第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机 内容内容 15.3 15.3 同步同步电动机的起机的起动 15.1 15.1 同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理 15.2 15.2 同步同步电动机的功角特性与磁阻机的功角特性与磁阻电动机机 15.4 15.4 同步同步调相机相机第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机 要求要求 理解同步电机由发电机状态过渡到电动机状态的可逆原理。理解同步电机由发电机状态过渡到电动机状态的可逆原理。 掌握同步电动机的电动势方程式、相量图和功率因数的可调原理。掌握同步电动机的电动势方程式、相量图和功率因数的可调原理。 掌握同步电动机的功角特性和磁阻电动机的工作原理。掌握同步电动机的功角特性和磁阻电动机的工作原理。 掌握同步电动机的起动方法。掌握同步电动机的起动方法。 掌握同步调相机的工作原理和特点。掌握同步调相机的工作原理和特点。第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机15.1 同步电动机的工作原理同步电机可作：发电机运行、电动机运行、调相机运行。同步电机可作：发电机运行、电动机运行、调相机运行。 一、同步电机的可逆原理1. 发电机运行发电机运行 电磁转矩为制动转矩。电磁转矩为制动转矩。 转子磁场在前转子磁场在前合成磁场在后合成磁场在后 机械功率机械功率电功率电功率第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机逐渐调节逐渐调节 发电机发电机 空载空载 2. 空载运行空载运行 如果撤去原如果撤去原动动机机: :同步发电机同步发电机 空载运行空载运行 电动机电动机 空载空载这是，合成磁场略超前转子磁场，若忽略空载损耗，那么这是，合成磁场略超前转子磁场，若忽略空载损耗，那么第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机如果撤去原动机，并带上机械负载：如果撤去原动机，并带上机械负载：3. 同步电动机运行同步电动机运行 合成磁场在前合成磁场在前转子磁场在后转子磁场在后电功率电功率 机械功率机械功率电磁转矩为驱动转矩电磁转矩为驱动转矩第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机电动机电动机发电机发电机 空空 载载第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机二、同步电动机的电动势方程式及相量图按发电机惯例画图，隐极同步电动机的相量图和等效电路：按发电机惯例画图，隐极同步电动机的相量图和等效电路：有功电流为负值，有功电流为负值，可见：可见：无功电流滞后电压无功电流滞后电压90o发出负的有功功率，即从电网吸收有功功率；发出负的有功功率，即从电网吸收有功功率；发出感性无功功率，即从电网吸收容性无功功率。发出感性无功功率，即从电网吸收容性无功功率。阐明：发电机向电网阐明：发电机向电网第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机隐极同步电动机隐极同步电动机凸极同步电动机凸极同步电动机按电动机惯例画图，同步电动机的相量图：按电动机惯例画图，同步电动机的相量图：同步电动机的电动势平衡方程同步电动机的电动势平衡方程电电流相量流相量转过转过第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机可可见见，过过励运行的同步励运行的同步电动电动机，相当于机，相当于电电容器，可提高容器，可提高电电网的功率因数。网的功率因数。同步电动机的优点：同步电动机的优点：改变励磁电流，可以改变无功电流的大小，从而改变功率因数的性质及大小。改变励磁电流，可以改变无功电流的大小，从而改变功率因数的性质及大小。过励时，电动机输入的超前性容性无功电流增大；过励时，电动机输入的超前性容性无功电流增大；欠励时，电动机输入的滞后性感性无功电流增大。欠励时，电动机输入的滞后性感性无功电流增大。电动机输入电流与发电机输出电流方向相反，电动机输入电流与发电机输出电流方向相反，过励时，发电机输出滞后的电流，电动机输入超前的电流，电枢反应有去磁作用；过励时，发电机输出滞后的电流，电动机输入超前的电流，电枢反应有去磁作用；欠励时，发电机输出超前的电流，电动机输入滞后的电流，电枢反应有增磁作用。欠励时，发电机输出超前的电流，电动机输入滞后的电流，电枢反应有增磁作用。同步电动机的电枢反应性质：同步电动机的电枢反应性质：例15.1.1 第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机15.2 同步电动机的功角特性与磁阻电动机一、同步电动机的功角特性发出负功率，发出负功率，即吸收功率。即吸收功率。发电机运行时，发电机运行时， 为正；电动机运行时，为正；电动机运行时， 为负。为负。