行分析。 第16頁/共45頁 C、三相同步電機負載后的電磁關系、三相同步電機負載后的電磁關系 a a、隱極式同步發(fā)電機、隱極式同步發(fā)電機 根據(jù)上一節(jié)的分析，隱極式同步發(fā)電機負載后的電磁關系可總結為： 上述關系中， 為定子每相繞組的電阻； 、 分別表示電樞反應磁通和定子漏磁通； 、 分別為相應的磁通 和 在定子繞組內所感應的相電勢。當不計磁路飽和時，電樞反應電勢 可表示為： ，且 滯后于 （或 ）。于是， 可用下列關系表示為： a r a a E E a a E aaaa IFE a E a I a a E aa

14、a IjxE （8-10） 式中， 為電樞反應電抗電樞反應電抗，它反映了電樞反應磁通 所經過的磁路情況。a x a 漏電勢 可用漏電抗表示為： a IjxE 其中， 反映了定子漏磁路的情況。 E 1 x 第17頁/共45頁 b b、凸極式同步發(fā)電機、凸極式同步發(fā)電機 根據(jù)上一節(jié)內容，凸極式同步發(fā)電機負載后的電磁關系可總結為： 上述關系中， 、 分別表示直軸電樞反應磁通和交軸電樞反應磁通； 、 分別為相應的磁通 和 在定子繞組內所感應的電勢。 當不計磁路飽和時，直軸電樞反應電勢 可表示為： ；交軸電樞反應電勢 可表示為： 。 ad aq ad E aq E ad aq ad E dadadad

15、IFE aq E qaqaqaq IFE 于是 和 可分別用下式表示為： ad E aq E qaqaq dadad IjxE IjxE （8-11） 式中， 為直軸電樞反應電抗直軸電樞反應電抗； 為交軸電樞反應電抗交軸電樞反應電抗。它們分別反映了直軸電樞反應磁通 和交軸電樞反應磁通 所經過的磁路情況。 ad x aq x ad aq 第18頁/共45頁 A、隱極式同步電機的基本方程式、等值電路與、隱極式同步電機的基本方程式、等值電路與 相量圖相量圖 a a、隱極式同步發(fā)電機、隱極式同步發(fā)電機 圖8.11 同步發(fā)電機各物理量正方向的假定 假定正方向如圖8.11所示（由于電功率趨向于流出電機，故

16、又稱為發(fā)電機慣例發(fā)電機慣例），利用上一節(jié)介紹的電磁過程，由基爾霍夫電壓定律（KVL）得： UrIEEE aaa 0 第19頁/共45頁 將式（8-10）和漏電勢 的表達式代入上式得： E ataa aaaa aaaaa IjxIrU IxxjIrU IjxIjxIrUE )( 0 （8-12） 式中， 又稱為隱極式同步電機的同步電抗同步電抗。它綜合反映了電樞反應磁通和電樞漏磁通所經過的磁路情況。a t xxx 根據(jù)式（8-12）繪出隱極式同步發(fā)電機的相量圖和等效電路如圖8.12所示。 圖8.12 隱極式同步發(fā)電機的相量圖和等效電路 圖中， 與 之間的夾角 又稱為功率角功率角。它是同步電機的一個

17、很重要的物理量。 0 E U 第20頁/共45頁 b b、隱極式同步電動機、隱極式同步電動機 圖8.13 同步電動機各物理量正方向的假定 假定各物理量的正方向如圖8.13所示（由于電功率趨向于流入電機，故又稱為電動機慣例電動機慣例），很顯然，與圖8.12相比較，僅電樞電流方向發(fā)生改變。為此，只需改變同步發(fā)電機基本方程式（8-12）中電流 的方向便可獲得隱極式同步電動機的基本方程式。 于是有： a I )()( 0ataa IjxIrUE 即： ataa IjxIrEU 0 （8-13） 根據(jù)式（8-13），繪出隱極式同步電動機的矢量圖和等效電路如圖8.14所示。 第21頁/共45頁 圖8.14

18、 隱極式同步電動機的相量圖和等效電路 一般結論：一般結論： 對于同步發(fā)電機和同步電動機，其功率角對于同步發(fā)電機和同步電動機，其功率角 有所不同。有所不同。 前者前者 超前于超前于 角角（見圖8.12b）；后者；后者 滯后于滯后于 角角（見 圖8.14b）。 0 E U 0 E U 第22頁/共45頁 B、凸極式同步電機的基本方程式、等值電路與、凸極式同步電機的基本方程式、等值電路與 相量圖相量圖 a a、凸極式同步發(fā)電機、凸極式同步發(fā)電機 根據(jù)上一節(jié)介紹的電磁過程，并參考圖8.11的正方向假定，由基爾霍夫電壓定律（KVL）得： UrIEEEE aaaqad 0 將式（8-8）、（8-11）以及

