第七章 同步電機(jī)

第七章同步電機(jī)同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理同步發(fā)電機(jī)的運行原理同步電機(jī)的電樞反應(yīng)同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運行同步電動機(jī)和同步補償機(jī)同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式

旋轉(zhuǎn)磁極式

隱極式凸極式同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)（機(jī)械能電能）同步電動機(jī)（電能機(jī)械能）同步調(diào)相機(jī)（改善電網(wǎng)功率因數(shù)）2.主要分類：1.同步電機(jī)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（n）與電樞繞組感應(yīng)電勢的頻率（f）嚴(yán)格成正比的電機(jī)。7.1同步電機(jī)的類型和構(gòu)造按用途按結(jié)構(gòu)一、隱極同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（圖片）定子轉(zhuǎn)子大型發(fā)電機(jī)吊裝現(xiàn)場圖片左江24MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在吊裝三峽左岸發(fā)電機(jī)定子總裝配VGS發(fā)電機(jī)定子鐵芯三峽左岸發(fā)電機(jī)定子總裝配發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

VGS發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同步電機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁極形狀可分為隱極和凸極兩種型式。凸極同步電機(jī)氣隙不均勻，適合于中速或低速旋轉(zhuǎn)場合隱極同步電機(jī)在不考慮齒槽效應(yīng)時，氣隙均勻，適合于高速旋轉(zhuǎn)同步電機(jī)結(jié)構(gòu)特點轉(zhuǎn)子：磁極（直流激磁）定子：電樞（三相對稱繞組）磁極：凸極式：有明顯磁極，集中繞組，氣隙不均勻。隱極式：圓柱形，氣隙均勻，分布繞組。同步電機(jī)的分類①按運行方式和功轉(zhuǎn)換方向：同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)、同步調(diào)相機(jī)②按結(jié)構(gòu)分：旋轉(zhuǎn)磁極式、旋轉(zhuǎn)電樞式(小容量)③按磁極的形狀分：隱極機(jī)、凸極機(jī)④按原動機(jī)的類別分：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)速高、離心力大(p=1,p=2)——隱極式水輪發(fā)電機(jī)——轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多——凸極式一、同步電機(jī)的運行狀態(tài)發(fā)電機(jī)——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能

電動機(jī)——把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能補償機(jī)——沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸收無功功率

同步電機(jī)運行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁場與轉(zhuǎn)子主磁場之間的夾角δ，δ稱為功率角

7.2同步電機(jī)的運行狀態(tài)和勵磁方式NNoNoNoNNSoSoSSSSo主極主極同步電機(jī)的三種運行狀態(tài)發(fā)電機(jī)補償機(jī)電動機(jī)二、同步電機(jī)的勵磁方式1、直流勵磁機(jī)勵磁——直流勵磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵或他勵接法。

2、整流器勵磁——靜止式旋轉(zhuǎn)式GG副勵磁機(jī)主勵磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)帶副勵磁機(jī)的勵磁系統(tǒng)交流副勵磁機(jī)交流主勵磁機(jī)不可控整流起器電壓調(diào)整器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器可控整流起器自勵恒壓器靜止整流器勵磁系統(tǒng)在中、小型電機(jī)中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機(jī)的容量很大時，電機(jī)內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。在大型汽輪發(fā)電機(jī)中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，但氫氣與空氣混合后，有爆炸危險，必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電機(jī)內(nèi)部。目前在更大容量的發(fā)電機(jī)中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體（如圖），冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機(jī)的溫升。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣及水等。7.2.2冷卻方式7.2.3額定值額定容量SN(或額定功率PN)——指額定運行時電機(jī)的輸出功率額定電壓UN

——指額定運行時定子的線電壓額定電流IN——指額定運行時定子的線電流額定功率因數(shù)cosΦ——指額定運行時電機(jī)的功率因數(shù)額定頻率fN——指額定運行時電樞的頻率。我國標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50Hz額定轉(zhuǎn)速nN

——指額定運行時電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對同步電機(jī)而言，即為同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子通直流電流If勵磁磁場Bf電樞感應(yīng)電動勢隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ω三相對稱負(fù)載運行時旋轉(zhuǎn)基波磁動勢三相對稱電樞電流iabc(同步電機(jī))SNneaebecIf7.3同步電機(jī)的工作原理同步發(fā)電機(jī)

