四、同步电动机功率关系 运行特性1.功率关系n同步电动机从电源吸收的有功功率n除去消耗于定子绕组的铜损耗n就转变为电磁功率从电磁功率Pem中再扣除铁损耗pFe和机械损耗pmec 后，转变为机械功率P2输出给负载其中铁损耗pFe和机械损耗pmec之和成为空载损耗p0n功率流图同步电动机功率流图凸极电机的向量图2.运行特性n工作特性• 机械特性工作特性揭示同步电动机的特性是不足的， 因为不仅调节输出功率可以改变同步电动机的运行情况， 调节励磁电流也可以改变n励磁电流大小和有功功率作为参数来分析同步 电动机的特性n（1）励磁电流If = C，输出有功功率变化—— 功角特性n（2）有功功率不变时，改变 If 对电枢电流I及 功率因数的影响——V形曲线n励磁和电动机电动势的关系:（前述）n同步电动机的电动势方程:（前述）n同步电动机的有功功率：(1) 有功功率方程：θ的双重物理含义：①励磁电动势 与定子所加相电压 之间的 夹角 （时间电角度）②励磁磁动势 与气隙合成磁动势 之间的 夹角 （空间电角度）功角θ意义的图示A ：NSFδ θ NSFf T1 nTem n1 功角θ意义的图示B功角θ是转子磁极轴 线和定子合成磁极轴 线的空间夹角忽略同步电动机定子电阻Ra上的损耗从相量图中可知，(2)电磁转矩方程：(3)无功功率方程：（隐极电机）（凸极电机）3.功角特性n电磁功率Pem与角度θ呈函数关系①3U1E0 XdPe' = sin Pe' ∝E0 ，当转子有励磁即 If ≠0 时存在。
②1 XqPe“ = ( － ) sin2 3U12 21 Xd Pe“ 是由于 Xd ≠Xq 而引起的，与 If 是否存在无关 结论： ① Pe“ 使 PeM ② PeM 产生在θ＜90o 处 ③ 功角特性与矩角特性 不再是正弦波—— 基本分量—— 附加分量OPe / Tθ90oPeM (TM)Pe'Pe“• 对凸极电机来讲n对隐极电机来讲OPe / TθPeM (TM)4.矩角特性对隐极式同步电动机，Xd=Xq=Xc5.稳定运行稳定运行判据：隐极发电机的判据：比整步功率(kW/rad)静态稳定：当电网或原动机方面出现某些微小扰动时， 同步发电机能在这种干扰消失后，继续保持原 来的平衡运行状态额定：功角25～30n最大转矩Tm与额定转矩TN之比，过载倍数隐极同步电动机额定运行θN=30°~16.5 ° 凸极式同步电动机额定运行功率角更小负载改变时，θ随之变化，使同步电动机的电 磁转矩或电磁功率跟着变化，以达到平衡状态 而电机的转速却保持同步转速不变6.过载倍数n[例]：一台隐式同步电动机，额定电压UN=6000V，额 定电流IN=71.5A，额定功率因数cosφN=0.9（超前性） ，定子绕组为Y接，同步电抗Xt=48.5Ω，忽略定子电 阻R1。
电机额定运行时，求：n（1）空载电动势（励磁电动势）E0n（2）功率角θNn（3）电磁功率Pemn（4）过载倍数λT解:(1)(2)先求ψ角(3)电磁功率(4)过载倍数7.同步电机功率因数的调节同步电机的重要特性：同步电机在保持输出有 功不变的情况下，可以通过励磁电流的调节， 使电机的功率因数发生变化同步电动机的V形曲线是指当电源电压与频率均为额定值， 在输出功率不变的条件下，调节励磁电流If ，定 子电流 I 会相应变化，绘制成的I = f (If) 曲线， 形状象“V”，故称V形曲线1)矢量图• 无功功率的调节：同步电动机可以通过励磁 电流的调节，使电机的输出 无功功率发生变化Ø 同步电动机输出有功功率P2恒定，改变励磁电流可以调节其无功功率Ø “正常”励磁时功率因数cos =1，电枢电流全部为有功电流，故数值最小Ø 励磁电流小于正常励磁值(欠励)时， 电动机功率因数cos 滞后，同步电动机相当于感性负载，要从电网吸取滞后 无功 Ø 励磁电流大于正常励磁值(过励)时，电动机功率因数cos 超前，同步电动机相当于容性负载，要从电网吸取超前无功(2)特点① 正常励磁 当 If = If0 时，I1 与U1 同相， = 1, 电机呈电阻性。
② 欠励磁 当If ＜If0时， I1 (I1' ) 滞后于U1，电机呈电感性 If → ，感性程度 ③ 过励磁 当 If ＞If0 时， 电机呈电容性， If →| | ， 容性程度 I1 (I1“) 超前于U1， U1jXtI1－E0 －E0' aajXtI1I1' bb－E0“ jXtI1I1“ θI1同步电动机的V形曲线I=f(If) ：同步电动机在有功功率恒定、 励磁电流变化时，电枢电流随励磁电流变化的曲线(3)V形曲线1.每一功率（负载 ）对应 一条V形曲线2.从欠励到正常励磁到过励I 有最小值3.每条曲线的最低点：cosφ=1，连线 向右倾斜 4.每条曲线左边均有不稳定区5.不稳定区域边缘 ：θ=900，连线 向右倾斜 6、每条曲线上的电流I变化量ΔI 为无功分量 V形曲线的几个特点n异步电机 励磁电流为定子电流的一部分，不能调节，从 电网吸收励磁电流，为感性，使电动机功率因数滞后，使 电网功率因数变坏n同步电动机功率因数可调，可以改善电网的无功平衡状况 ，从而提高电网的功率因数和运行性能及效益n将同步电机和异步电机接入同一电网运行，并使同步电动 机运行于过励状态，则电网同时提供容性和感性的无功电 流，两者互相补偿，改善电网功率因数。
n或者采用同步补偿机，即不带负载浮接于电网上过励运行 的同步电动机4)同步电机功率因数调节的启示结论：对于每一给定的有功功率都有一允许的最少激磁，进一步减 小激磁将使发电机失去稳定 n在有功功率保持不变时 ，表示电枢电流和激磁 电流之间关系的曲线I ＝f(If)，称为V形曲线 n对应于不同的有功功率 ，有不同的V形曲线 当输出的功率值愈大时 ，曲线愈向上移 (5)同步发电机V形图。