電機(jī)學(xué)第19章

1、 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)19-1 同步電動機(jī)同步電動機(jī)19-2 同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī) 第第19章章 同步電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)同步電動機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī) 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)19-1 同步電動機(jī)同步電動機(jī)一、同步電機(jī)的可逆原理一、同步電機(jī)的可逆原理圖19-1 同步電機(jī)的可逆原理 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)改變電樞電流的參考方向，以輸入電流作為電樞電流的正改變電樞電流的參考方向，以輸入電流作為電樞電流的正方向，記為方向，記為IM，此時(shí)輸入電功率為正值，電壓方程式為，此時(shí)輸入電功率為正值，電壓方程式為 隱極同步電動機(jī)隱極同步電動機(jī)sMaMsaXI jrIEXI jrIEU00 )()( 1. 同步電動

2、機(jī)的電壓方程和向量圖同步電動機(jī)的電壓方程和向量圖 二、同步電動機(jī)二、同步電動機(jī)圖19-2 隱極同步電動機(jī)的相量圖和等效電路 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)畫凸極同步電動機(jī)向量圖時(shí)，需要先確定畫凸極同步電動機(jī)向量圖時(shí)，需要先確定0M角。角。 cossinarctan 0M RIUxIUaMMqMMqMaMQXI jrIUE凸極同步電動機(jī)凸極同步電動機(jī)qqMddMaMXI jXI jrIEU0圖19-3 凸極同步電動機(jī)的相量圖 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)2. 同步電動機(jī)的功角特性，功率方程和轉(zhuǎn)矩方程同步電動機(jī)的功角特性，功率方程和轉(zhuǎn)矩方程在電動機(jī)慣例下，把在電動機(jī)慣例下，把 滯后滯后 的功率角為正，用的功

3、率角為正，用 M表示，則表示，則MdqMdemXXUmXUEmP2sin112sin20這時(shí)這時(shí)電磁功率為正，表示從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能電磁功率為正，表示從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。將上式除以同步角速度將上式除以同步角速度1，便得電動機(jī)的，便得電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩MdqdXXmUXUmT2sin112sinE1M10em2同步電動機(jī)的同步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的。的。0EU 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)功率方程功率方程Pem=pFe+pmec+P2 Tem=T0+T21ememPTTem為電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩10mecFeppTT0為空載轉(zhuǎn)矩為空載轉(zhuǎn)矩122PTT2為輸

4、出轉(zhuǎn)矩為輸出轉(zhuǎn)矩P1 = pcua+Pem轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)3. 3. 同步電動機(jī)的運(yùn)行特性同步電動機(jī)的運(yùn)行特性 同步電動機(jī)的運(yùn)行特性包括工作特性工作特性和U形曲線形曲線兩部分。U=UN、If=IfN時(shí)，Tem、IM、cosM=f(P2)。當(dāng)輸出功率當(dāng)輸出功率P2=0時(shí)，電樞電流為很小的空載電流；隨著輸時(shí)，電樞電流為很小的空載電流；隨著輸出功率的增加，電樞電流也隨之增大，電樞電流也隨之增出功率的增加，電樞電流也隨之增大，電樞電流也隨之增大，大，IM=f(P2)近似為一直線近似為一直線。（1）工作特性工作特性 12020PTTTTemTem=f(P2)是一條直線是一條直線

5、 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué) 同步電動機(jī)同步電動機(jī)的的效率特性效率特性與其與其他電機(jī)基本相同。他電機(jī)基本相同?？蛰d時(shí)，空載時(shí)，=0，隨著輸出功率的隨著輸出功率的增加，效率逐步增加，效率逐步增加，達(dá)到某個(gè)增加，達(dá)到某個(gè)最大之后開始下最大之后開始下降。降。圖19-4 同步電動機(jī)的運(yùn)行特性 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)同步電動機(jī)的同步電動機(jī)的功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性與額定功率因數(shù)有關(guān)。與額定功率因數(shù)有關(guān)。曲線曲線1對應(yīng)勵磁電流較小，對應(yīng)勵磁電流較小，空載時(shí)功率因數(shù)等于空載時(shí)功率因數(shù)等于1。曲線曲線2對應(yīng)勵磁電流稍大，對應(yīng)勵磁電流稍大，半載時(shí)功率因數(shù)等于半載時(shí)功率因數(shù)等于1。曲線曲線3對應(yīng)勵磁電流更大，對應(yīng)