19、漏電勢 的表達式代入上式得： E qqddaa qaqdadaa qaqdadqdaa IjxIjxIrU IxxjIxxjIrU IjxIjxIIjxIrUE )()( )( 0 （8-14） 式中， 又稱為凸極式同步電機的直軸同步電抗直軸同步電抗； 又稱為交軸同步電抗交軸同步電抗。它們分別綜合反映了直軸、交軸電樞反應磁通和電樞漏磁通所經過的磁路情況。圖8.15給出了交、直軸同步電抗物理意義的示意圖。add xxx aqq xxx 第23頁/共45頁 圖8.15 交、直軸同步電抗的物理意義 根據(jù)式（8-14）便可繪出凸極式同步發(fā)電機的相量圖如圖8.16所示。 圖8.16 凸極式同步發(fā)電機的相

20、量圖 第24頁/共45頁 b b、凸極式同步電動機、凸極式同步電動機 與隱極式同步電機一樣，對于凸極式同步電動機，只需改變凸極式同步發(fā)電機基本方程式（8-14）中的電流方向便可獲得凸極式同步電動機的基本方程式。于是有： )()()( 0qqddaa IjxIjxIrUE 即： qqddaa IjxIjxIrEU 0 （8-15） 根據(jù)式（8-15）繪出凸極式同步電動機的相量圖如圖8.17所示。 圖8.17 凸極式同步電動機的矢量圖 第25頁/共45頁 A、同步電動機的矩角特性、同步電動機的矩角特性 矩角特性矩角特性： 定子電壓定子電壓 一定、轉子外加直流勵磁電流一定、轉子外加直流勵磁電流 一定

21、條件下電磁轉矩一定條件下電磁轉矩 與功率角與功率角 之間的關系曲線，即之間的關系曲線，即 。矩角反映了負載改矩角反映了負載改 變時電磁轉矩的變化情況，它相當于三相異步電動機的變時電磁轉矩的變化情況，它相當于三相異步電動機的T-ST-S曲線曲線 （或機械特性）（或機械特性） 。 U f I em T )(fTem 在引入矩角特性之前，首先介紹一下功率流程圖和轉矩平衡方程式。 a a、同步電動機的功率流程圖、同步電動機的功率流程圖 根據(jù)等效電路（圖8.14），同步電動機定子側輸入的電功率 可表示為： 1 P emcu PpP 11 （8-16） 其中，電磁功率 可表示為： em P 022 )(p

22、PpppPP admecFeem （8-17） 第26頁/共45頁 根據(jù)上式繪出同步電動機的功率流程圖如圖8.18所示。 圖8.18 同步電動機的功率流程圖 b b、同步電動機的轉矩平衡方程式、同步電動機的轉矩平衡方程式 式（8-17）兩邊同除以同步角速度 便可獲得轉矩平衡方程式為： 1 1 0 1 2 1 pPPem 02 TTTem 即： 第27頁/共45頁 c c、同步電動機的矩角特性、同步電動機的矩角特性 矩角特性矩角特性： 矩角特性定為：矩角特性定為： ，其中，其中， 為為 與與 之間的夾角，之間的夾角， 即功率角，它相當于感應電動機的轉差率即功率角，它相當于感應電動機的轉差率s s

23、。 )(f T constU constI emf 0 E U 考慮到實際同步電機的定子電樞電阻遠小于同步電抗，故定子電樞電阻可忽略不計。于是，凸極同步電動機的相量圖（圖8.17）變?yōu)閳D8.19。 凸極式同步電動機的矩角特性凸極式同步電動機的矩角特性 圖8.19 忽略定子電阻時凸極同步電動機的相量圖 第28頁/共45頁 忽略定子繞組電阻 ，則電磁功率與輸入的電功率近似相等，于是有： a r 又由相量圖8.19得： d d q q dd qq x UE I x U I UExI UxI cos sin cos sin 00 于是，電磁功率變?yōu)椋?2sin) 11 ( 2 1 sin 20 dqd

24、 em xx mU x UmE P （8-19） 式（8-19）又稱為凸極式同步電動機的功角特性功角特性。 第29頁/共45頁 將上式兩邊同除以同步角速度 便可獲得相應的電磁轉矩為： 1 2sin) 11 ( 2 1 sin 1 2 1 0 1dqd em em xx mU x UmEP T （8-20） 式（8-20）又稱為凸極式同步電動機的矩角特性矩角特性，它可用圖8.20所示曲線表示之。 圖8.20 凸極同步電動機的矩角特性 結論：結論： 凸極式同步電動機的電磁轉矩由兩部分組成（見圖凸極式同步電動機的電磁轉矩由兩部分組成（見圖8.208.20）：一部）：一部 分為基本電磁轉矩分為基本電磁

