第11章-同步电动机分析课件

目录第一节12第二节第11章同步电动机11.1同步电动机的运行分析

同步电机运行的可逆原理

发电机负载运行工况励磁磁动势Ff1超前气隙磁通密度B；超前，

＞0，Pem＞0；T1＝T＋T0。同步电机运行的可逆原理空载运行：发电机状态电动机状态负载时减小T1空载

＝0，Pem＝0；T1＝T0。发电机状态电动机状态T1＝0电动机空载

≈0(＜0)，Pem＝p0

；T＝T0。采用发电机惯例同步电机运行的可逆原理负载运行——电动机状态在转轴上带上机械负载，转子减速，的绝对值增大；滞后，＜0，Pem

＜0；

90＜＜180，P2＜0；

T＝T2＋T0。T2为电动机的输出转矩，其大小等于负载转矩TL。采用发电机惯例同步电机运行的可逆原理负载运行——电动机状态电机向电网发出感性无功功率，为过励状态

。采用发电机惯例同步电机运行的可逆原理负载运行——电动机状态采用发电机惯例电机向电网发出无功功率为零，为正常励磁状态

。同步电机运行的可逆原理负载运行——电动机状态采用发电机惯例电机向电网吸收感性无功功率，为欠励状态

。同步电机运行的可逆原理可逆原理一台电机在一定条件下可以作为发电机运行，在另一种条件下可以作为电动机运行。根据功角的正负。如何判断一台同步电机的运行状态？采用发电机惯例时，

超前，＞0，Pem

＞

0——发电机状态

滞后，＜0，Pem

＜0——电动机状态同步电动机的运行分析按发电机惯例：Pem<0，表示电网吸收电功率转换为机械功率。

超前，

<0，P1＝mUIcos<0，表示电枢输出的有功功率为负。即从电网输入电功率给电机电磁转矩拖动机械负载，通过转轴向负载输出机械功率，同步电机运行在电动状态。>900同步电动机的运行分析在电动机状态，采用发电机惯例，则

＜0，＞90，不方便。因此改用电动机惯例。电流参考方向反向2.同步电动机的运行分析电动势相量图按电动机惯例：凸极电动机隐极电动机Pem＞0，表示电功率转换为机械功率。

超前，

＞0，P1＝mUIcos＞0，表示输入电功率。2.同步电动机的电压关系电压方程式隐极同步电动机凸极同步电动机采用电动机惯例电动机惯例同步电动机的运行分析电动势相量图按电动机惯例：＞0，表示I超前U，为过励状态。Q＝mUIsin＜0，表示吸收电容性（发出电感性）无功功率。P1＝mUIcos＞0同步电动机的运行分析电动势相量图按电动机惯例：Q＝mUIsin=0，表示无功功率为零。=0，表示I与U同相，为正常励磁状态。P1＝mUIcos＞0同步电动机的运行分析电动势相量图按电动机惯例：Q＝mUIsin>0，表示发出电容性（吸收电感性）无功功率。<0，表示I滞后U，为欠励状态。P1＝mUIcos＞03.同步电动机的功率关系功率平衡关系P1为电动机的输入功率（电功率），P1＝mUIcosP1＝Pem

+

pCuPem

＝P2+p0功率流程图P2为电动机的输出功率（机械功率)，

P2＝T2＝TLpCu、p0分别为电动机的铜耗和空载损耗。3.同步电动机的转矩关系转矩平衡关系以转矩的实际方向作为其参考方向。T

为电磁转矩（拖动转矩），T0为空载转矩，T

＝TL

+T0＝T2

+T0T2为发电机的输出转矩，等于转轴上拖动的机械负载转矩TL

，

(1)有功功率调节——功角特性

4.同步电动机的功率调节隐极同步电动机凸极同步电动机当同步电机接在电源上，认为电源电压以及频率都不变。另外让电机拖动的有功负载也为常数，即改变它的励磁电流，就能调节它的功率因数。忽略电动机的各种损耗。同步电机的负载不变，是指电机转轴输出的转矩T2不变，忽略空载转矩，有T=T2，当T2不变时，可认为电磁转矩T也不变。(2)无功功率功率调节根据，由于电源电压、频率以及电机的同步电抗等都是常数，上式中当改变励磁电流If时，电动势E0的大小要跟随变化，但必须满足上式的关系。(2)无功功率功率调节

当负载转矩T不变时，电动机的输入功率P1不变（忽略电机各种损耗），于是：在电压U不变的条件下，必有即电动机定子边的有功电流，应维持不变。图画出三种不同励磁电流及对应的电动势的相量图。其中所以根据ÙĖ0İjİxtÙĖ0İqİjİxtÙĖ0İqİjİxt

