同步電機(jī)(4)同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)

6.4同步電動(dòng)機(jī)與同步調(diào)相機(jī)§1同步電動(dòng)機(jī)§2同步調(diào)相機(jī)§1同步電動(dòng)機(jī)一、同步電機(jī)的可逆運(yùn)行二、同步電動(dòng)機(jī)的基本方程式三、同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)及V形曲線四、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題及其應(yīng)用同步電動(dòng)機(jī)不具有自起動(dòng)能力

同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子電流建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生的，僅僅在兩者相對(duì)靜止時(shí)，才能得到平均電磁轉(zhuǎn)矩。如將同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁，并將定子繞組直接投入電網(wǎng)，這時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)不能起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)不具有自起動(dòng)能力在圖(a)所示瞬間，電磁轉(zhuǎn)矩方向傾向于拖動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，由于機(jī)械慣性，當(dāng)轉(zhuǎn)子還未轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)，定子磁場(chǎng)已轉(zhuǎn)了180度，達(dá)到圖(b)位置，這時(shí)轉(zhuǎn)子又傾向于順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果轉(zhuǎn)子承受了一個(gè)交變的脈振轉(zhuǎn)矩，其平均值為零，故電動(dòng)機(jī)不能自起動(dòng)，為此必須借助其它方法。

1輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)

選用和同步電機(jī)有相同極數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)（容量為主機(jī)的5%~15%）作為輔助電機(jī)，用輔助電機(jī)帶動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)接近同步速，然后合主閘，并立即給同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，利用自整步拉入同步。也有用比同步電機(jī)極數(shù)少兩極的異步電動(dòng)機(jī)作為輔助電機(jī)，將主機(jī)拖到高于同步速后拉斷電源，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到同步速時(shí)，再將同步電動(dòng)機(jī)投入電網(wǎng)，這樣可獲得更大的整步轉(zhuǎn)矩。

此法的缺點(diǎn)是不能在負(fù)載下起動(dòng)，否則要求輔助電機(jī)的容量大，增加整個(gè)機(jī)組設(shè)備投資，所以此方法現(xiàn)在一般不用。

2調(diào)頻起動(dòng)

調(diào)頻起動(dòng)的實(shí)質(zhì)是設(shè)法改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，使定、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩能帶動(dòng)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，為此，起動(dòng)時(shí)需要把調(diào)頻電源的頻率調(diào)得很低，然后逐步增加電源頻率直至額定頻率為止。

此方法的缺點(diǎn)是需要有一套變頻電源，而且勵(lì)磁機(jī)還要由其它電機(jī)拖動(dòng)，因?yàn)椴⒓ぶ绷靼l(fā)電機(jī)低速時(shí)不能產(chǎn)生所需的勵(lì)磁電壓，這種方法設(shè)備昂貴復(fù)雜，一般少用。

3異步起動(dòng)

現(xiàn)代的同步電動(dòng)機(jī)多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電動(dòng)機(jī)籠式繞組的起動(dòng)繞組，結(jié)構(gòu)與同步發(fā)電機(jī)的阻尼繞組一樣，此時(shí)可采用類似于起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)的方法來(lái)起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，這是同步電動(dòng)機(jī)最常用的起動(dòng)方法。

3異步起動(dòng)

此方法是在勵(lì)磁回路串接約為勵(lì)磁繞組10倍的附加電阻而構(gòu)成閉合電路，然后把同步電動(dòng)機(jī)定子繞組直接投入電網(wǎng)，使之按異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，等到轉(zhuǎn)速升到接近于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再接入勵(lì)磁電流，如圖所示，為了減少起動(dòng)電流，對(duì)大型同步電動(dòng)機(jī)，可采用降壓起動(dòng)。

五、反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)

在容量很小的同步電機(jī)中，不必裝設(shè)勵(lì)磁繞組，由于凸極轉(zhuǎn)子的xd≠xq，就會(huì)出現(xiàn)凸極電磁功率和相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩。這種電機(jī)由于只有電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，所以叫做反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。又由于轉(zhuǎn)矩是直軸和交軸磁阻不同而產(chǎn)生的，所以又稱為磁阻同步電動(dòng)機(jī)。這種電機(jī)用在各種自動(dòng)和遙控裝置、儀表、電鐘和電影機(jī)里，其功率可從百分之一瓦到數(shù)百瓦。反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生可以用圖所示的簡(jiǎn)單模型來(lái)說(shuō)明，圖中N、S極表示電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極。

反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)

圖(a)是一個(gè)圓柱形隱極轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子不勵(lì)磁時(shí)，無(wú)論其轉(zhuǎn)子直軸和電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線相差多大角度都不能產(chǎn)生切向電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩。圖(b)是反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的空載情況，電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩TM≈0，于是定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線和轉(zhuǎn)子磁極軸線重合，磁力線不發(fā)生扭斜，空載電流近似為I0＝U/xd，當(dāng)電動(dòng)機(jī)加上機(jī)械負(fù)載時(shí)，則由于轉(zhuǎn)矩不平衡，轉(zhuǎn)子將發(fā)生瞬時(shí)減速，于是轉(zhuǎn)子直軸將落后于電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線一個(gè)角度θ，如圖(c)所示，由圖可見(jiàn)，由于直軸磁路的磁阻較交軸的小很多，故磁力線仍由極靴處進(jìn)入轉(zhuǎn)子，使磁場(chǎng)發(fā)生扭斜，并由此產(chǎn)生與定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相同的磁阻轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。如果θ