第19章同步电动机和同步调相机2007-6-12王昊

华北电力大学电机教研室《电机学》第十九章同步电动机和同步调相机1.了解同步电动机的优缺点；教学要求：2.理解同步电动机的基本工作原理；3.熟悉同步补偿机的用途。华北电力大学电机教研室《电机学》优点：同步电动机的功率因数高，运行时，不仅不使电网的功率因数降低，而且还能够改善电网的功率因数。§19-1概述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，调整电网的电压。华北电力大学电机教研室《电机学》§19-2同步电动机的基本工作原理动画1：手动同步电动机模型华北电力大学电机教研室《电机学》动画2：三相交流电流建立的旋转磁场模型结论：实际的同步电动机定子的旋转磁极（磁场）是由三相交流电流产生的。这样定子侧输入电能，产生旋转磁极，通过吸引转子磁极，拖动转子同步旋转，转子输出机械能。电能机械能华北电力大学电机教研室《电机学》动画3：同步电动机运行时内部磁极（磁场）的分布一、驱动力矩产生机理分析（一）NNSSNS华北电力大学电机教研室《电机学》一、驱动力矩产生机理分析（二）定转子磁极轴线重合时的磁极分布示意图定转子磁极轴线有夹角时的磁极分布示意图NNSSNNSSffff'f'fT华北电力大学电机教研室《电机学》一、驱动力矩产生机理分析（三）发电机运行时磁极分布示意图电动机运行时磁极分布示意图NNSSNNSSff'f'fTf'ff'fT华北电力大学电机教研室《电机学》013sincEUTX一、驱动力矩产生机理分析（四）发电机运行时磁场分布图电动机运行时磁场分布图华北电力大学电机教研室《电机学》00090发电机过励运行状态时－空相矢图1fF'FaFcjIX0EIU00090电动机过励运行状态(按发电机惯例)1fF'F0EcjIXaFIU一、驱动力矩产生机理分析（五）华北电力大学电机教研室《电机学》同步电动机能够产生驱动力矩，从而输出机械能，须同时具备的三个条件：同步电动机基本工作原理总结（1）定转子都需要建立各自的磁场（磁极）；（2）定转子磁场之间须有一个偏移夹角；（3）沿转子旋转方向，定子磁场应超前于转子磁场一个交角；华北电力大学电机教研室《电机学》二、同步电动机的基本方程式、相量图和功率平衡关系研究电动机时，采用电动机惯例，和的参考方向如下图：IU00accUEIRjIXEIZ同步电动机等效电路图（电动机惯例）0EIUcjXaRAX华北电力大学电机教研室《电机学》同步电动机过励运行（发电机惯例）0EcjIXIU同步电动机过励运行（电动机惯例）IU0EcjIX相量图（一）华北电力大学电机教研室《电机学》同步电动机欠励运行（发电机惯例）0EcjIXIU同步电动机欠励运行（电动机惯例）IU0EcjIX相量图（二）华北电力大学电机教研室《电机学》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，0,0dTddTd，稳定不稳定功角特性：0201.()2.22MCdqMddqEUPmSinXUXXEUmPmSinSinXXX隐极机凸极机过载能力：maxmax1MmNNNTPkTPSin华北电力大学电机教研室《电机学》四、同步电动机的V形曲线同步电动机在只调节励磁电流时的相量图0EUIcjIX0sinEcosI华北电力大学电机教研室《电机学》四、同步电动机的V形曲线电动机的V形曲线的形状与发电机的相似，但过励时电枢电流领先端电压一个角。UIcos0.8cos0.8cos10MP正常励磁超前过励滞后欠励fiI滞后超前华北电力大学电机教研室《电机学》§19-3同步电机的起动定子绕组通入的交流电流前后半周期时间内，定子磁场对转子磁极的作用力相反，产生的平均转距为零，无法自起动。AXBCY+AAXBCY+AAXBCY+AAXBCY+A1n1n华北电力大学电机教研室《电机学》2.变频起动：起动时定子电流频率很低时，可以牵引同步电机转子转动，再逐渐加高频率，使转子跟随加速，最终转速恒定在额定频率下运行。起动方法：1.异步起动：采用感应电动机工作原理在转子极靴上加装起动绕组（发电机称为阻尼绕组）。当异步起动使转子转速上升至接近同步速，再加入直流励磁，最终牵入同步电机运行状态。华北电力大学电机教研室《电机学》3.反应式同步电动机此原理适用于小型同步电动机。转子上无励磁绕组的凸极同步电动机000fIE2013113sin()sin22dqdEUTUXXX21311()sin202qdTUXX华北电力大学电机教研室《电机学》§19-4同步补偿机（调相机）同步补偿机，也称同步调相机，是一台不带机械负载的同步电动机，专门用于发出无功功率。1.过励：为过励时，领先于，吸收容性无功功率，即发出感性无功功率。fiUI一、两种运行方式cjIXU0EI1fFaF华北电力大学电机教研室《电机学》2.欠励：落后于，发出容性无功功率。UI一、两种运行方式0EUcjIX1fFaFI华北电力大学电机教研室《电机学》二、用途（1）当输电线路传输感性负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机应过励运行；（2）当输电线路无负荷充电状态时，为防止线路电压升高，此时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中多余的感性无功功率。1．受电端补偿（末端补偿）电源负载调相机输电线路华北电力大学电机教研室《电机学》3.额定容量对应过励运行容量而言；4.也存在起动问题，一般利用异步起动，加起动绕组；三、特点2.由于没有稳定问题，可较大，使得气隙较小，励磁也较小，转子用铜量少；cX5.水电站在枯水期间，水轮发电机也可作调相运行。1.因不带机械负载，补偿机转轴可以比较细；