同步电动机和同步调相机

1、6.5 同步电动机和同步调相机同步电动机和同步调相机 教学要求：教学要求：1了解同步电动机的优缺点了解同步电动机的优缺点2熟悉同步补偿机的用途熟悉同步补偿机的用途一、概述一、概述大功率同步电动机与同容量的异步电动机相比，同大功率同步电动机与同容量的异步电动机相比，同步电动机的步电动机的功率因数高功率因数高，在运行时，不仅不使电网，在运行时，不仅不使电网的功率因数降低，而且能够改善电网的功率因数。的功率因数降低，而且能够改善电网的功率因数。同步电动机一般都作成同步电动机一般都作成凸极式凸极式的，为了能够自起动，的，为了能够自起动，在转子磁极的极靴上装起动绕组。在转子磁极的极靴上装起动绕组。同步电

2、动机不带机械负载运行时，可以作为同步补同步电动机不带机械负载运行时，可以作为同步补偿机使用，它可以改善电网的功率因数，调整电网偿机使用，它可以改善电网的功率因数，调整电网的电压。的电压。 二、二、 同步电动机的运行原理同步电动机的运行原理 1、同步电动机运行的可逆原理、同步电动机运行的可逆原理 结论：同步电机以结论：同步电机以 角的正负判断电机的运行状态。角的正负判断电机的运行状态。 发电机：发电机： 超前与超前与 ， 为正为正 电动机：电动机： 滞后与滞后与 ， 为负为负 0E0EUUU 电动机过励运行状态电动机过励运行状态 (按发电机规则按发电机规则)发电机过励运行状态发电机过励运行状态(

3、按发电机规则按发电机规则). .I. .URajIXjIXt t. .E0. .I. .I. .UjIXjIXt t. .E0 2、同步电动机的基本方程式、相量图和、同步电动机的基本方程式、相量图和 功功 率平衡关系率平衡关系按发电机惯例，按发电机惯例， P Pemem、 为负，为负，90900 0，相量图对相量图对分析不方便。分析不方便。采用采用电动机惯例电动机惯例，将发电机惯例的电流方向改变，将发电机惯例的电流方向改变即可，此时电流超前于电压，即可，此时电流超前于电压，P Pemem、 为正，为正，输入输入电功率和所产生的电磁功率电功率和所产生的电磁功率为正为正. . 电动机过励运行状态电

4、动机过励运行状态 (按发电机按发电机惯例惯例). .I. .UjIXjIXt t. .E0 电动机过励运行状态电动机过励运行状态 (按按电动动机惯例惯例). .I. .UjIXjIXt t. .E0 )jXR( IE)jXjXR( IEUta0aa0 按按电动动机惯例惯例隐极机：隐极机：凸极机：凸极机：)jXR( IE)jXjXR( IEUta0aa0 0)addqqUEIRjI XjI X电磁转矩：电磁转矩：3 3、功角特性与功率、功角特性与功率平衡平衡功角特性：功角特性： 0sinemtUEPmX2011sin()sin22emdqdUEmUPmXXX 2sin)X1X1(2mUsinXU

5、Em1Tdq2d0 电网主要电网主要负载为异步电动机、变压器，负载为异步电动机、变压器，为感为感性负载性负载，需吸收感性无功，使电网功率因数下降，需吸收感性无功，使电网功率因数下降，线路压降和损耗增大，发电设备的利用率和效率线路压降和损耗增大，发电设备的利用率和效率降低。降低。 在适当地点在适当地点装上调相机装上调相机，吸收容性无功，吸收容性无功，发发出感性无功出感性无功，可显著提高电力系统的经济性与供，可显著提高电力系统的经济性与供电质量。电质量。 三、调相机三、调相机 不带机械负载的同步电动机不带机械负载的同步电动机。它利用同步电。它利用同步电动机改变励磁可以调节功率因数的原理并联运行动机

6、改变励磁可以调节功率因数的原理并联运行于电网上。其吸收的有功功率仅供给电机本身的于电网上。其吸收的有功功率仅供给电机本身的损耗，总是在接近于零电磁功率和零功率因数的损耗，总是在接近于零电磁功率和零功率因数的情况下运行。情况下运行。1、两种运行方式、两种运行方式(1) 过励：过励： 为过励时，为过励时， 领先于领先于 ，吸收容性无，吸收容性无功功率，即发出感性无功功率。功功率，即发出感性无功功率。(按照电动机惯例按照电动机惯例)(2) 欠励：欠励： 落后于落后于 ，吸收感性无功功率。，吸收感性无功功率。(按照按照电动机惯例电动机惯例)IUIU按照发电机惯例画出空载、过励、欠励时按照发电机惯例画出

