CH同步电动机实用.pptx
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1、1第一节 同步电动机的基本电磁关系、方程式和相量图第二节 同步电动机的无功功率调节第三节 同步调相机第四节 同步电动机的起动*第五节 特殊同步电机本章主要内容第1页/共45页2概述u 同步电动机特点同步电动机特点:n同步电机的另一种重要的运行方式。同步电机的另一种重要的运行方式。n转速恒定为同步转速,同负载大小无关,调节电转速恒定为同步转速,同负载大小无关,调节电源频率可以调速。源频率可以调速。n功率因数可以任意调节(调功率因数可以任意调节(调I If f),双边励磁,无功,双边励磁,无功从定子和转子两边提供,调节励磁电流使同步电动从定子和转子两边提供,调节励磁电流使同步电动机功率因数从滞后到
2、超前范围内平滑改变。机功率因数从滞后到超前范围内平滑改变。n与异步电动机比,气隙大,电抗小,过载能力强与异步电动机比,气隙大,电抗小,过载能力强(x x小,小,P Pemaxemax大),静态稳定好。大),静态稳定好。第2页/共45页3概述u 同步电动机特点:异步电动机异步电动机 ,对电源电压波动敏感。,对电源电压波动敏感。n 高。高。n最大转矩与电源电压成正比最大转矩与电源电压成正比uu主要缺点:起动复杂,需直流励磁电源,结构复杂,制造成本和维护成本高。主要缺点:起动复杂,需直流励磁电源,结构复杂,制造成本和维护成本高。主要缺点:起动复杂,需直流励磁电源,结构复杂,制造成本和维护成本高。主要
3、缺点:起动复杂,需直流励磁电源,结构复杂,制造成本和维护成本高。第3页/共45页4概述u同步电动机分类 凸极式 隐极式(转子装笼型起动绕组)广泛应用于拖动恒速机械负载。小型同步电机广泛应用于拖动恒速机械负载。小型同步电机广泛应用于自动控制系统中,如步进同步电机、永广泛应用于自动控制系统中,如步进同步电机、永磁同步机等,尤其永磁同步机近年来作为发电机引磁同步机等,尤其永磁同步机近年来作为发电机引起极大的关注,风力发电作为绿色能源之一,已在起极大的关注,风力发电作为绿色能源之一,已在世界上和我国得到一定的应用,风力发电采用永磁世界上和我国得到一定的应用,风力发电采用永磁同步发电机有重量轻、可靠性和
4、效率高的优点。同步发电机有重量轻、可靠性和效率高的优点。第4页/共45页51、同步发电机出线端单相对中点短路时,序等效电路是如何连接的?两相线间短路序等效电路又是如何连接的?2、多于两台定子完全相同的电机,一台转子磁极用钢片叠成,一台为实心磁极,问哪台电机的负序电抗小,为什么?思考第5页/共45页63、同步发电机不对称运行时,主要是什么分量影响电机正常运行?4、突然短路对发电机产生什么不好的影响?短路过程中,电机同步电抗如何变化?5、什么是失磁运行?什么是进相运行?思考第6页/共45页7第一节第一节 同步电动机的基本电磁同步电动机的基本电磁 关系、方程式和相量图关系、方程式和相量图 第7页/共
5、45页8 由同步发电机过渡到同步电动机u发电运行状态:发电运行状态:F Ff f超前于超前于F F 角,角,F Ff f 拖着拖着F F 一起旋一起旋转,电磁力矩对转子来说是阻力矩。转子在原动机带转,电磁力矩对转子来说是阻力矩。转子在原动机带动下克服阻力矩,将转子边机械能转化为定子边电能。动下克服阻力矩,将转子边机械能转化为定子边电能。第8页/共45页9 由同步发电机过渡到同步电动机u减少原动机输出的机械功率,减少原动机输出的机械功率,减小,不计空载损减小,不计空载损耗,耗,减小到减小到 0 0 时,电机处于时,电机处于理想空载状态理想空载状态,既不,既不向电网提供有功,也不吸收电网有功。向电
6、网提供有功,也不吸收电网有功。第9页/共45页10 由同步发电机过渡到同步电动机u电动机状态:电动机状态:把原动机撤掉并在转子上加机械负载,把原动机撤掉并在转子上加机械负载,F Ff f 落后于落后于F F ,F F 拖着拖着F Ff f一起旋转,电磁力矩对转子来说一起旋转,电磁力矩对转子来说是动力矩,带动转子上的机械负载作机械功,将电能转是动力矩,带动转子上的机械负载作机械功,将电能转化为转子边机械能。化为转子边机械能。第10页/共45页11 由同步发电机过渡到同步电动机n保持励磁不变保持励磁不变u发电机 原动机拖动转子旋转,转子磁极超前气隙合成磁场原动机拖动转子旋转,转子磁极超前气隙合成磁