6、勵磁電流更大，滿載時(shí)功率因數(shù)等于滿載時(shí)功率因數(shù)等于1。改變勵磁電流，改變勵磁電流，可使電動機(jī)在任意特定負(fù)載下的功率因數(shù)可使電動機(jī)在任意特定負(fù)載下的功率因數(shù)達(dá)到達(dá)到1 1，甚至變成超前，甚至變成超前。圖19-5 同步電動機(jī)的功率因數(shù)特性 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)同步電動機(jī)的最大電磁功率與額定功率之比，稱為過載同步電動機(jī)的最大電磁功率與額定功率之比，稱為過載能力。能力。和發(fā)電機(jī)一樣，增加電動機(jī)的勵磁，可以提高最和發(fā)電機(jī)一樣，增加電動機(jī)的勵磁，可以提高最大電磁功率大電磁功率Pe(max)，從而提高過載能力。從而提高過載能力。 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)U=UN，Pem=C時(shí)，IM=f(If)。 (2)

7、 U形曲線形曲線圖19-6 同步電動機(jī)的U形曲線 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)將變成多少？數(shù)，問電樞電流和功率因磁增加）若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，勵（勢下的功角特性；的標(biāo)么值和該激磁電動電動勢的情況下運(yùn)行時(shí)，激磁）該機(jī)在額定電流，（不計(jì)，求：電樞電阻和磁飽和忽略，電動機(jī)的參數(shù)為額定功率因數(shù)電動機(jī)的無窮大電網(wǎng)上運(yùn)行有一臺同步電動機(jī)接在例 %202 1cos15 .08 .01cos,119*MqdMXX57.2615 . 0arctancossinarctan00 . 1, 1cos00 . 1100*M*q*MM*MMMMUXIUIU為：，于是內(nèi)功率因數(shù)角故電樞電流。由于參考相量，）取電動機(jī)的端電壓為（解：

8、采用標(biāo)幺值計(jì)算。 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)8944. 057.26coscos4473. 057.26sinsin00MMqMMMdMIIII軸分量于是，電流的直軸和交252. 18 . 04473. 057.26cos1 cos*0*0ddMMXIUEE為：激磁電動勢作為功率基值額定視在功率且以電動機(jī)的，中無相數(shù)值表示時(shí)，式注意：用標(biāo)幺mUI0EddXIjqqXIjM57.26 00MMM，故功率角為由于 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)MMMMMdqMdeXXUXUEP2sin375. 0sin565. 1 2sin8 . 015 . 0121sin8 . 01252. 1 2sin112sin*

9、2*0*性公式，可得：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入功角特91.2212sin375. 0sin878. 12sin8 . 015 . 0121sin8 . 01502. 1,502. 1252. 12 . 12 . 1%202*0*0MMeMMMMePPEE，得，用試探法求保持為因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩不變，故此時(shí)功角特性為：，不計(jì)飽和時(shí)，）若勵磁增加（ 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)7786. 05 . 091.22sinsin7261. 08 . 091.22cos502. 1cos*0*qMqMdMdMXUIXUEI軸分量為：樞電流的直軸分量和交于是從相量圖可知，電064. 17786. 07261. 0222*2*q

10、MdMMIII故電樞電流為： 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)06.2091.2297.42 0MMM功率因數(shù)角為：變?yōu)槌啊＜催^勵時(shí)功率因數(shù)將從超前）功率因數(shù)為：1(9393. 006.20coscos M內(nèi)功率因數(shù)角為：97.42064. 17786. 0arccosarccos*0MqMMII 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)的損耗不計(jì)）？各為多少（電動機(jī)總視在功率和功率因數(shù)這兩種情況下，工廠的可供選用，試問（超前）的同步電動機(jī)，動機(jī)和（滯后）的感應(yīng)電，率為（滯后），今欲添置功，的總功率為某工廠電力設(shè)備所消耗例8 . 0coskW4008 . 0coskW4008 . 0coskW2400219MMMk

11、var1800kvar6 . 03000sin6 . 0sin(8 . 0coskVA3000kVA8 . 02400coskW2400SQPSP于是，無功功率為：滯后），故由于視在功率為：有功功率解：工廠原來所耗功率 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)kVA317615002800vark1500)6 . 08 . 04001800(kW2800)4002400(22222QPSQP總視在功率（滯后）總無功功率總有功功率）選用同步電動機(jī)時(shí)：（滯后）總功率因數(shù)不變總視在功率（滯后）總無功功率總有功功率）選用感應(yīng)電動機(jī)時(shí)：（8 . 035002800coskVA3500kVA21002800kvar210

12、0kvar)6 . 08 . 04001800(kW2800kW)4002400(12222QPSQP 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)總功率因數(shù)較高?？傄曉诠β瘦^小，電動機(jī)，工廠所需要的計(jì)算表明，若選用同步滯后）總功率因數(shù)不變(8815. 031762800cosSP 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)4. 同步電動機(jī)的起動同步電動機(jī)的起動同步電動機(jī)僅在同步轉(zhuǎn)速時(shí)才產(chǎn)生恒定的同步電磁轉(zhuǎn)矩。同步電動機(jī)僅在同步轉(zhuǎn)速時(shí)才產(chǎn)生恒定的同步電磁轉(zhuǎn)矩。起動時(shí)若把定子直接投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子加上直流勵磁，則定起動時(shí)若把定子直接投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子加上直流勵磁，則定子旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子磁場靜止不動，定、子旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)

