第六章同步電機(jī)-課件3

1、第九節(jié) 同步電動機(jī)與同步補(bǔ)償機(jī)一、同步電動機(jī)的電壓方程和相量圖沿用發(fā)電機(jī)慣例時隱極同步電動機(jī)的相量圖1、沿用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電樞電流為正方向2、用電動機(jī)慣例，以輸入電樞電流為正方向1）隱極電機(jī)：發(fā)電機(jī)慣例電動機(jī)慣例電動機(jī)慣例隱極同步電動機(jī)相量圖和等效電路當(dāng) 超前 時， 取正值，當(dāng) 滯后 時， 取負(fù)值，當(dāng) 超前 時， 取正值，當(dāng) 滯后 時， 取負(fù)值，2）凸極同步電動機(jī)電樞反應(yīng) 超前 為去磁， 滯后 為增磁采用電動機(jī)慣例后電動機(jī)慣例凸極同步電動機(jī)的相量圖二、同步電動機(jī)的功角特性、功率方程和轉(zhuǎn)矩方程輸出轉(zhuǎn)矩 空載轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方程：從電網(wǎng)輸入電功率：采用電動機(jī)慣例，把 滯后 的功率角規(guī)定為正值

2、， 表示。三、同步電動機(jī)的工作特性3）效率特性2）電樞電流特性1）轉(zhuǎn)矩特性1、工作特性同步電動機(jī)工作特性電樞電流與輸出功率近似成正比。4）功率因數(shù)特性不同勵磁時的功率因數(shù)特性超前滯后曲線1勵磁電流較小,空載時功率因數(shù)等于1的情況；隨著負(fù)載的增加，功率因數(shù)將從1逐步下降而變?yōu)闇?。曲線2勵磁電流稍大，使半載時功率因數(shù)等于1的情況；此時輕載時功率因數(shù)將變?yōu)槌?，超過半載時功率因數(shù)滯后；曲線3勵磁電流更大，使?jié)M載時功率因數(shù)等于1的情況。改變勵磁電流，可使電動機(jī)在任一特定負(fù)載下的功率因數(shù)達(dá)到1，甚至變成超前。2、有功功率、端電壓不變電樞電流與勵磁電流關(guān)系電樞電阻和磁飽和忽略不計，調(diào)勵磁前后輸出功率不變

3、,則有： 若 時勵磁為正常勵磁，則增大勵磁，電樞電流增大且超前，電機(jī)輸入超前的無功功率，發(fā)出滯后的無功功率。減小勵磁，電樞電流增大且滯后，電機(jī)輸入滯后的無功功率。恒功率、變勵磁時隱極同步電動機(jī)的相量圖 調(diào)節(jié)勵磁電流可調(diào)節(jié)電動機(jī)的無功電流和功率因數(shù)。同步電動機(jī)的V形曲線正常激勵欠勵過勵滯后超前穩(wěn)定極限V形曲線最低點為正常勵磁、 的工作點；其右側(cè)為過勵狀態(tài)，功率因數(shù)超前；左側(cè)為欠勵狀態(tài)，功率因數(shù)滯后。三種勵磁電流情況下，只有正常勵磁時，定子電流為最小，過勵或欠勵時，定子電流都會增大。當(dāng)電機(jī)帶有不同的負(fù)載時，對應(yīng)一組V型曲線，輸出功率越大，在相同的勵磁電流條件下，定子電流增大，所得V型曲線往右上方移

4、。對每條V型曲線，定子電流有一最小值，這時定子僅從電網(wǎng)吸收有功功率，功率因數(shù)它微微向右傾斜，說明輸出為純有功時，輸出功率增大的同時，必須相應(yīng)的增加一些勵磁電流。3、V形曲線：不同有功功率時電樞電流和勵磁電流的關(guān)系曲線。四、同步電動機(jī)的起動分析：若直接將靜止不動的同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵磁，而在定子三相電樞繞組通入三相交流電，在氣隙中將有勵磁磁場（恒定不變）和電樞磁場（旋轉(zhuǎn)）同時存在，當(dāng)電樞磁場超前勵磁磁場時，將拖動勵磁磁場轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)子存在著慣性，而電樞磁場轉(zhuǎn)速又很快，在180內(nèi)電樞磁場不能及時將轉(zhuǎn)子拉入同步，而超過180后，電樞磁場與勵磁磁場的相互作用力變成斥力，于是在一個周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均

