东北电力大学电机学ppt讲义第19章.ppt

东北电力大学东北电力大学19-1 同步电动机同步电动机19-2 同步补偿机同步补偿机 第第19章章 同步电动机和同步补偿机同步电动机和同步补偿机 东北电力大学东北电力大学19-1 同步电动机同步电动机一、同步电机的可逆原理一、同步电机的可逆原理图19-1 同步电机的可逆原理 东北电力大学东北电力大学改变电枢电流的参考方向，以输入电流作为电枢电流的正改变电枢电流的参考方向，以输入电流作为电枢电流的正方向，记为方向，记为IM，此时输入电功率为正值，电压方程式为，此时输入电功率为正值，电压方程式为 隐极同步电动机隐极同步电动机 1.同步电动机的电压方程和向量图同步电动机的电压方程和向量图 二、同步电动机二、同步电动机图19-2 隐极同步电动机的相量图和等效电路 东北电力大学东北电力大学画凸极同步电动机向量图时，需要先确定画凸极同步电动机向量图时，需要先确定0M角。角。凸极同步电动机凸极同步电动机图19-3 凸极同步电动机的相量图 东北电力大学东北电力大学2.同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程在电动机惯例下，把在电动机惯例下，把 滞后滞后 的功率角为正，用的功率角为正，用 M表示，则表示，则这时这时电磁功率为正，表示从电能转换为机械能电磁功率为正，表示从电能转换为机械能。将上式除以同步角速度将上式除以同步角速度1，便得电动机的，便得电动机的电磁转矩电磁转矩同步电动机的同步电动机的电磁转矩是驱动性质电磁转矩是驱动性质的。的。东北电力大学东北电力大学功率方程功率方程Pem=pFe+pmec+P2 Tem=T0+T2Tem为电动机的电磁转矩为电动机的电磁转矩T0为空载转矩为空载转矩T2为输出转矩为输出转矩P1=pcua+Pem转矩方程转矩方程 东北电力大学东北电力大学3.3.同步电动机的运行特性同步电动机的运行特性 同步电动机的运行特性包括工作特性工作特性和U形曲线形曲线两部分。U=UN、If=IfN时，Tem、IM、cosM=f(P2)。当输出功率当输出功率P2=0时，电枢电流为很小的空载电流；随着输时，电枢电流为很小的空载电流；随着输出功率的增加，电枢电流也随之增大，电枢电流也随之增出功率的增加，电枢电流也随之增大，电枢电流也随之增大，大，IM=f(P2)近似为一直线近似为一直线。（1）工作特性工作特性 Tem=f(P2)是一条直线是一条直线 东北电力大学东北电力大学 同步电动机同步电动机的的效率特性效率特性与其与其他电机基本相同。他电机基本相同。空载时，空载时，=0，随着输出功率的随着输出功率的增加，效率逐步增加，效率逐步增加，达到某个增加，达到某个最大之后开始下最大之后开始下降。降。图19-4 同步电动机的运行特性 东北电力大学东北电力大学同步电动机的同步电动机的功率因数特性功率因数特性与额定功率因数有关。与额定功率因数有关。曲线曲线1对应励磁电流较小，对应励磁电流较小，空载时功率因数等于空载时功率因数等于1。曲线曲线2对应励磁电流稍大，对应励磁电流稍大，半载时功率因数等于半载时功率因数等于1。曲线曲线3对应励磁电流更大，对应励磁电流更大，满载时功率因数等于满载时功率因数等于1。改变励磁电流，改变励磁电流，可使电动机在任意特定负载下的功率因数可使电动机在任意特定负载下的功率因数达到达到1 1，甚至变成超前，甚至变成超前。图19-5 同步电动机的功率因数特性 东北电力大学东北电力大学同步电动机的最大电磁功率与额定功率之比，称为过载同步电动机的最大电磁功率与额定功率之比，称为过载能力。能力。和发电机一样，增加电动机的励磁，可以提高最和发电机一样，增加电动机的励磁，可以提高最大电磁功率大电磁功率Pe(max)，从而提高过载能力。从而提高过载能力。东北电力大学东北电力大学U=UN，Pem=C时，IM=f(If)。(2)U形曲线形曲线图19-6 同步电动机的U形曲线 东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学内功率因数角为：东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学 东北电力大学东北电力大学4.同步电动机的起动同步电动机的起动同步电动机仅在同步转速时才产生恒定的同步电磁转矩。同步电动机仅在同步转速时才产生恒定的同步电磁转矩。