同步機(jī)的定子（電樞）和三相異步電動機(jī)的一樣；而它的轉(zhuǎn)子是磁極，由直流勵磁。同步電動機(jī)定子三相繞組通入三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近n1時，對轉(zhuǎn)子勵磁。轉(zhuǎn)子磁場因受定子磁場磁拉力的作用而隨定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)子磁場的磁極對數(shù)與定子磁場的磁極對數(shù)相等。課堂討論2、同步電機(jī)的定子還是轉(zhuǎn)子稱為電樞？定子，轉(zhuǎn)子稱為磁極3、凸極機(jī)和隱極機(jī)氣隙大小的差別1、何為同步？何為異步？7.4同步發(fā)電機(jī)的運行一、空載磁場空載運行時，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。主極磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ兩部分，前者通過氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分。二、空載特性當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主磁場將在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出對稱三相電動勢（激磁電動勢）

空載特性：激磁電動勢與勵磁電流之間的關(guān)系。1.空載感應(yīng)電動勢的大小與頻率基波電動勢：E0=4.44fNkN1Φ0n速旋轉(zhuǎn)主磁通Φ0漏磁通Φfσ定子感應(yīng)電勢eabcn感應(yīng)電勢勵磁電流磁動勢2.空載電動勢與勵磁電流的關(guān)系電機(jī)磁路的飽和系數(shù)當(dāng)轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，為磁路的磁化特性曲線相似(成比例)與)()(00ffIfFfE=F=IfFf隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n基波E0（）接三相對稱負(fù)載三相對稱電流iabc(f)旋轉(zhuǎn)磁勢基波(電樞磁勢)大小轉(zhuǎn)速方向與轉(zhuǎn)子同向Ff(激磁電流）與Fa同速同相旋轉(zhuǎn)，相對靜止。一．電磁過程

7.4.2對稱負(fù)載時的電樞反應(yīng)jY····dj+=Y::;,:0與負(fù)載有關(guān)；的時間相位角與是外功率因數(shù)角與電機(jī)參數(shù)與是內(nèi)功率因數(shù)角d功率角(功角)··:0三者關(guān)系的時間相位角。與UEIUIE直軸（縱軸、d軸）：主磁極軸線位置。

交軸（橫軸、q軸）：與直軸成900電角度的位置。相軸：

每相繞組的軸線位置。

的時間相位角時軸:時間相量在其上投影可得瞬時值

幾個基本概念的時間相位角，及負(fù)載有關(guān)。二．電樞反應(yīng)

電樞反應(yīng):同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時電樞磁通勢的基波在氣隙中所產(chǎn)生的磁場對主磁場基波的影響，稱為電樞反應(yīng)。氣隙磁通的大小及位置均發(fā)生變化。Ψ+900FδFad軸q軸A軸AX

ZBCYFfNS時軸結(jié)論：Fa=Faq，為交軸電樞磁勢，產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)，“交磁作用”，使氣隙磁場“歪扭”1.內(nèi)功率因數(shù)角ψ=0o時(負(fù)載為純阻性)2.內(nèi)功率因數(shù)角ψ=90o時(負(fù)載為純感性)時軸ψd軸q軸A軸AXZBCYFfNSFa結(jié)論：Fa=Fad直軸去磁電樞反應(yīng)。滯后90o3.內(nèi)功率因數(shù)角ψ＝－90o時(負(fù)載為容性)結(jié)論：Fa=Fad直軸助磁電樞反應(yīng)。時軸ψd軸q軸A軸AXZBCYFfNSFa超前90o4.內(nèi)功率因數(shù)角ψ：90o>ψ>-90o時時軸ψd軸q軸A軸AXZBCYFfNSΨ+900FaFa(1)0<ψ<90o時(負(fù)載為感性)

FaFad，與Ff1反向，去磁性質(zhì)Faq，與Ff1正交，交磁性質(zhì)(2)－90o<ψ<0o時(負(fù)載為容性)

FaFad，與Ff1同向，助磁性質(zhì)Faq，與Ff1正交，交磁性質(zhì)當(dāng)ψ角為不同值的電樞反應(yīng)

