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1、6.5 三相同步电动机和调相机,同步电动机：转速不随负载的变化而改变,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,一、同步电机的三种运行方式 发电机状态,转子轴线超前定子轴线，产生的电磁转矩为制动性质显然是发电机。,6.5.1 同步电动机的基本电磁关系,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,空载状态,转子轴线和定子轴线相重合，此时的功角为零，电磁转矩为0，所以这是一种从发电机向电动机过度的临界状态。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,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,发电机状态,电动机状态,空载状态,2
2、020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,二、同步电动机的电动势平衡、相量图和功角特性,电势平衡方程及相量图,发电机状态,电动机状态,发 电 机 惯 例,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,电动机状态，发电机惯例,电动机状态，电动机惯例,发出功率P2=mUIcos0,吸收功率P2=mUIcos0,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,吸收功率P2=mUIcos0,凸极同步电动机（电动机惯例）,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,2. 功角特性,在同步发电机中，我们令电流流出的方向为正方向，而在电动机中，理论上，我们仍然可以这样，但为了大家好理解，我们设电流流入的方
3、向为正方向。这样，我们可以仿照同步发电机列出同步电动机的功角特性表达示：,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,凸 极 机 的 功 角 特 性 曲 线,180,0,0,90,0,180,0,0,90,0,180,0,0,90,0,0,90,0,附加电磁功率,基本电磁功率,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,为了结构上的简单，在某些小容量同步电动机的转子上不安放直流励磁绕组，因此转子就不能产生磁场，感应电势0，此时电动机的电磁功率并不为零，仍有电磁功率（电磁转矩），因此转子没有励磁的凸极同步电动机也能旋转。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,6.5.2 同步电动机无
4、功功率的调节,一、无功功率的调节,同步电动机的有功功率取决于负载。而同步电动机的功率因数是超前还是滞后，取决于电动机励磁状态。,若在调节无功功率时，假定电动机的有功功率不变（电动机的负载不变），于是：,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,当发电机输出一定的有功功率并保持不变,D,E0的变化必须满足在CD直线，而相应的I的变化必须在AB线上。,E0sin=常数,Icos=常数,A,B,C,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,1）当I与U同相，0，即cos=1.0。此时电动机的无功功率为零，此时的电枢电流为最小值，所对应的励磁电流我们叫做正常励磁电流。,2020/8/5,武汉大
5、学电气工程学院刘启胜,2）增加励磁电流，则空载电动势E0相应增加， 电枢电流由I1 ,I2,电动势变化到E02，此时整个系统出现了无功电流，并且是超前，即此时电动机将吸收超前的无功功率，整个状态我们称之为过励。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,3）减小励磁电流，则电动势亦减小（在正常励磁电流对应的情况下） 此时电流滞后电压，即吸收一滞后的无功功率，整个状态我们称之为欠励。对于电动机无功功率的调节，可以通过对励磁电流的调节实现。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,二、同步电动机的V型曲线,将不同励磁电流及与其对应的电枢电流画成曲线，此曲线称V形曲线，曲线的最低点对应的c
6、os=1.0 ，电枢电流最小，此时的励磁电流为正常励磁电流，如果增大则进入过励，吸收容性无功（输出感性无功）；反之为欠励，吸收感性无功（输出容性无功） 。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,同步电动机的V形曲线,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,小结,感应电动机必须从电网吸收滞后的激磁电流来建立磁场，所以现代电网的功率因数经常是滞后性的。 同步电动机在过励时，能够从电网吸入超前电流。可以使供电系统的功率因数提高。同步电动机能够改善电网的功率因数，这是同步电动机突出的优点。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,6.5.4 同步电动机的起动,转子绕组加入直流励磁以
7、后，在气隙中生成静止的转子磁场。当在定子绕组中能入三相交流电以后，在气隙中则产生旋转磁场。定、转子磁场之间存在有相对运动，转子上的平均转矩为零，所以同步电动机不产生起动转矩。,同步电动机自身无起动转矩,为什么？,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,em,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,2、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。,3变
8、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。,同步电机的起动方法,1、辅助电动机起动,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,异步起动法的起动过程,（1）按感应电机方式起动，使转子转速接近同步速； （2）加直流励磁，使转子拉入同步。,由于磁阻转矩的影响，凸极式同步电动机很容易拉 入同步。甚至在未加励磁的情况下， 有时转子也能拉入同步。因此，为了改善起动性能，同步电动机绝大多数采用凸极式结构。,当同步电动机按感应电机方式起动时，励磁绕组绝对不能开路 ！,注意！,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,6.5.4 同步补偿机（调相机）,同步补偿机，也称
9、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（吸收）无功功率。,一、两种运行方式,1.过励： 领先于 ，吸收容性无功功率，即发出感性无功功率。,2.欠励： 落后于 ，吸收感性无功功率。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,过励、欠励时-空矢量图（按照电动机惯例 ）,过励状态，电动机吸收容性无功,欠励状态，电动机吸收感性无功,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,二、用途1受控补偿,（1）当负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机应过励运行.,（2）当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈现较大的电容作用，使受端电网电压升高，此时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中
10、多余的无功功率。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,2、中间补偿,（1）,（2）当 时对稳定有利，因为 ， 角减小，稳定 提高,（3）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。,（4）中间加补偿机相当于线路的 减小，提高了稳定性或增加输出。,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,因不带机械负载，补偿机转轴可以比细. 由于没有稳定问题，短路比Kc 可较小，Xd大，使得气隙较小，励磁也较小，转子用铜量少. 额定容量对应过励而言. 也存在起动问题，一般利用异步起动，加起动绕组。,三、特点,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行 在同时有水轮机和汽轮发电机的电网，丰水期间，水轮发电机发有功功率，汽轮发电机作调相机运行。,四、说明,2020/8/5,武汉大学电气工程学院刘启胜,