从图看出，当改变励磁电流If时，同步电动机的功率因数变化的规律如下:(1)当改变励磁电流If时,使定子电流与同相，称为正常励磁状态，此时同步电动机只从电网吸收有功功率。

(2)当励磁电流比正常励磁电流小时，称为欠励状态，这时，定子电流落后角，此时电机除吸收有功功率外还吸收滞后性无功功率。此时运行的同步电动机类似电阻、电感负载。

(3)当励磁电流比正常励磁电流大时，称为过励状态，这时，定子电流领先角，此时电机除吸收有功功率外还吸收领先无功功率。此时运行的同步电动机类似电阻、电容负载。

总之，当改变同步电动机的励磁电流时，能够改变它的功率因数，这点三相异步电动机是办不到的。所以同步电动机拖动负载运行时，一般要过励，至少运行在正常励磁状态下，不会让它运行在欠励状态。

当改变同步电动机的励磁电流时，只有正常励磁时，定子电流为最小，过励或欠励时，定子电流都会增大。把定子电流I的大小与励磁电流If大小的关系如图所示。图中定子电流变化规律像U字型，故称为U型曲线。当电动机带有不同的负载时，对应有一组U型曲线如图所示。输出功率越大，在相同的励磁电流条件下，定子电流增大，所以U型曲线往右上方移。图中各条U型曲线对应的功率为

2.U型曲线超前滞后2.U型曲线对每条U型曲线，定子电流有一最小值，这时定子仅从电网吸收有功功率，功率因数。在线的左边是欠励区，右边是过励区。当同步电动机带有一定负载时，减小励磁电流，电动势减小，与成正比，当小到一定程度，超过900，电动机就失去同步，如图中虚线所示的不稳定区。2.U型曲线总结：同步电动机的磁场由定子边电枢反应磁通势和转子边励磁磁通势共同建立的。因此（1）转子边欠励时，定子边需要从电源输入滞后的无功功率建立磁场，定子边便呈滞后性功率因数。（2）转子边正常励磁，不需要定子边提供无功功率，定子边便呈电阻性，。（3）转子边过励时，定子边反而要吸收领先型无功功率，定子边便呈领先型的功率因数。

同步电动机功率因数呈电感性还是电阻性还是电容性，完全可以人为地调节励磁电流改变励磁磁通势大小来改变。11.2同步电动机的起动同步电动机存在起动问题同步电动机依靠定、转子磁场相互作用而产生电磁转矩。只有在二者相对静止时，才能产生平均电磁转矩。起动：电动机从静止加速到稳定的工作转速的过程。起动时，因转子有机械惯性，作用在转子上的电磁转矩是交变的，平均值为零。故同步电动机不能直接起动。同步电动机的起动同步电动机常用的起动方法辅助动力起动变频起动异步起动异步起动原理线路图同步补偿机不带任何负载，专门设计用来改善电网功率因数的同步电动机称为同步补偿机（也称为同步调相机）同步调相机的原理相当于空载运行的同步电动机。它的V形曲线，是输出功率P2=0

的曲线在正常励磁时，同步补偿机定子电流极小，接近于零。过励时，同步补偿机从电网吸收超前的无功电流。欠励时，则从电网吸收滞后的无功电流。因此，只要调节励磁电流，就能灵活地调节电网的无功电流的大小，则电网的功率因数就可以得到改善。同步补偿机可根据负载性质的不同，运行在过励或欠励状态当电网给许多感性负载（异步电动机、变压器、交流电焊机等），如图a所示同步补偿机运行在过励状态。设感性负载从电网吸收滞后的无功电流，而此时，补偿机从电网吸收超前的无功电流，则线路电流为用同步补偿机改善电网的功率因数1、同步补偿机补偿作用

从b向量图可见，补偿了滞后的无功电流，如图为理想状态，与同相，功率因数得到提高。用发电机观点分析时，可以认为感性负载所需的滞后无功电流，是由过励的同步补偿机直接供给的，从而避免了无功电流的远程输送，改善了电网的功率因数。为此，同步补偿机也可称为无功发电机。

当输电线路较长，为了保持受电端电压稳定运行，可在受电端装有自动调节励磁的同步补偿机。使它在线路重载时（感性负载），过励运行，抵消滞后的无功电流，减少线路电压降低。线路轻载时，欠励运行，抵消输电线路本身电容电流，减小线路电压升高。达到各种运行条件下，保持受电端电压基本不变。2、同步补偿机的额定容量和结构特点同步补偿机的额定容量按过励时能保持的无功电流来确定，其容量受过励励磁电流在励磁绕组中产生的温升限制，因而欠励运行的容量只有过励容量的0.5-0.65倍。同步补偿机容量从1000-50000KVA，转速从750-1500r/min。容量较大用低速，容量较小采用高速。2、同步补偿机的额定容量和结构特点