位置夾角記作電樞反應(yīng)性質(zhì)對電機(jī)的影響負(fù)載性質(zhì)n(f)UΨ=00q軸Ψ+900交軸波形畸變下降不變RΨ=900d軸Ψ+900直、去削弱不變下降LΨ=-900d軸Ψ+900直、助增強(qiáng)不變上升C00<Ψ<900d、q軸Ψ+900交、直去削弱下降下降R、L-900<Ψ<00d、q軸Ψ+900交、直助增強(qiáng)下降上升R、C同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運行時物理量的關(guān)系：一、不考慮磁飽和時7.5隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路采用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時，電樞的電壓方程為因可---電樞反應(yīng)電抗稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗，不計飽和時，是一個常值。Xs=Xa+Xσ隱極同步發(fā)電機(jī)的向量圖返回隱極同步發(fā)電機(jī)的向量（角度關(guān)系）返回隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路考慮磁飽和時，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動勢F，然后利用電機(jī)的磁化曲線(空載曲線)求出負(fù)載時的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動勢。二、考慮磁飽和時再從氣隙電動勢減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即或返回電動勢-磁動勢圖空載曲線返回由合成磁動勢F確定氣隙電動勢E一、雙反應(yīng)理論7.6凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖雙反應(yīng)理論：考慮到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別處理然后疊加的方法。凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大，故直軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λd要比交軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λq大很多。當(dāng)正弦分布的電樞磁動勢作用在直軸上時，由于λd較大，故在一定大小的磁動勢下，直軸基波磁場的幅值Bad1相對較大。直軸與交軸的氣隙磁導(dǎo)雙反應(yīng)理論—磁動勢雙反應(yīng)理論—氣隙磁場不考慮磁飽和時同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運行時物理量的關(guān)系：二、凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖，采用發(fā)電機(jī)慣例，電樞的電壓方程為：不計磁飽和時用相應(yīng)的負(fù)電抗壓降來表示--直軸電樞反應(yīng)電抗--交軸電樞反應(yīng)電抗--交軸同步電抗--直軸同步電抗返回凸極同步發(fā)電機(jī)的向量圖引入虛擬電動勢，使確定內(nèi)功率因數(shù)角可得對應(yīng)的相量圖如圖所示由此得凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路，如圖所示返回角的確定凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路圖返回由于電抗與繞組匝數(shù)的平方和所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)成正比，所以如圖所示。對于凸極電機(jī)，由于直軸下的氣隙較交軸下小，>，所以Xad>Xaq，因此在凸極同步電機(jī)中，Xd>Xq。對于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故Xd≈Xq≈Xs

三、直軸和交軸同步電抗的意義直軸電樞磁導(dǎo)交軸電樞磁導(dǎo)凸極同步電機(jī)電樞反應(yīng)磁通及所經(jīng)磁路及磁導(dǎo)返回練習(xí)：一臺凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸和交軸同步電抗的標(biāo)幺值為，，電樞電阻略去不計，試計算該機(jī)在額定電壓、額定電流、(滯后)時激磁電動勢

的標(biāo)幺值(不計飽和)

虛擬電動勢為解以端電壓作為參考相量即δ角為19．44°，于是電樞電流的直軸、交軸分量和激磁電動勢分別為練習(xí)二：計算上題中凸極發(fā)電機(jī)在額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)（滯后）

的情況下運行時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率。已知發(fā)電機(jī)的額定容量為93750kVA。解：用標(biāo)幺值計算注意：用標(biāo)幺值計算時，不用乘以3，因為基準(zhǔn)值是三相容量7.6同步電機(jī)參數(shù)的測定一、用空載特性和短路特性確定Xd空載試驗試驗過程：電樞開路(空載)，用原動機(jī)把被試同步電機(jī)拖動到同步轉(zhuǎn)速，改變勵磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0(空載時即等于E0），直到U0≈1.25UN左右，可得空載特性曲線空載曲線短路實驗接線圖短路特性圖短路試驗試驗過程：將被試同步電機(jī)的電樞端點三相短路，用原動機(jī)拖動被試電機(jī)到同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵磁電流If使電樞電流I從零起一直增加到1.2IN左右，便可得到短路特性曲線，

短路時，，故，，而

所以

因為短路試驗時磁路為不飽和，所以這里的E0(每相值)應(yīng)從氣隙線上查出，如圖所示，求出的Xd值為不飽和值。

返回用空載和短路特性來確定Xd的飽和值與主磁路的飽和情況有關(guān)。主磁路的飽和程度取決于實際運行時作用在主磁路上的合成磁動勢，因而取決于相應(yīng)的氣隙電動勢；如果不計漏阻抗壓降，則可近似認(rèn)為取決于電樞的端電壓，所以通常用對應(yīng)于額定電壓時的Xd值作為其飽和值。為此，從空載曲線上查出對應(yīng)于額定端電壓UN時的勵磁電流If0，再從短路特性上查出與該勵磁電流相應(yīng)的短路電流，如圖所示，這樣即可求出Xd(飽和)(飽和)的確定7.7同步發(fā)電機(jī)的運行特性一、同步發(fā)電機(jī)的運行特性外特性:發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即n＝n1，If=常值，cosφ=常值時，U=f(I)。