7、场角。转子角。转子 拖动拖动 前进。气隙磁场前进。气隙磁场给给 一制动性质一制动性质电磁转矩电磁转矩 。另外。另外还受制动还受制动 ,输出转矩输出转矩 。SN发电机状态发电机状态第11页/共45页12S SN N 原动机输入功率原动机输入功率,角角,发电机输出电,发电机输出电功率功率,当降至,当降至 ,发电机不输出有功。发电机不输出有功。空空载运行。载运行。空载状态空载状态 由同步发电机过渡到同步电动机u发电机第12页/共45页13 若去掉原动机若去掉原动机转子降速,转子降速,角为负,角为负,超超前前 ,此时,此时 拖动拖动 前进。前进。电磁转矩为驱动转矩。空载电磁转矩为驱动转矩。空载时时 。
8、若在转子上。若在转子上加负载转矩,转子磁极更加加负载转矩,转子磁极更加落后,落后,角角,TT,电机带负载运行电机带负载运行。S SN N 电动机状态电动机状态 由同步发电机过渡到同步电动机u电动机第13页/共45页14图图19-1 19-1 从发电机到电动机的过渡从发电机到电动机的过渡 第14页/共45页15方程式和相量方程式和相量图图 l l参考方向规定:参考方向规定:参考方向规定:参考方向规定:采用电动机惯例,电流流入电动机方向为正方采用电动机惯例,电流流入电动机方向为正方采用电动机惯例,电流流入电动机方向为正方采用电动机惯例,电流流入电动机方向为正方向,电流向,电流向,电流向,电流 滞后
9、于电压滞后于电压滞后于电压滞后于电压 ,功率因数角,功率因数角,功率因数角,功率因数角 和功和功和功和功角角角角 为正值,则输入的电功率和产生的电磁功率为正值,则输入的电功率和产生的电磁功率为正值,则输入的电功率和产生的电磁功率为正值,则输入的电功率和产生的电磁功率都为正值。都为正值。都为正值。都为正值。l l隐极同步电动机电势平衡方程隐极同步电动机电势平衡方程隐极同步电动机电势平衡方程隐极同步电动机电势平衡方程 第15页/共45页16图19-2 电动机惯例表示的隐极同步电动机的等效电路和相量图 方程式和相量图 第16页/共45页17凸极同步电动机:方程式和相量图 第17页/共45页18uu功
10、率平衡方程式功率平衡方程式功率平衡方程式功率平衡方程式正常运行时,正常运行时,正常运行时,正常运行时,P P1 1除了很小部分消耗于定子铜耗外,除了很小部分消耗于定子铜耗外,除了很小部分消耗于定子铜耗外,除了很小部分消耗于定子铜耗外,即为从定子传送到转子的即为从定子传送到转子的即为从定子传送到转子的即为从定子传送到转子的P Pemem。转子总机械功率转子总机械功率转子总机械功率转子总机械功率P Pmm为为为为P Pemem中减去定子铁心损耗、中减去定子铁心损耗、中减去定子铁心损耗、中减去定子铁心损耗、机械损耗机械损耗机械损耗机械损耗p pmm,总机械功率,总机械功率,总机械功率,总机械功率P
11、Pmm除去附加损耗除去附加损耗除去附加损耗除去附加损耗p ps s(有(有(有(有的还包括励磁机功率的还包括励磁机功率的还包括励磁机功率的还包括励磁机功率p pf f)是电动机最后的输出功)是电动机最后的输出功)是电动机最后的输出功)是电动机最后的输出功率率率率P P2 2。功率与转矩平衡方程和功角特性其中其中称为空载损耗称为空载损耗 第18页/共45页19u转矩平衡方程式转矩平衡方程式各项除以各项除以功率与转矩平衡方程和功角特性 转矩平衡方程:转矩平衡方程:T T=T T0 0+T T2 2 结论:电动机稳定运行时,驱动性质的电磁转矩与制结论:电动机稳定运行时,驱动性质的电磁转矩与制动性质的
