同步電機(4)同步電動機和調(diào)相機

6.4同步電動機與同步調(diào)相機§1同步電動機§2同步調(diào)相機§1同步電動機一、同步電機的可逆運行二、同步電動機的基本方程式三、同步電動機的無功調(diào)節(jié)及V形曲線四、同步電動機的起動問題及其應(yīng)用同步電動機不具有自起動能力

同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子電流建立的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用而產(chǎn)生的，僅僅在兩者相對靜止時，才能得到平均電磁轉(zhuǎn)矩。如將同步電動機轉(zhuǎn)子通入直流勵磁，并將定子繞組直接投入電網(wǎng)，這時定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場間有相對運動，所以不能產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，電機不能起動同步電動機不具有自起動能力在圖(a)所示瞬間，電磁轉(zhuǎn)矩方向傾向于拖動轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)，由于機械慣性，當轉(zhuǎn)子還未轉(zhuǎn)起來時，定子磁場已轉(zhuǎn)了180度，達到圖(b)位置，這時轉(zhuǎn)子又傾向于順時針轉(zhuǎn)動，結(jié)果轉(zhuǎn)子承受了一個交變的脈振轉(zhuǎn)矩，其平均值為零，故電動機不能自起動，為此必須借助其它方法。

1輔助電動機起動

選用和同步電機有相同極數(shù)的異步電動機（容量為主機的5%~15%）作為輔助電機，用輔助電機帶動同步電動機接近同步速，然后合主閘，并立即給同步電動機勵磁，利用自整步拉入同步。也有用比同步電機極數(shù)少兩極的異步電動機作為輔助電機，將主機拖到高于同步速后拉斷電源，當轉(zhuǎn)速降到同步速時，再將同步電動機投入電網(wǎng)，這樣可獲得更大的整步轉(zhuǎn)矩。

此法的缺點是不能在負載下起動，否則要求輔助電機的容量大，增加整個機組設(shè)備投資，所以此方法現(xiàn)在一般不用。

2調(diào)頻起動

調(diào)頻起動的實質(zhì)是設(shè)法改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，使定、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩能帶動轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，為此，起動時需要把調(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。

此方法的缺點是需要有一套變頻電源，而且勵磁機還要由其它電機拖動，因為并激直流發(fā)電機低速時不能產(chǎn)生所需的勵磁電壓，這種方法設(shè)備昂貴復雜，一般少用。

3異步起動

現(xiàn)代的同步電動機多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電動機籠式繞組的起動繞組，結(jié)構(gòu)與同步發(fā)電機的阻尼繞組一樣，此時可采用類似于起動籠型異步電動機的方法來起動同步電動機，這是同步電動機最常用的起動方法。

3異步起動

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

五、反應(yīng)式同步電動機反應(yīng)式同步電動機

在容量很小的同步電機中，不必裝設(shè)勵磁繞組，由于凸極轉(zhuǎn)子的xd≠xq，就會出現(xiàn)凸極電磁功率和相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩。這種電機由于只有電樞反應(yīng)磁場，所以叫做反應(yīng)式同步電動機。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機。這種電機用在各種自動和遙控裝置、儀表、電鐘和電影機里，其功率可從百分之一瓦到數(shù)百瓦。反應(yīng)式同步電動機反應(yīng)式同步電動機轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生可以用圖所示的簡單模型來說明，圖中N、S極表示電樞旋轉(zhuǎn)磁場的磁極。

反應(yīng)式同步電動機

圖(a)是一個圓柱形隱極轉(zhuǎn)子。當轉(zhuǎn)子不勵磁時，無論其轉(zhuǎn)子直軸和電樞旋轉(zhuǎn)磁場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)式電動機的空載情況，電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩TM≈0，于是定子旋轉(zhuǎn)磁場軸線和轉(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，當電動機加上機械負載時，則由于轉(zhuǎn)矩不平衡，轉(zhuǎn)子將發(fā)生瞬時減速，于是轉(zhuǎn)子直軸將落后于電樞旋轉(zhuǎn)磁場軸線一個角度θ，如圖(c)所示，由圖可見，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入轉(zhuǎn)子，使磁場發(fā)生扭斜，并由此產(chǎn)生與定子磁場轉(zhuǎn)向相同的磁阻轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩相平衡。如果θ