運行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。

cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前同步發(fā)電機(jī)的外特性cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性調(diào)整特性:發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時，勵磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即n＝n1，U=UN，cosφ=常值時，If=f(I)。效率特性:轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系；即n＝n1，U=UN，cosφ=cosφN時，η=f(P2)。7.8同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運行同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)的條件和方法同步發(fā)電機(jī)的功角特性并聯(lián)運行時同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)7.8.1投入并聯(lián)的條件和方法(1)波形相同(2)頻率相同(3)幅值相同(4)相位相同(5)相序相同1.并聯(lián)條件發(fā)電機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓滿足以下條件：整步過程：為了將發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)運行所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過程。準(zhǔn)確整步法：將發(fā)電機(jī)調(diào)到完全符合投入并聯(lián)條件，然后投入電網(wǎng)。自整步法：先驗證發(fā)電機(jī)相序，拖到同步轉(zhuǎn)速，然后直接加入電網(wǎng)。準(zhǔn)確同步法－直接接法接線圖向量圖電機(jī)各端與電網(wǎng)同相端對應(yīng)，三燈泡同時亮、暗，當(dāng)燈泡亮、暗頻率很低并且燈泡變暗的瞬間為合閘的最佳時機(jī)。2.并聯(lián)方法接線圖向量圖準(zhǔn)確同步法－交叉接法一相燈泡同端連接，另外兩組交叉連接，三組燈泡依次亮、暗，當(dāng)三組燈泡亮度旋轉(zhuǎn)速度很慢且第一組燈泡變暗的瞬間為合閘的最佳時機(jī)。7.9同步發(fā)電機(jī)的功角特性4.9.1同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩原動機(jī)nP1P2(輸入功率)(電磁功率)機(jī)械損耗鐵耗附加損耗定子繞組銅耗輸出電功率可得功率平衡方程又有由凸極機(jī)與隱極機(jī)向量圖，有所以有兩邊除以機(jī)械角速度Ω，有：空載損耗轉(zhuǎn)矩平衡方程由功率關(guān)系有：7.9.2同步發(fā)電機(jī)的功角特性功角特性：當(dāng)E0和U保持不變時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電磁功率和功率角之間的關(guān)系忽略定子電阻時，由凸極機(jī)向量圖，有代入上式，得功角特性表達(dá)式基本電磁功率附加電磁功率隱極同步發(fā)電機(jī)功角特性用標(biāo)么值表示為：凸極同步發(fā)電機(jī)功角特性凸極電機(jī)功角特性的一般化表達(dá)式基本電磁功率附加電磁功率用標(biāo)么值表示為：練習(xí)：有一臺70000kVA、13.8kV（星形連接），（滯后）的三相水輪發(fā)電機(jī)直接與電網(wǎng)相連。已知發(fā)電機(jī)參數(shù)：，，電樞電阻忽略不計。試求額定負(fù)載時發(fā)電機(jī)的功率角和激磁電動勢，以及保持該勵磁時發(fā)電機(jī)的基本電磁功率及附加電磁功率的最大值。解：額定相電壓：額定相電流：內(nèi)功率因數(shù)角：功率角：由向量圖，有激磁電動勢：基本電磁功率最大值：附加電磁功率最大值:7.10并聯(lián)運行時同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)無窮大電網(wǎng)：電網(wǎng)的頻率和電壓不受負(fù)載變化或其他擾動的影響而保持為常數(shù)的電網(wǎng)。即恒頻恒壓的交流電網(wǎng)。為分析簡便，以下都以隱極電機(jī)為例，并且不計飽和影響，忽略電樞電阻，視電網(wǎng)為“無窮大電網(wǎng)”，即U和f保持恒定。

要增加發(fā)電機(jī)輸出功率(有功功率)，就必須增加原動機(jī)輸入功率，使功率角增大。當(dāng)角增至90°，輸出電磁功率達(dá)最大值Pemmax時，若繼續(xù)增加輸入功率，則輸入和輸出之間的平衡關(guān)系被破壞，致使電機(jī)轉(zhuǎn)子不斷加速并最終失步。一、有功功率調(diào)節(jié)Pemmax：極限功率功角δ的雙重物理意義1、是電動勢和電壓間的時間相角差。2、是勵磁磁勢和合成磁勢間的空間相角差。δδ功角δ意義的圖示A：NSFδδNSFfT1nTemn1功角δ意義的圖示B功角δ是轉(zhuǎn)子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角P090180（o）c１.靜態(tài)穩(wěn)定的分析發(fā)電機(jī)輸入功率增量（擾動）使，，如圖10-2(a)中實線所示如圖10-2(a)中虛線所示二、靜態(tài)穩(wěn)定功－角特性曲線擾動消失2.靜態(tài)不穩(wěn)定的分析擾動使，如圖10-2(b)中實線所示，a’°°a’’at=0t(a)°°t=0t(b)