起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的同步电转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的同步电磁转矩正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。磁转矩正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。因此，要把同步电动机起动起来，必须借助其他方法。因此，要把同步电动机起动起来，必须借助其他方法。起动方法起动方法异步起动法异步起动法辅机起动法辅机起动法变频起动法变频起动法图19-7 同步电动机的起动示意图 东北电力大学东北电力大学（1）异步起动法）异步起动法起动绕组起动绕组：电机的主极极靴上设：电机的主极极靴上设有起动绕组，相当于感应电机的有起动绕组，相当于感应电机的鼠笼绕组。鼠笼绕组。起动方法：起动方法：起动时，先把励磁绕组通过电阻短起动时，先把励磁绕组通过电阻短接，然后把定子绕组接到三相交流接，然后把定子绕组接到三相交流电网。电网。依靠定子旋转磁场和转子绕组中感应电流所产生的异步依靠定子旋转磁场和转子绕组中感应电流所产生的异步电磁转矩，电磁转矩，电机便能转起来。电机便能转起来。图19-8 同步电动机的起动绕组 东北电力大学东北电力大学自耦变压器笼形起动绕组运行起动图图19-9 异步起动时的线路图异步起动时的线路图待转速上升到接近于同待转速上升到接近于同步转速时，再将励磁电步转速时，再将励磁电流接入励磁绕组，使转流接入励磁绕组，使转子建立主极磁场。子建立主极磁场。此时依靠定、转子磁场此时依靠定、转子磁场相互作用所产生的同步相互作用所产生的同步电磁转矩，再加上由于电磁转矩，再加上由于凸极效应所引起的磁阻凸极效应所引起的磁阻转矩，便可能转矩，便可能将转子牵将转子牵入同步。入同步。东北电力大学东北电力大学通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机作为辅助通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机作为辅助电动机，电动机，当辅助电机把主机拖动到接近同步转速时，再当辅助电机把主机拖动到接近同步转速时，再用自整步法把主机投入电网。用自整步法把主机投入电网。(2)辅机起动方法辅机起动方法(3)(3)变频起动法变频起动法起动时，加上励磁，把变频电源起动时，加上励磁，把变频电源输出频率调的很低。输出频率调的很低。变频器缓慢提高变频器的输出频率，直到缓慢提高变频器的输出频率，直到额定频率。额定频率。切除变频器。切除变频器。图19-10 同步电动机的变频起动电路 东北电力大学东北电力大学19-2 同步补偿机同步补偿机 1.1.同步补偿机的原理同步补偿机的原理 同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机。在正常励磁时，同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机。在正常励磁时，电枢电流极小，接近于零。过励时，从电网吸收超前的无功电流；欠电枢电流极小，接近于零。过励时，从电网吸收超前的无功电流；欠励时，则从电网吸取滞后的无功电流。励时，则从电网吸取滞后的无功电流。图19-11 同步补偿机的原理示意图 东北电力大学东北电力大学 2.2.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和结构特点 同步补偿机的转子上装有起动绕组，供异步起动之用。同步补偿机的转子上装有起动绕组，供异步起动之用。为提高材料利用率，大型补偿机常常采用氢冷。为提高材料利用率，大型补偿机常常采用氢冷。同步补偿机的额定容量同步补偿机的额定容量是按过励时所能补偿的无功功率来是按过励时所能补偿的无功功率来确定，其容量主要受定、转子绕组温升的限制。确定，其容量主要受定、转子绕组温升的限制。由于补偿机不带任何机械负载，故可没有轴伸，对其机械由于补偿机不带任何机械负载，故可没有轴伸，对其机械结构结构 要求亦较低。要求亦较低。允许其同步电抗稍大，因而电机的用铜量较少、造价较低。允许其同步电抗稍大，因而电机的用铜量较少、造价较低。