按发电机来写电动机功角特性按发电机来写电动机功角特性（吸收正功率）（吸收正功率）按电动机来写电动机功角特性：按电动机来写电动机功角特性： （设（设 为正）为正）第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机二、磁阻电动机在小容量凸极同步电动机中，转子上不安放励磁绕组，在小容量凸极同步电动机中，转子上不安放励磁绕组，此时电动机的电磁功率为：此时电动机的电磁功率为：该电该电磁功率磁功率对应对应的的电电磁磁转转矩，称矩，称为为磁阻磁阻转转矩。矩。可可见见，凸极同步，凸极同步电动电动机的机的转转子上无励磁子上无励磁时时，也能拖，也能拖动动一定的机械一定的机械负载负载工作。工作。它是由于电机的交、直磁阻不等（它是由于电机的交、直磁阻不等（）而产生的。）而产生的。这种电动机称为磁阻电动机。这种电动机称为磁阻电动机。第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机15.3 同步电动机的起动一、同步电动机不能自行起动同步电动机定子接入电源时，同步电动机定子接入电源时，定子磁场立即以同步速旋转，定子磁场立即以同步速旋转，转子因惯性不能立即旋转起来，转子因惯性不能立即旋转起来，转子时而受到逆时针方向的转矩，转子时而受到逆时针方向的转矩，时而又受到顺时针方向的转矩，时而又受到顺时针方向的转矩，因此起动时转子上的平均转矩为零。因此起动时转子上的平均转矩为零。所以，同步电动机不能自行起动所以，同步电动机不能自行起动 。第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机二、同步电动机的起动方法对于凸极同步电动机，由于存在磁阻转矩，很容易被拉入同步，对于凸极同步电动机，由于存在磁阻转矩，很容易被拉入同步，因此，为了改善起动性能，同步电动机大多采用凸极式结构。因此，为了改善起动性能，同步电动机大多采用凸极式结构。转子磁极表面装有导条短路绕组，称为起动绕组，实际上也是阻尼绕组。转子磁极表面装有导条短路绕组，称为起动绕组，实际上也是阻尼绕组。起动时，把励磁绕组串联一个比自身电阻大起动时，把励磁绕组串联一个比自身电阻大510倍电阻后再短接起来。倍电阻后再短接起来。 当定子加上电压后，定子旋转磁场与转子起动绕组产生异步转矩，而使转子转动，当定子加上电压后，定子旋转磁场与转子起动绕组产生异步转矩，而使转子转动，当转速上升到接近同步转速时，再给转子加上励磁，把转子拉入同步转速旋转。当转速上升到接近同步转速时，再给转子加上励磁，把转子拉入同步转速旋转。留意：起动时励磁绕组不能开路，否则将产生高电压；留意：起动时励磁绕组不能开路，否则将产生高电压； 励磁绕组也不能直接短路，否则对起动将产生不利影响。励磁绕组也不能直接短路，否则对起动将产生不利影响。1. 异步起动第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机选用与同步电动机极数相同的异步电动机容量为主机的选用与同步电动机极数相同的异步电动机容量为主机的5%5%15%15%）作为辅助电动机。首先给辅助电动机加交流电源，使其拖动同步电动机旋转，作为辅助电动机。首先给辅助电动机加交流电源，使其拖动同步电动机旋转，当转速接近同步转速时，用自整步法将主机投入电源，并切断辅助电动机电源。当转速接近同步转速时，用自整步法将主机投入电源，并切断辅助电动机电源。这种方法只适合于空载起动，所需设备较多，操作复杂。这种方法只适合于空载起动，所需设备较多，操作复杂。2. 辅助电动机起动3.变频起动同步电动机采用变频电源供电。起动时转子绕组加励磁建立磁极磁场，定子绕组接变频电源，以低频电压进行起动。随着转速升高逐步上调电源频率，则转子转速将始终跟随定子磁场转速而同步上升，直至额定转速。变频起动过程平稳，性能优越。采用变频器供电的交流电动机还可以实现无级调速。变频起动过程平稳，性能优越。采用变频器供电的交流电动机还可以实现无级调速。第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机15.4 同步调相机同步调相机，也称同步补偿机，是一种专门设计的无功功率发电机，同步调相机，也称同步补偿机，是一种专门设计的无功功率发电机，准确说，就是不带机械负载的同步电动机。准确说，就是不带机械负载的同步电动机。它不发有功，只发无功，调节励磁电流大小可以调节无功大小及性质。它不发有功，只发无功，调节励磁电流大小可以调节无功大小及性质。正常励磁正常励磁 过励励 欠励欠励 同步同步调相机的相量相机的相量图忽略损耗，那么忽略损耗，那么定子电流全是无功电流。定子电流全是无功电流。 正常励磁正常励磁 不发无功功率。不发无功功率。 过励时：过励时： 向电网发出感性无功功率，向电网发出感性无功功率，即从电网吸取容性无功功率，即从电网吸取容性无功功率，调相机起电容器的作用。调相机起电容器的作用。欠励时：欠励时： 向电网发出容性无功功率，向电网发出容性无功功率，即从电网吸取感性无功功率。即从电网吸取感性无功功率。第15章 同步电动机和同步调相机步电动机和同步调相机在在电电力网中，每力网中，每100100万万kVAkVA的的发电发电容量，一般要求有容量，一般要求有15153030万万kVarkVar的的调调相相容量与之配合，所以容量与之配合，所以调调相机利用率相机利用率较较高。高。同步调相机一般装在靠近负荷中心的变电所中。同步调相机一般装在靠近负荷中心的变电所中。同步调相机的额定容量是指它在过励时的视在功率。同步调相机的额定容量是指它在过励时的视在功率。本章结束