圖10-2功率角的變化過程(a)在a點運行;(b)在b點運行擾動消失靜態(tài)穩(wěn)定的條件

靜態(tài)穩(wěn)定極限點：

其對應(yīng)的功率稱為靜態(tài)穩(wěn)定極限功率當(dāng)電網(wǎng)或原動機(jī)偶然發(fā)生微小擾動時，若在擾動消失后發(fā)電機(jī)能自行回復(fù)到原運行狀態(tài)穩(wěn)定運行，則稱發(fā)電機(jī)是靜態(tài)穩(wěn)定的；反之，就是不穩(wěn)定的。整步功率系數(shù)穩(wěn)定運行區(qū)域：對隱極電機(jī)，則穩(wěn)定運行區(qū)域為過載能力：最大電磁功率與額定功率之比整步功率系數(shù)其值越大，表明保持同步的能力越高，發(fā)電機(jī)的性能越好對隱極機(jī)由圖可以看出，E0的末端軌跡在直線CD上移動，I的末端軌跡在直線AB上移動。三、無功功率調(diào)節(jié)與V形曲線1.無功功率調(diào)節(jié)以隱極電機(jī)為例，忽略電樞電阻，輸出有功功率恒定Imin2.V形曲線當(dāng)調(diào)節(jié)勵磁電流If

時，E0變化，負(fù)載電流I改變。但是和不變化V形曲線特點：1、每條曲線的最低點：cosφ=1，連線向右傾斜2、不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：δ=900，連線向右傾斜。1、正常勵磁：φ=0，cosφ=1，發(fā)P，Q=02、過勵磁：φ>0，cosφ滯后，發(fā)P，Q感性3、欠勵磁：φ<0，cosφ超前，發(fā)P，Q容性同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)一般采用凸極結(jié)構(gòu)；磁極表面安裝有起動繞組（阻尼繞組）。同步電動機(jī)的優(yōu)點可以改善功率因數(shù)；低速時，同步電動機(jī)的體積與重量比同容量、同轉(zhuǎn)速的感應(yīng)電動機(jī)要??；氣隙大，Xd小，過載能力高，靜態(tài)穩(wěn)定性好。同步電動機(jī)的缺點起動不方便；只適合恒速負(fù)載；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。4.11同步電動機(jī)與同步補償機(jī)

同步機(jī)的定子（電樞）和三相異步電動機(jī)的一樣；而它的轉(zhuǎn)子是磁極，由直流勵磁。同步電動機(jī)工作原理定子三相繞組通入三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近n1時，對轉(zhuǎn)子勵磁。轉(zhuǎn)子磁場因受定子磁場磁拉力的作用而隨定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)子磁場的磁極對數(shù)與定子磁場的磁極對數(shù)相等。同步電機(jī)運行狀態(tài)的變化SN定子合成磁場N0S0主磁極TeδnsT1SN定子合成磁場Te=0N0S0主磁極nsT1SN定子合成磁場N0S0主磁極T2δnsTe同步電機(jī)電壓方程與相量圖發(fā)電機(jī)慣例：電動機(jī)慣例：同步電動機(jī)電壓方程～同步電機(jī)電壓方程與相量圖發(fā)電機(jī)慣例：電動機(jī)慣例：同步電動機(jī)的功角特性發(fā)電機(jī)慣例：電動機(jī)慣例：同步電動機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程功率方程：轉(zhuǎn)矩方程：其中：同步電動機(jī)的運行特性O(shè)前提：U＝UN，If＝IfN工作特性：Te＝f(P2)IM＝f(P2)η＝f(P2)cosφ＝f(P2)ηTeT0IMI0一、同步電動機(jī)的工作特性同步電動機(jī)的功率因數(shù)特性IfI’fI”fIf<I’f<I”f1.01.0O超前滯后結(jié)論：在同一勵磁電流下，隨著負(fù)載的增加，功率因數(shù)從超前變到滯后；在同一負(fù)載下，調(diào)節(jié)勵磁電流，可以改善功率因數(shù)。同步電動機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)正常勵磁：φM=0，cosφM=1，Q=0過勵磁：φM<0，cosφM超前，Q<0(容性)欠勵磁：φM>0，cosφM滯后，Q>0(感性)同步電動機(jī)的V形曲線正常勵磁超前過勵滯后欠勵不穩(wěn)定區(qū)IfIMOPe=0P’e>0P”e>P’ecosφM=1cosφM=0.8