5、值為零。因此，同步電動機(jī)不能直接起動。 同步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子上裝有類似異步電動機(jī)籠型繞組的起動繞組。先將同步機(jī)異步起動,待轉(zhuǎn)速到接近同步速時投入勵磁,電機(jī)牽入同步。3、異步起動 選用和同步電機(jī)極數(shù)相同的異步電機(jī)（515P2N）來拖動同步電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時用自整步法牽入同步。2、輔助電動機(jī)起動1、變頻起動 用變頻器從零頻率開始變頻起動,當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步頻率轉(zhuǎn)速時,將電動機(jī)投入工頻網(wǎng)。異步起動的過程：3）將勵磁繞組與直流勵磁電源接通，旋轉(zhuǎn)磁場將轉(zhuǎn)子牽入同步。1）用電阻短接轉(zhuǎn)子上勵磁繞組。2）定子繞組接通電源，異步起動轉(zhuǎn)速至 。異步起動法電機(jī)的結(jié)構(gòu)有所變化：電機(jī)的主極極靴上設(shè)有起動繞組相當(dāng)

6、于感應(yīng)電機(jī)的鼠籠繞組異步起動方法：起動時，先把勵磁繞組通過電阻短接，然后把定子繞組接到三相交流電網(wǎng)依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的異步電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)便能轉(zhuǎn)起來，待轉(zhuǎn)速上升到接近于同步轉(zhuǎn)速時，再將勵磁電流接入勵磁繞組，使轉(zhuǎn)子建立主極磁場。此時依靠定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用所產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩，再加上由于凸極效應(yīng)所引起的磁阻轉(zhuǎn)矩，便可將轉(zhuǎn)子牽入同步起動方法1:異步起動法磁阻轉(zhuǎn)矩是因為交直軸磁阻不同,磁力線總是趨向磁阻更小的回路閉合造成的, 電機(jī)轉(zhuǎn)子會受到一個朝向磁阻小的方向一個力，我們稱之為磁阻轉(zhuǎn)矩。 “牽入同步”自耦變壓器籠形起動繞組運行起動異步起動時的線路圖異步起動過程包括兩個階段：“異

7、步起動”在“異步起動”階段1、要求起動轉(zhuǎn)矩Tst大2、要求牽入轉(zhuǎn)矩Tpi大牽入轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)速達(dá)到0.95ns（即轉(zhuǎn)差率s=0.05）時，起動繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩值此時通常選用與同步電動機(jī)極數(shù)相同的感應(yīng)電動機(jī)作為輔助電動機(jī)其他起動方法在具有三相變頻電源的場合 ，亦可以采用變頻起動法。同步電動機(jī)亦可以用其他的輔助電動機(jī)拖動而起動當(dāng)輔助電機(jī)把主機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速時，再用自整步法把主機(jī)投入電網(wǎng)(1)起動時，加上勵磁，把變頻電源輸出頻率調(diào)的很低，依靠定轉(zhuǎn)子磁場之間的相互作用產(chǎn)生同步電磁轉(zhuǎn)矩，起動電機(jī)；并在很低的同步轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。變頻器(2)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，使定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速逐步加快，一直到額定

8、轉(zhuǎn)速(3)切除變頻器9.5同步補(bǔ)償機(jī)根據(jù)調(diào)節(jié)勵磁即可調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的無功電流和功率因數(shù)這一特點，可專門設(shè)計一種用以改變電網(wǎng)功率因數(shù)、不帶任何機(jī)械負(fù)載的同步電機(jī)，這種電機(jī)稱為同步補(bǔ)償機(jī)（亦稱為同步調(diào)相機(jī)）同步補(bǔ)償機(jī)的原理 同步補(bǔ)償機(jī)可以看作為空載運行的同步電動機(jī)。在正常勵磁時，補(bǔ)償機(jī)的電樞電流極小，接近于零。過勵時，補(bǔ)償機(jī)能從電網(wǎng)吸收超前的無功電流；欠勵時，則從電網(wǎng)吸取滯后的無功電流。電力系統(tǒng)的大部分負(fù)載為感應(yīng)電動機(jī)和變壓器，它們要從電網(wǎng)中吸取一定的滯后無功電流來建立其主磁場和漏磁場，致使整個電網(wǎng)的功率因數(shù)降低,線路壓降和銅耗增大電站中同步發(fā)電機(jī)的容量便不能充分利用如果在電網(wǎng)的受電端裝設(shè)同步補(bǔ)償機(jī)，使之從電網(wǎng)吸收超前的無功電流，以補(bǔ)償感性負(fù)載所需的滯后無功電流，則電網(wǎng)的功率因數(shù)就可以得到改善ia為感應(yīng)電動機(jī)從電網(wǎng)吸取的滯后無功電流ic為同步補(bǔ)償機(jī)從電網(wǎng)吸取的超前無功電流i為線路電流，i=ia+