电机学第15章 同步电动机和同步调相机.ppt

第,15,章 同,步电动机和同步调相机,内容,15.3,同步电动机的起动,15.1,同步电动机的工作原理,15.2,同步电动机的功角特性与磁阻电动机,15.4,同步调相机,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。,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。,掌握同步电动机的起动方法。,掌握同步调相机的工作原理和特点。,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。,一、同步电机的可逆原理,1.,发电机运行,电磁转矩为制动转矩。,转子磁场在前,合成磁场在后,机械功率电功率,逐渐调节,发电机,空载,2.,空载运行,如果撤去原动机,:,同步发电机,空载运行,电动机,空载,这是，合成磁场略超前转子磁场，若忽略空载损耗，则,如果撤去原动机，并带上机械负载：,3.,同步电动机运行,合成磁场在前,转子磁场在后,电功率 机械功率,电磁转矩为驱动转矩,电动机,发电机,空 载,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：,有功电流为负值，,可见：,无功电流滞后电压,90,o,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。,说明：发电机向电网,隐极同步电动机,凸极同步电动机,按,电动机惯例,画图，同步电动机的相量图：,同步电动机的电动势平衡方程,电流相量,转过,可见，过励运行的同步电动机，相当于电容器，可提高电网的功率因数。,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。,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。,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；,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：,例,15.1.1,15.2,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，,即吸收功率。,发电机运行时，为正；电动机运行时，为负。,按发电机来写电动机功角特性,（吸收正功率）,按电动机来写电动机功角特性：,（设 为正）,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，,此时电动机的电磁功率为：,该电磁功率对应的电磁转矩，称为,磁阻转矩。,可见，凸极同步电动机的转子上无励磁时，,也能拖动一定的机械负载工作。,它是由于电机的交、直磁阻不等（,）而产生的。,这种电动机称为磁阻电动机。,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，,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，,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,。,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，,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。,起动时，把励磁绕组串联一个比自身电阻大,5,10,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。,注意：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。,1.,异步起动,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%,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，,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。,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。,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，,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。,正常励磁 过励 欠励,同步调相机的相量图,忽略损耗，则,定子电流全是无功电流。,正常励磁,不发无功功率。,过励时：,向电网发出感性无功功率，,即从电网吸取容性无功功率，,调相机起电容器的作用。,欠励时：,向电网发出容性无功功率，,即从电网吸取感性无功功率。,在电力网中，每,100,万,kVA,的发电容量，一般要求有,15,30,万,kVar,的调相,容量与之配合，所以调相机利用率较高。,同步调相机一般装在靠近负荷中心的变电所中。,同步调相机的额定容量是指它在过励时的视在功率。,本章结束,