同步电机(4)同步电动机和调相机

6.4同步电动机与同步调相机§1同步电动机§2同步调相机§1同步电动机一、同步电机的可逆运行二、同步电动机的基本方程式三、同步电动机的无功调节及V形曲线四、同步电动机的起动问题及其应用同步电动机不具有自起动能力

同步电动机的电磁转矩是由定子电流建立的旋转磁场与转子磁场的相互作用而产生的，仅仅在两者相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将同步电动机转子通入直流励磁，并将定子绕组直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间有相对运动，所以不能产生恒定方向的电磁转矩，电机不能起动同步电动机不具有自起动能力在图(a)所示瞬间，电磁转矩方向倾向于拖动转子逆时针方向旋转，由于机械惯性，当转子还未转起来时，定子磁场已转了180度，达到图(b)位置，这时转子又倾向于顺时针转动，结果转子承受了一个交变的脉振转矩，其平均值为零，故电动机不能自起动，为此必须借助其它方法。

1辅助电动机起动

选用和同步电机有相同极数的异步电动机（容量为主机的5%~15%）作为辅助电机，用辅助电机带动同步电动机接近同步速，然后合主闸，并立即给同步电动机励磁，利用自整步拉入同步。也有用比同步电机极数少两极的异步电动机作为辅助电机，将主机拖到高于同步速后拉断电源，当转速降到同步速时，再将同步电动机投入电网，这样可获得更大的整步转矩。

此法的缺点是不能在负载下起动，否则要求辅助电机的容量大，增加整个机组设备投资，所以此方法现在一般不用。

2调频起动

调频起动的实质是设法改变定子旋转磁场的转速，使定、转子之间产生的电磁转矩能带动转子同步旋转，为此，起动时需要把调频电源的频率调得很低，然后逐步增加电源频率直至额定频率为止。

此方法的缺点是需要有一套变频电源，而且励磁机还要由其它电机拖动，因为并激直流发电机低速时不能产生所需的励磁电压，这种方法设备昂贵复杂，一般少用。

3异步起动

现代的同步电动机多数在转子上装有类似于异步电动机笼式绕组的起动绕组，结构与同步发电机的阻尼绕组一样，此时可采用类似于起动笼型异步电动机的方法来起动同步电动机，这是同步电动机最常用的起动方法。

3异步起动

此方法是在励磁回路串接约为励磁绕组10倍的附加电阻而构成闭合电路，然后把同步电动机定子绕组直接投入电网，使之按异步电动机起动，等到转速升到接近于同步转速时，再接入励磁电流，如图所示，为了减少起动电流，对大型同步电动机，可采用降压起动。

五、反应式同步电动机反应式同步电动机

在容量很小的同步电机中，不必装设励磁绕组，由于凸极转子的xd≠xq，就会出现凸极电磁功率和相应的电磁转矩。这种电机由于只有电枢反应磁场，所以叫做反应式同步电动机。又由于转矩是直轴和交轴磁阻不同而产生的，所以又称为磁阻同步电动机。这种电机用在各种自动和遥控装置、仪表、电钟和电影机里，其功率可从百分之一瓦到数百瓦。反应式同步电动机反应式同步电动机转矩的产生可以用图所示的简单模型来说明，图中N、S极表示电枢旋转磁场的磁极。

反应式同步电动机

图(a)是一个圆柱形隐极转子。当转子不励磁时，无论其转子直轴和电枢旋转磁场的轴线相差多大角度都不能产生切向电磁力及电磁转矩。图(b)是反应式电动机的空载情况，电机产生的电磁转矩TM≈0，于是定子旋转磁场轴线和转子磁极轴线重合，磁力线不发生扭斜，空载电流近似为I0＝U/xd，当电动机加上机械负载时，则由于转矩不平衡，转子将发生瞬时减速，于是转子直轴将落后于电枢旋转磁场轴线一个角度θ，如图(c)所示，由图可见，由于直轴磁路的磁阻较交轴的小很多，故磁力线仍由极靴处进入转子，使磁场发生扭斜，并由此产生与定子磁场转向相同的磁阻转矩和负载转矩相平衡。如果θ