华北电力大学：《电机学》第十九章 同步电动机和同步调相机

第十九章同步电动机和同步调相机 、教学要求: 1.了解同步电动机的优缺点 2.熟悉同步补偿机的用途

第十九章 同步电动机和同步调相机 一、教学要求： 1．了解同步电动机的优缺点 2．熟悉同步补偿机的用途

第一节概述 大功率同步电动机与同容量的异步电动机相比, 同步电动机的功率因数高,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 同步电动机一般都作成凸极式的,为了能够自起 动,在转子磁极的极靴上装起动绕组。 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

第一节 概述 大功率同步电动机与同容量的异步电动机相比， 同步电动机的功率因数高，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。 同步电动机一般都作成凸极式的，为了能够自起 动，在转子磁极的极靴上装起动绕组。 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

第二节同步电动机的运行原理 同步电动机运行的可逆原理 JIAt Eo=U+ jlXt U 日=0 发电机状正 F 过渡状态 电动机状态 结论:同步电机以角的正负判断电机的运行状态 发电机:E超前与U,O为正 电动机:E滞后与U,b为负

第二节 同步电动机的运行原理 一、同步电动机运行的可逆原理 结论：同步电机以 角的正负判断电机的运行状态。 发电机： 超前与 ， 为正 电动机： 滞后与 ， 为负       E0 U E0 U

di F 90 >909<0 发电机过励运行状态 电动机过励运行状态 (按发电机规则) (按发电机规则)

0   0 0   90 电动机过励运行状态 (按发电机规则) 0   0 0   90 发电机过励运行状态 (按发电机规则) U I jIX c E 0 F a F f 1F    U I jIX c E 0 F a F f 1 F   

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Ⅰ的参考方向: U=Eo+Ir+ iIX=Eo+lZ 同步电动机等效电路图 电动机欠励运行状态 (按电动机规则)

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 U 和 I 的参考方向： U E Ir jIX E IZ = + + = + 0 0 C C 同步电动机等效电路图 r jx c I E 0 U U & I & jIX c & E 0 & F a & 1 F  & U & I & jIX c & E 0 & a 1 F  &    电动机欠励运行状态 (按电动机规则)

、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,稳定 dT 0,不稳定 de 隐极机=m Sine 功角特性: 2凸极机P=m EU Sine+ mU(Xd-x Sin20 2 X 过盐他1.Mm个 max Nmax Sine

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 , 0 dT d dT d          ， 稳定 不稳定 功角特性： 0 2 0 1. ( ) 2. 2 2 M C d q M d d q E U P m Sin X E U m U X X P m Sin Sin X X X     =    −  = +   极 机 凸极机 隐 过载能力： max max N 1 m N N T P k T P Sin = = =

四、同步电动机的V形曲线 COSO=I COS=Q8 (-q) enn enm 滞后 超前 欠励 正 过励 常 励 磁

I f I 0 Pm = 0 ' Pem " Pem "' Pem ' Pem " Pem "' Pem ' Pem " Pem "' Pem 正 常 励 磁 超前 欠励 滞后 过励 cos 0.8  = cos 1  = cos 0.8 (− = ) 四、同 步 电 动 机 的 V 形 曲 线

第三节同步电机的起动 同步电动机自起动转 距为零。同步电机定子通 入三相对称电流,在气隙 内产生转速为n1的旋转磁 场,转子通入直流励磁产A@)② 生N、S极,定子前后半N 周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

第三节 同步电机的起动 同步电动机自起动转 距为零。同步电机定子通 入三相对称电流，在气隙 内产生转速为n1的旋转磁 场，转子通入直流励磁产 生N、S 极，定子前后半 周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。 A X B Y C Sa Na +A Z A X B Y C Sa Na +A Z A X B Y C Sa Na +A A X B Y C Sa Na A X B Y C Sa Na +A Z N S

第三节同步电机的起动 解决方法: 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),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),亦不能直接短路(对 起动不利),需串入阻值约为10倍的电阻。 当异步起动使转子转速上升,转接近同步速,加入 直流励磁,进入同步电机运行状态。 2.变频起动 起动时定子电流频率∫较低 60f 同步转速n也较 低,使平均电磁转距不为零。 P

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），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），亦不能直接短路（对 起动不利），需串入阻值约为10倍的电阻。 当异步起动使转子转速上升，转接近同步速，加入 直流励磁，进入同步电机运行状态。 第三节 同步电机的起动 2．变频起动： 起动时定子电流频率 较低， 同步转速 也较 低，使平均电磁转距不为零。 1 60 f n p 1 = f 1 n 解决方法：

第四节反应式同步电动机 转子上无励磁绕组的凸极同步电动机, EU T mm xa Sin 6+0( dsin 20 2X X 1=0→Eo=0 P,≠0 T≠0 此原理适用于小型同步电动机

0 0 0 f I E =  = 1 1 1 0 2 sin ( )sin 2 2 d q d E U m T m U X X X     = + −        0 0 X X P T q M d     此原理适用于小型同步电动机。 第四节 反应式同步电动机 转子上无励磁绕组的凸极同步电动机