13、，而轉(zhuǎn)子磁場靜止不動，定、轉(zhuǎn)子磁場之間具有相對運(yùn)動，所以作用在轉(zhuǎn)子上的同步電轉(zhuǎn)子磁場之間具有相對運(yùn)動，所以作用在轉(zhuǎn)子上的同步電磁轉(zhuǎn)矩正、負(fù)交變，平均轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)不能自行起動。磁轉(zhuǎn)矩正、負(fù)交變，平均轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)不能自行起動。因此，要把同步電動機(jī)起動起來，必須借助其他方法。因此，要把同步電動機(jī)起動起來，必須借助其他方法。起動方法起動方法異步起動法異步起動法輔機(jī)起動法輔機(jī)起動法變頻起動法變頻起動法圖19-7 同步電動機(jī)的起動示意圖 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)（1）異步起動法）異步起動法起動繞組起動繞組：電機(jī)的主極極靴上設(shè)：電機(jī)的主極極靴上設(shè)有起動繞組，相當(dāng)于感應(yīng)電機(jī)的有起動繞組，相當(dāng)于感應(yīng)電機(jī)的鼠

14、籠繞組。鼠籠繞組。起動方法：起動方法： 起動時(shí)，先把勵磁繞組通過電阻短起動時(shí)，先把勵磁繞組通過電阻短接，然后把定子繞組接到三相交流接，然后把定子繞組接到三相交流電網(wǎng)。電網(wǎng)。 依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的異步依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的異步電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)便能轉(zhuǎn)起來。電機(jī)便能轉(zhuǎn)起來。圖19-8 同步電動機(jī)的起動繞組 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)自耦變壓器籠形起動繞組fU運(yùn)行起動圖圖19-9 異步起動時(shí)的線路圖異步起動時(shí)的線路圖 待轉(zhuǎn)速上升到接近于同待轉(zhuǎn)速上升到接近于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再將勵磁電步轉(zhuǎn)速時(shí)，再將勵磁電流接入勵磁繞組，使轉(zhuǎn)流接入勵磁繞組，使轉(zhuǎn)子建立主極磁場

15、。子建立主極磁場。 此時(shí)依靠定、轉(zhuǎn)子磁場此時(shí)依靠定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用所產(chǎn)生的同步相互作用所產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩，再加上由于電磁轉(zhuǎn)矩，再加上由于凸極效應(yīng)所引起的磁阻凸極效應(yīng)所引起的磁阻轉(zhuǎn)矩，便可能轉(zhuǎn)矩，便可能將轉(zhuǎn)子牽將轉(zhuǎn)子牽入同步。入同步。 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)通常選用與同步電動機(jī)極數(shù)相同的感應(yīng)電動機(jī)作為輔助通常選用與同步電動機(jī)極數(shù)相同的感應(yīng)電動機(jī)作為輔助電動機(jī)，電動機(jī)，當(dāng)輔助電機(jī)把主機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再當(dāng)輔助電機(jī)把主機(jī)拖動到接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再用自整步法把主機(jī)投入電網(wǎng)。用自整步法把主機(jī)投入電網(wǎng)。(2) 輔機(jī)起動方法輔機(jī)起動方法(3) (3) 變頻起動法變頻起動法 起動時(shí)，加上勵磁，把變頻

16、電源起動時(shí)，加上勵磁，把變頻電源輸出頻率調(diào)的很低。輸出頻率調(diào)的很低。變頻器緩慢提高變頻器的輸出頻率，直緩慢提高變頻器的輸出頻率，直到額定頻率。到額定頻率。 切除變頻器。切除變頻器。圖19-10 同步電動機(jī)的變頻起動電路 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué)19-2 同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī) 1.1.同步補(bǔ)償機(jī)的原理同步補(bǔ)償機(jī)的原理 同步補(bǔ)償機(jī)可以看作為空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。在正常勵磁時(shí)，同步補(bǔ)償機(jī)可以看作為空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。在正常勵磁時(shí)，電樞電流極小，接近于零。過勵時(shí)，從電網(wǎng)吸收超前的無功電流；欠電樞電流極小，接近于零。過勵時(shí)，從電網(wǎng)吸收超前的無功電流；欠勵時(shí)，則從電網(wǎng)吸取滯后的無功電流。勵時(shí)，則從電網(wǎng)吸取滯后的無功電流。圖19-11 同步補(bǔ)償機(jī)的原理示意圖 東北電力大學(xué)東北電力大學(xué) 2.2.同步補(bǔ)償機(jī)的額定容量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同步補(bǔ)償機(jī)的額定容量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 同步補(bǔ)償機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有起動繞組，供異步起動之用。同步補(bǔ)償機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有起動繞組，供異步起動