25、轉矩 ，它是由轉子直流勵磁磁勢和定子氣隙磁場，它是由轉子直流勵磁磁勢和定子氣隙磁場 相互作用產生的；另一部分是由相互作用產生的；另一部分是由d d軸和軸和q q軸磁阻不同（又稱為軸磁阻不同（又稱為凸極效凸極效 應應）引起的附加電磁轉矩）引起的附加電磁轉矩 。 1 0 d em x UmE T 2sin) 11 ( 2 1 1 2 dq em xx mU T em T em T 基本電磁轉矩基本電磁轉矩 附加電磁轉矩附加電磁轉矩 第30頁/共45頁 附加電磁轉矩部分的物理意義可借助于圖8.21加以解釋之。 圖8.21 凸極同步電動機的磁阻轉矩 隱極式同步電動機的矩角特性隱極式同步電動機的矩角特性

26、 對于隱極式同步電動機，由于d 軸和q 軸磁阻相同，即 ，將其代入式（8-19），便可獲得隱極式同步電動機的功角特性為： tqd xxx sin 0 t em x UmE P （8-21） 第31頁/共45頁 將上式除以同步角速度 ，便可獲得隱極式同步電動機的矩角特性矩角特性為： 1 0 max 1 sinsin eme t mE U TT x （8-22） 圖8.22 隱極式同步電動機的矩角特性 d d、功率角、功率角 的物理意義的物理意義 同步電動機的矩角特性類似于異步電動機的機械特性，其中的功率角相當于異同步電動機的矩角特性類似于異步電動機的機械特性，其中的功率角相當于異 步電動機的轉差

27、率步電動機的轉差率 。同轉差率一樣，隨著負載轉矩的增加，功率角將有所增加，由矩角特性可知，電磁轉矩將相應的增加，最終電磁轉矩與負載轉矩相平衡。但同步電動機仍保持同步速運行。 s 第32頁/共45頁 同步電機的功率角同步電機的功率角 的雙重含義：的雙重含義： 從時間上看：功率角從時間上看：功率角 為定子感應電勢為定子感應電勢 與定子電壓與定子電壓 之間的夾之間的夾 角；角； 從空間上看：功率角從空間上看：功率角 為轉子勵磁磁勢為轉子勵磁磁勢 和氣隙合成磁勢和氣隙合成磁勢 （ ）之間的夾角。）之間的夾角。 其中，其中， 是由轉子勵磁磁勢是由轉子勵磁磁勢 在定子繞組中感應的電勢；而在定子繞組中感應的

28、電勢；而 可近似看作為由氣隙合成磁勢可近似看作為由氣隙合成磁勢 在定子繞組中的感應電壓。在定子繞組中的感應電壓。 0 E U f F F af FFF 0 E f FU F 同步電機的功率角的物理意義可用圖8.23所示等效磁極來表示。 圖8.23 功率角 的物理意義 第33頁/共45頁 結論：結論： 功率角功率角 的正、負是同步電機運行狀態(tài)的一個重要標的正、負是同步電機運行狀態(tài)的一個重要標 志。當同步電動機作電動機運行時，超前于志。當同步電動機作電動機運行時，超前于 功率角功率角 。 規(guī)定此時的功率角為正；當同步電動機作發(fā)電機運行時，規(guī)定此時的功率角為正；當同步電動機作發(fā)電機運行時， 滯后于滯

29、后于 功率角功率角 。此時的功率角則為負。此時的功率角則為負。 U 0 E U 0 E e e、同步電動機的穩(wěn)定運行與過載能力、同步電動機的穩(wěn)定運行與過載能力 以隱極式同步電動機為例來說明同步電動機的穩(wěn)定運行問題。 圖8.24給出了同步電動機靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定與“失步失步”概念的解釋。 圖8.24 同步電動機靜態(tài)穩(wěn)定與“失步”的解釋 由圖8.24可見，對于隱極式同步電動機，其靜態(tài)穩(wěn)定運行區(qū)域為： ；當功率角 時，同步電動機將不穩(wěn)定運行。 090 A 90180 B 第34頁/共45頁 靜態(tài)穩(wěn)定能力可用過載能力過載能力 來描述。對于隱極式同步電動機有： T max 1 sin e T NN T T