7、空载、过励、欠励时-空矢量图空矢量图如下：如下：2、用途、用途 (受控补偿受控补偿) (2) 当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈现较大的当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈现较大的电容作用，使受端电网电压升高，此时同步补偿机电容作用，使受端电网电压升高，此时同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中多余的无功功率。应运行在欠励状态，吸收电网中多余的无功功率。(1) 当负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机当负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机应过励运行应过励运行.3、中间补偿、中间补偿 （3）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。),(sin) 1

8、(02UPXUEmPPem（4）中间加补偿机相当于线路的）中间加补偿机相当于线路的 减小，提减小，提高了稳定性或增加输出。高了稳定性或增加输出。 X（2）当）当 时对稳定有利，因为时对稳定有利，因为 ， 角减小，角减小，稳定提高。稳定提高。 X XUE0 4、特点、特点(1) 因不带机械负载，补偿机转轴可以比细因不带机械负载，补偿机转轴可以比细.(2) 由于没有稳定问题，由于没有稳定问题，Xt可较大，使得气隙较小，可较大，使得气隙较小， 励磁也较小，转子用铜量少励磁也较小，转子用铜量少.(3) 额定容量对应过励而言额定容量对应过励而言.(4) 也存在起动问题，一般利用异步起动，加起也存在起动问

9、题，一般利用异步起动，加起动绕组动绕组。5、说明、说明(1) 水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行(2) 在同时有水轮机和汽轮发电机的电网，丰水期在同时有水轮机和汽轮发电机的电网，丰水期间，水轮发电机发有功功率，汽轮发电机作调相间，水轮发电机发有功功率，汽轮发电机作调相机运行。机运行。 三、同步电动机的稳定性及过载能力三、同步电动机的稳定性及过载能力电动机运行稳定性与发电机类似电动机运行稳定性与发电机类似。稳定稳定不稳定不稳定0emdTd0emdTd过载能力：过载能力： k kM M=P=Pemmaxemmax/P/PN N=1/sin=1/sin

10、N N滞后滞后(吸收滞后无功吸收滞后无功)超前超前(吸收超前无功吸收超前无功)四、同步电机的起动四、同步电机的起动 同步电动机同步电动机自起动转距为零自起动转距为零。 将静止的同步电动机加励磁电将静止的同步电动机加励磁电流后直接投入电网，定子旋流后直接投入电网，定子旋转磁场以同步转速相对于转转磁场以同步转速相对于转子磁场运动，转子承受交的子磁场运动，转子承受交的脉振转矩脉振转矩，平均值为零。同，平均值为零。同步电动机步电动机不能自行启动。不能自行启动。A AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AZA AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AZA AX XB BCYA A

11、X XB BCYSaNa+AA AX XB BCYA AX XB BCYSaNaA AX XB BCYA AX XB BCYSaNa+AZNS 采用感应电动机工作原理采用感应电动机工作原理. .在转子极靴上在转子极靴上加装起加装起动绕组动绕组（发电机称为阻尼绕组），起动时，励磁绕（发电机称为阻尼绕组），起动时，励磁绕组不能开路（以免产生过大的感应电势，击穿绝缘组不能开路（以免产生过大的感应电势，击穿绝缘），亦不能直接短路（对起动不利），需串入阻值），亦不能直接短路（对起动不利），需串入阻值约为约为1010倍的电阻。倍的电阻。 定子接通电源，能产生异步转矩，并不断加速定子接通电源，能产生异步转矩

12、，并不断加速接近同步速，接近同步速，加入直流励磁，进入同步电机运行状加入直流励磁，进入同步电机运行状态。态。解决方法：解决方法：1、异步起动、异步起动:2 2变频起动：变频起动： 起动时定子电流频率起动时定子电流频率f1较低，较低，n1定子同步转速定子同步转速 也较低，使平均电磁转距不为零。也较低，使平均电磁转距不为零。n起动时，定子电源不是直接电网，而是起动时，定子电源不是直接电网，而是由由变频电源变频电源供电。供电。n开始启动，转子绕组开始启动，转子绕组加励磁加励磁，且定子电，且定子电源源频率尽量调低频率尽量调低，使转子启动旋转，然，使转子启动旋转，然后上调定子电源频率至额定频率，则转后上调定子电源频率至额定频率，则转子转速将随定子旋转磁场的转速上升而子转速将随定子旋转磁场的转速上升而同步上升，直到额定转速。同步上升，直到额定转速。3、辅助电动机起动、辅助电动机起动:n选于同步电动机极数相同的选于同步电动机极数相同的异步电动机异步电动机作辅助电动机作辅助电动机。先用辅助电动机将主机。先用辅助电动机将主机拖动至接近于同步转速，然后用自整步拖动至接近于同步转