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1、19-1 同步电动机19-2 同步补偿机,第19章 同步电动机和同步补偿机,19-1 同步电动机,一、同步电机的可逆原理,图19-1 同步电机的可逆原理,改变电枢电流的参考方向，以输入电流作为电枢电流的正方向，记为IM，此时输入电功率为正值，电压方程式为,隐极同步电动机,1.同步电动机的电压方程和向量图,二、同步电动机,图19-2 隐极同步电动机的相量图和等效电路,画凸极同步电动机向量图时，需要先确定0M角。,凸极同步电动机,图19-3 凸极同步电动机的相量图,2.同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程在电动机惯例下，把 滞后 的功率角为正，用M表示，则,这时电磁功率为正，表示从电能转换为机
2、械能。,将上式除以同步角速度1，便得电动机的电磁转矩,同步电动机的电磁转矩是驱动性质的。,功率方程,Pem=pFe+pmec+P2,Tem=T0+T2,Tem为电动机的电磁转矩,T0为空载转矩,T2为输出转矩,P1=pcua+Pem,转矩方程,3.同步电动机的运行特性 同步电动机的运行特性包括工作特性和U形曲线两部分。,U=UN、If=IfN时，Tem、IM、cosM=f(P2)。,当输出功率P2=0时，电枢电流为很小的空载电流；随着输出功率的增加，电枢电流也随之增大，电枢电流也随之增大，IM=f(P2)近似为一直线。,（1）工作特性,Tem=f(P2)是一条直线,同步电动机的效率特性与其他电
3、机基本相同。空载时，=0，随着输出功率的增加，效率逐步增加，达到某个最大之后开始下降。,图19-4 同步电动机的运行特性,同步电动机的功率因数特性与额定功率因数有关。,曲线1对应励磁电流较小，空载时功率因数等于1。,曲线2对应励磁电流稍大，半载时功率因数等于1。,曲线3对应励磁电流更大，满载时功率因数等于1。,改变励磁电流，可使电动机在任意特定负载下的功率因数达到1，甚至变成超前。,图19-5 同步电动机的功率因数特性,同步电动机的最大电磁功率与额定功率之比，称为过载能力。和发电机一样，增加电动机的励磁，可以提高最大电磁功率Pe(max)，从而提高过载能力。,U=UN，Pem=C时，IM=f(
4、If)。,(2)U形曲线,图19-6 同步电动机的U形曲线,内功率因数角为：,4.同步电动机的起动,同步电动机仅在同步转速时才产生恒定的同步电磁转矩。起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的同步电磁转矩正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。因此，要把同步电动机起动起来，必须借助其他方法。,起动方法,异步起动法辅机起动法变频起动法,图19-7 同步电动机的起动示意图,（1）异步起动法,起动绕组：电机的主极极靴上设有起动绕组，相当于感应电机的鼠笼绕组。,起动方法：,起动时，先把励磁绕组通过
5、电阻短接，然后把定子绕组接到三相交流电网。,依靠定子旋转磁场和转子绕组中感应电流所产生的异步电磁转矩，电机便能转起来。,图19-8 同步电动机的起动绕组,待转速上升到接近于同步转速时，再将励磁电流接入励磁绕组，使转子建立主极磁场。,此时依靠定、转子磁场相互作用所产生的同步电磁转矩，再加上由于凸极效应所引起的磁阻转矩，便可能将转子牵入同步。,通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机作为辅助电动机，当辅助电机把主机拖动到接近同步转速时，再用自整步法把主机投入电网。,(2)辅机起动方法,(3)变频起动法,起动时，加上励磁，把变频电源输出频率调的很低。,缓慢提高变频器的输出频率，直到额定频率。,切除变
6、频器。,图19-10 同步电动机的变频起动电路,19-2 同步补偿机,1.同步补偿机的原理,同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机。在正常励磁时，电枢电流极小，接近于零。过励时，从电网吸收超前的无功电流；欠励时，则从电网吸取滞后的无功电流。,图19-11 同步补偿机的原理示意图,2.同步补偿机的额定容量和结构特点,同步补偿机的转子上装有起动绕组，供异步起动之用。为提高材料利用率，大型补偿机常常采用氢冷。,同步补偿机的额定容量是按过励时所能补偿的无功功率来确定，其容量主要受定、转子绕组温升的限制。,由于补偿机不带任何机械负载，故可没有轴伸，对其机械结构 要求亦较低。,允许其同步电抗稍大，因而电机的用铜量较少、造价较低。,