12、输出转矩和空载转矩之和平衡。动性质的输出转矩和空载转矩之和平衡。第19页/共45页20u功角特性 电动机运行时,励磁电动势电动机运行时,励磁电动势滞后于电压滞后于电压功角功角 为正值,凸极电机有:为正值,凸极电机有:功率与转矩平衡方程和功角特性则隐极电机有:则隐极电机有:第20页/共45页21第二节第二节第二节第二节 同步电动机的无功功率调节同步电动机的无功功率调节同步电动机的无功功率调节同步电动机的无功功率调节 一一一一.同步电动机的无功功率调节同步电动机的无功功率调节同步电动机的无功功率调节同步电动机的无功功率调节运行时,从电网吸收的运行时,从电网吸收的运行时,从电网吸收的运行时,从电网吸
13、收的P P1 1由负载由负载由负载由负载T T2 2决定,因为决定,因为决定,因为决定,因为P P1 1等于等于等于等于P P2 2=T T2 2 1 1加电机内部损耗。加电机内部损耗。加电机内部损耗。加电机内部损耗。与同步发电机类似,当励磁电流不变时,有功的与同步发电机类似,当励磁电流不变时,有功的与同步发电机类似,当励磁电流不变时,有功的与同步发电机类似,当励磁电流不变时,有功的改变将引起功角改变,也引起无功变化。改变将引起功角改变,也引起无功变化。改变将引起功角改变,也引起无功变化。改变将引起功角改变,也引起无功变化。同步电动机作为电网的有功负荷,其无功可以依靠同步电动机作为电网的有功负
14、荷,其无功可以依靠改变励磁电流来调节,这是同步电动机的一大特点。改变励磁电流来调节,这是同步电动机的一大特点。第21页/共45页22曲线曲线曲线曲线1 1表示,若调节同步电动机励磁电流,使电机表示,若调节同步电动机励磁电流,使电机表示,若调节同步电动机励磁电流,使电机表示,若调节同步电动机励磁电流,使电机空载时空载时空载时空载时coscos =1=1,保持此励磁电流不变,随电机,保持此励磁电流不变,随电机,保持此励磁电流不变,随电机,保持此励磁电流不变,随电机负载负载负载负载,coscos ,且为滞后性质。,且为滞后性质。,且为滞后性质。,且为滞后性质。同步电动机的无功功率调节 图19-3 不
15、同励磁时同步电动机的功率因数特性 第22页/共45页23曲线曲线曲线曲线2 2表示,若调节励磁电流,使电机半载时表示,若调节励磁电流,使电机半载时表示,若调节励磁电流,使电机半载时表示,若调节励磁电流,使电机半载时coscos =1=1,保持此励磁电流不变,当负载低于半,保持此励磁电流不变,当负载低于半,保持此励磁电流不变,当负载低于半,保持此励磁电流不变,当负载低于半载时,载时,载时,载时,coscos ,且为超前性质;若负载高于半,且为超前性质;若负载高于半,且为超前性质;若负载高于半,且为超前性质;若负载高于半载,载,载,载,coscos ,且为滞后性质。,且为滞后性质。,且为滞后性质。
16、,且为滞后性质。同步电动机的无功功率调节 图19-3 不同励磁时同步电动机的功率因数特性 第23页/共45页24曲线曲线曲线曲线3 3表示,调节励磁电流,使电机满载时表示,调节励磁电流,使电机满载时表示,调节励磁电流,使电机满载时表示,调节励磁电流,使电机满载时coscos =1=1,此后随负载减小,此后随负载减小,此后随负载减小,此后随负载减小,coscos 减小,且为超减小,且为超减小,且为超减小,且为超前。前。前。前。结论:改变同步电动机励磁电流,使结论:改变同步电动机励磁电流,使结论:改变同步电动机励磁电流,使结论:改变同步电动机励磁电流,使coscos 改变,改变,改变,改变,也即同
17、步机可用调节励磁电流的方法,使其成为电也即同步机可用调节励磁电流的方法,使其成为电也即同步机可用调节励磁电流的方法,使其成为电也即同步机可用调节励磁电流的方法,使其成为电网的感性负荷、容性负荷和纯电阻性负荷。网的感性负荷、容性负荷和纯电阻性负荷。网的感性负荷、容性负荷和纯电阻性负荷。网的感性负荷、容性负荷和纯电阻性负荷。同步电动机的无功功率调节 图19-3 不同励磁时同步电动机的功率因数特性 第24页/共45页25 以隐极同步电动机为例,在恒压电网上运行时,以隐极同步电动机为例,在恒压电网上运行时,若输出功若输出功率率P P2 2恒定,且忽略电枢电阻损耗,则:恒定,且忽略电枢电阻损耗,则:由于
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