同步電機功率及運行特性

1、四、同步電動機功率關系四、同步電動機功率關系運行特性運行特性1.功率關系n同步電動機從電源吸收的有功功率n除去消耗于定子繞組的銅損耗n就轉變?yōu)殡姶殴β?3cosPUI2113CupI RemP從電磁功率Pem中再扣除鐵損耗pFe和機械損耗pmec后，轉變?yōu)闄C械功率P2輸出給負載 2emFemecPppP其中鐵損耗pFe和機械損耗pmec之和成為空載損耗p00Femecpppn功率流圖21113CupI R0Femecppp1PemP2P同步電動機功率流圖凸極電機的向量圖凸極電機的向量圖2.運行特性n工作特性 ,NfUUIC2()emTf P2()If P2()nf P2()f P2cos()f

2、 Pn機械特性 ,NfUUIC()emnf T工作特性揭示同步電動機的特性是不足的，因為不僅調(diào)節(jié)輸出功率可以改變同步電動機的運行情況，調(diào)節(jié)勵磁電流也可以改變。n勵磁電流大小和有功功率作為參數(shù)來分析同步電動機的特性n（1）勵磁電流If = C，輸出有功功率變化功角特性功角特性n（2）有功功率不變時，改變 If 對電樞電流I及功率因數(shù)的影響V形曲線形曲線n勵磁和電動機電動勢的關系: （前述）n同步電動機的電動勢方程: （前述）n同步電動機的有功功率： (1) 有功功率方程：2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUmEP的雙重物理含義：勵磁電動勢 與定子所加相電壓 之間的 夾角（時間電角度

3、）勵磁磁動勢 與氣隙合成磁動勢 之間的 夾角（空間電角度）0EUfFFfaFFF功角功角意義的圖示意義的圖示A A：0fFFaIaF0EaEaEUNSF NSFf T1 nTem n1 功角功角意義的圖示意義的圖示B B功角是轉子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角忽略同步電動機定子電阻Ra上的損耗13cosemPPUI從相量圖中可知，00EIUE為與 之間的夾角， 為與之間的夾角3cos3cos()3coscos3sinsinemPUIUIUIUI0sincoscossindqddqqIIIII XEUI XU020203cos3cos()3coscos3sinsin3cos3sin(cos

4、 )sin3cos3sin113sin3()cossin113sin3()sin 22emqdqddqddqdPUIUIUIUIUIUIEUUUUXXE UUXXXE UUXXXemPT 260n 20emPPp02emPpP20emTTT (2)電磁轉矩方程： (3)無功功率方程： 200011sin()sin22emdqdmE UUTmXXX20costtmE UmUQXX222011cos(cossin)ddqmE UQmUXXX（隱極電機）（凸極電機）3.功角特性n電磁功率Pem與角度呈函數(shù)關系2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUmEP3U1E0 Xd Pe = sin

5、Pe E0 ，當轉子有勵磁即 If 0 時存在。 1 XqPe = ( ) sin2 3U12 21 XdPe 是由于 Xd Xq 而引起的，與 If 是否存在無關。 結論： Pe 使 PeM。 PeM 產(chǎn)生在90o 處。 功角特性與矩角特性 不再是正弦波。 基本分量?；痉至?。 附加分量。附加分量。OPe / T 90o PeM (TM)PePen對凸極電機來講2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUmEPn對隱極電機來講OPe / TPeM (TM)0sinemtmE UPX4.矩角特性003sinemcE UTX200011sin()sin22emdqdmE UUTmXXX對隱

6、極式同步電動機，Xd=Xq=Xc03sinemcE UPX5.穩(wěn)定運行LTLT12emT0 90 穩(wěn)定運行LTemT0 90LT1emT90 1800emdTd0emdTd0emdTd判據(jù)判據(jù)：0emdPd隱極發(fā)電機的判據(jù)隱極發(fā)電機的判據(jù)：比整步功率比整步功率(kW/rad(kW/rad) )0cos0emsyntdPE UPmdx靜態(tài)穩(wěn)定： 當電網(wǎng)或原動機方面出現(xiàn)某些微小擾動時，同步發(fā)電機能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來的平衡運行狀態(tài)。額定：功角額定：功角2530n最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比，過載倍數(shù)sin 902 3.5sinmTNNTT隱極同步電動機額定運行N=3016.5 。凸極式