30、 （8-23） 一般情況下，隱機式同步電動機額定負載運行的功率角 ，此時 。 20 30 N 2 3 T 一般結論：一般結論： 隱極同步電動機的穩(wěn)定運行范圍是：隱極同步電動機的穩(wěn)定運行范圍是： 。超過該。超過該 范圍，同步電動機將不穩(wěn)定運行；范圍，同步電動機將不穩(wěn)定運行； 增加轉子直流勵磁電流可以提高同步電動機的過載能增加轉子直流勵磁電流可以提高同步電動機的過載能 力，進而提高電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性。力，進而提高電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 0 900 750 為確保隱極式同步電動機的可靠運行，通常?。?。 第35頁/共45頁 B、同步電動機的、同步電動機的V形曲線與功率因數(shù)的調節(jié)形曲線與功率因數(shù)的調

31、節(jié) V V形曲線：形曲線： 在在 、 以及電磁功率（或電磁轉矩以及電磁功率（或電磁轉矩 ）一定的條件）一定的條件 下，定子電樞電流下，定子電樞電流 與轉子勵磁電流與轉子勵磁電流 之間的關系曲線。之間的關系曲線。 N UU 1 N ff 1 em T a I f I V形曲線反映的是在輸出有功功率（或電磁功率）一定的條件下，定子側的電樞電流和功率因數(shù)在勵磁電流改變時的變化情況。 下面僅以隱極式同步電動機為例對其進行說明。 忽略定子銅耗、鐵耗以及轉子機械耗，于是有： 常數(shù)cossin 0 a t em ImU x UmE P 對于在無窮大電網下運行的同步電動機，即當電網的容量遠遠大于同步電動機的容

32、量，且電壓和頻率均保持不變，于是存在下列關系式： 2 10 cos sin 常數(shù) 常數(shù) I E 根據(jù)上述條件，繪出不同轉子勵磁條件下同步電動機的相量圖如圖8.27所示。 第36頁/共45頁 圖8.27 轉子直流勵磁改變時同步電動機的相量圖 定義定義: : 通常，將定子電樞電流與定子電壓同相位時的勵磁電流稱為通常，將定子電樞電流與定子電壓同相位時的勵磁電流稱為正常勵磁電流正常勵磁電流， 對應的運行狀態(tài)稱為對應的運行狀態(tài)稱為正常勵磁狀態(tài)正常勵磁狀態(tài)；超過正常勵磁電流的運行狀態(tài)稱為；超過正常勵磁電流的運行狀態(tài)稱為過勵狀過勵狀 態(tài)態(tài)；低于正常勵磁電流的運行狀態(tài)稱為；低于正常勵磁電流的運行狀態(tài)稱為欠勵狀

33、態(tài)欠勵狀態(tài)； 圖8.27分別給出了上述三種狀態(tài)下的相量圖。 第37頁/共45頁 一般結論：一般結論： 調節(jié)同步電動機的勵磁電流可以改變定子電流的無功分量和功調節(jié)同步電動機的勵磁電流可以改變定子電流的無功分量和功 率因數(shù)。正常勵磁時，同步電動機從電網全部吸收有功；欠勵時，率因數(shù)。正常勵磁時，同步電動機從電網全部吸收有功；欠勵時， 同步電動機從電網吸收滯后無功（或發(fā)出超前無功）；過勵時，同同步電動機從電網吸收滯后無功（或發(fā)出超前無功）；過勵時，同 步電動機從電網吸收超前無功（或發(fā)出滯后無功）步電動機從電網吸收超前無功（或發(fā)出滯后無功）； 若調節(jié)同步電動機的勵磁電流，使之工作在過勵狀態(tài)，則可以若調節(jié)

34、同步電動機的勵磁電流，使之工作在過勵狀態(tài)，則可以 改善同步電動機的功率因數(shù)改善同步電動機的功率因數(shù)； 若同步電動機在空載狀態(tài)下運行，且轉子處于勵磁過勵，同步若同步電動機在空載狀態(tài)下運行，且轉子處于勵磁過勵，同步 電動機可以向電網發(fā)出滯后無功（或吸收超前無功），有利于改善電動機可以向電網發(fā)出滯后無功（或吸收超前無功），有利于改善 電網的功率因數(shù)電網的功率因數(shù)（通常將工作在這一狀態(tài)下的空載同步電動機稱為“同步調相機”（或同步補償機）（見圖8.28同步調相機的相量圖）。 第38頁/共45頁 很顯然，對于輸出功率一定的同步電動機，其定子電樞電流與轉子直流勵磁電流之間的變化曲線呈“V字”形狀，V形曲線形曲線由此而得名。 圖8.29 同步電動機的V形曲線 圖8.29還同時給出了不同輸出功率（或電磁功率）下同步電動機的V形曲線。由圖可見，隨著輸出功率的增加，V形曲線上移。 此外，由圖8.27可見，當轉子直流勵磁電流 由小到大（即由欠勵正常勵