7、同步電動機額定運行功率角更小。 負載改變時，隨之變化，使同步電動機的電磁轉矩或電磁功率跟著變化，以達到平衡狀態(tài)。而電機的轉速卻保持同步轉速不變。0max01sinsinemtTNNNtE UmPxE UPmx6.過載倍數(shù)n例：一臺隱式同步電動機，額定電壓UN=6000V，額定電流IN=71.5A，額定功率因數(shù)cosN=0.9（超前性），定子繞組為Y接，同步電抗Xt=48.5，忽略定子電阻R1。電機額定運行時，求：n（1）空載電動勢（勵磁電動勢）E0n（2）功率角Nn（3）電磁功率Pemn（4）過載倍數(shù)T解:NN0EUNINtjI Xarccos0.925.8N(1)22022(sin)(cos

8、)3360006000(0.435971.5 48.5)(0.9)335854.3NNNNtNUUEI XV(2)先求角6000sin0.435971.5 48.533arctanarctan60000.9cos3315103467.75arctan583117.7NNNtNNUI XU5825.832.2N (3)電磁功率111.87sin0.53TN(4)過載倍數(shù)033 6000 5854.33sin0.53664.9kW348.5NemNtUEPX7.同步電機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)同步電機的重要特性：同步電機在保持輸出有功不變的情況下，可以通過勵磁電流的調(diào)節(jié)，使電機的功率因數(shù)發(fā)生變化。同步電動機

9、的V形曲線是指當電源電壓與頻率均為額定值，在輸出功率不變的條件下，調(diào)節(jié)勵磁電流If ，定子電流 I 會相應變化，繪制成的I = f (If) 曲線，形狀象“V”，故稱V形曲線。,NNUUff即(1)矢量圖矢量圖n無功功率的調(diào)節(jié)： 同步電動機可以通過勵磁電流的調(diào)節(jié)，使電機的輸出無功功率發(fā)生變化。常數(shù)cossin0mUIXUmEPtem常數(shù)常數(shù)cossin0IEtXC 同步電動機輸出有功功率P2恒定，改變勵磁電流可以調(diào)節(jié)其無功功率 “正常”勵磁時功率因數(shù)cos =1，電樞電流全部為有功電流，故數(shù)值最小 勵磁電流小于正常勵磁值(欠勵)時，電動機功率因數(shù)cos 滯后，同步電動機相當于感性負載，要從電網(wǎng)

10、吸取滯后無功。 勵磁電流大于正常勵磁值(過勵)時，電動機功率因數(shù)cos 超前，同步電動機相當于容性負載，要從電網(wǎng)吸取超前無功(2)特點特點 正常勵磁正常勵磁 當當 If = If0 時，時， I1 與與U1 同相，同相， = 1, 電機呈電阻性。電機呈電阻性。 欠勵磁欠勵磁 當當If If0時，時， I1 (I1 ) 滯后于滯后于U1， 電機呈電感性。電機呈電感性。 If ，感性程度，感性程度 。 過勵磁過勵磁 當當 If If0 時，時， 電機呈電容性，電機呈電容性， If | | ， 容性程度容性程度 。 I1 (I1) 超前于超前于U1， U1jXtI1E0 E0 aajXtI1I1 b

11、bE0 jXtI1I1 I1同步電動機的V形曲線I=f(If) ：同步電動機在有功功率恒定、勵磁電流變化時，電樞電流隨勵磁電流變化的曲線(3)V形曲線1.每一功率（負載）對應一條V形曲線2.從欠勵到正常勵磁到過勵I 有最小值3.每條曲線的最低點：cos=1， 連線向右傾斜。 4.每條曲線左邊均有不穩(wěn)定區(qū)5.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：=900， 連線向右傾斜 6、每條曲線上的電流I變化量I 為無功分量 V形曲線的幾個特點形曲線的幾個特點n異步電機 勵磁電流為定子電流的一部分，不能調(diào)節(jié)，從電網(wǎng)吸收勵磁電流，為感性，使電動機功率因數(shù)滯后，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。n同步電動機功率因數(shù)可調(diào)，可以改善電網(wǎng)的無功平衡狀況，從而提高電網(wǎng)的功率因數(shù)和運行性能及效益。n將同步電機和異步電機接入同一電網(wǎng)運行，并使同步電動機運行于過勵狀態(tài)，則電網(wǎng)同時提供容性和感性的無功電流，兩者互相補償，改善電網(wǎng)功率因數(shù)。n或者采用同步補償機，