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1、第五篇 同步机,第24章 同步电动机和同步补偿机24.1 同步电动机的原理24.2 同步电动机的特性24.3 同步电动机的起动24.4 同步补偿机,24.1.1 电压方程、等效电路、相量图24.1.2 功角特性、功率方程24.1.3 电磁转矩、转矩方程,24.1 同步电动机的原理,1 隐极电动机的电压方程2 隐极电动机的等效电路3 隐极电动机的相量图4 凸极电动机的电压方程5 凸极电动机的相量图-不要求6 电动机的电枢反应-不要求,24.1.1 同步电动机的 电压方程、等效电路、相量图,为了应用方便，改用电动机惯例，即以输入电流作为正方向，以输入电功率作为正值，有关物理量的下标加M，代入发电机
2、的电压方程可得到隐极同步电动机的电压方程：,1 隐极电动机的电压方程,2 隐极电动机的等效电路,3 隐极电动机的相量图,上图为以发电机惯例表示的电动机状态：Pe,和0均在2、3象限。cos,cos0右图为以电动机惯例表示的电动机状态。,从发电机惯例（左）到电动机惯例（下）,3 隐极电动机的相量图：续1,关于0：课本第220页下部指出：同步电机的功角特性，0180时，电磁功率为正值，对应于发电机状态；-1800时，电磁功率为负值，对应于电动机状态。从上页电动机相量图可见，0，正相吻合。,3 隐极电动机的相量图：续2,隐极电动机相量图的特点：1）E0在U之下，即相量E0落后于相量U，亦即 功率角为
3、负。2）典型状态为电流超前于电压，即对电网而言，同步电动机相当于一个电容器。,类似地可得凸极电动机的电压方程：,4 凸极电动机的电压方程,5 凸极电动机的相量图,参见课本第226页。不要求。此略。,6 电动机的电枢反应,参见课本第226页。本页ppt内容不要求掌握。,同步电动机电枢反应的性质与发电机的相反。即电枢电流滞后于励磁电势时，电枢反应有增磁作用；超前时，有去磁作用。理由如下：在讨论同步发电机电枢反应时，A相电枢电流的正向（X进A出）与+A相轴的方向符合右手螺旋惯例。B、C相类似。这样一来，当某相电流最大时，三相合成磁势的幅值就落到该相正相轴上。如果时相合一，那么电枢电流相量和电枢磁势矢
4、量就同相位。在这些前提下，我们有发电机电枢反应效应的结论：电枢电流滞后励磁电势时电枢反应有去磁性，反之有增磁性。现在，对同步电动机，电枢电流的正向刚好与同步发电机的相反。电动机的电枢电流超前励磁电势时，相当于发电机的电枢电流滞后励磁电势，反之亦然。因而二者电枢反应的性质刚好相反。,6 电动机的电枢反应：续1,前面画出了典型状态下隐极电动机的相量图。该图中电枢电流超前端电压。并且提到：典型状态下，对电网而言，同步电动机相当于电容器。相当于电容器的同步电动机，电流超前电压，电枢反应有去磁性，电动机处于过励状态。反之，相当于电感器的同步电动机，电流落后电压，电枢反应有增磁性，电动机处于欠励状态。电容
5、器从电网汲取容性无功。这一说法相当于把电容器看作电网的负载-负载从电源汲取某种东西。容性无功有时也说成超前无功。这是从电流超前电压的角度说的。我们也可以说：电容器向电网发出感性无功。这一说法相当于把电容器看作电网的电源-电源向负载供应某种东西。感性无功有时也说成落后无功。这是从电流落后电压的角度说的。,参见课本第226页。本页ppt内容不要求掌握。,1 功角特性2 功率方程,24.1.2 同步电动机的 功角特性、功率方程,采用电动机惯例，把E0滞后于U的功率角和电磁功率Pe规定为正值，用M表示，即M=-，则同步电动机的功角特性表达式与同步发电机的相同，即,1 同步电动机的功角特性,2.1 定子
6、功率方程输入功率=定子铜耗+电磁功率,2 同步电动机的功率方程,2.2 转子功率方程电磁功率=铁耗+机械耗+杂散耗+输出功率,1 电磁转矩2 转矩方程,24.1.3 同步电动机的 电磁转矩、转矩方程,将同步电动机的功角特性表达式除以s，即得电磁转矩表达式：,1 同步电动机的电磁转矩,将同步电动机的转子功率方程除以s，即得转矩方程：,2 同步电动机的转矩方程,Te是电磁转矩，表达式见上页。T0是空载转矩，T0=(pFe+p+p)/sT2是输出转矩，T2=P2/s。,24.2.1 工作特性-不要求24.2.2 无功调节,24.2 同步电动机的运行特性,同步电动机的无功功率和功率因数也可以通过励磁来
7、调节。相应的V型曲线与发电机的相似，也有正励、过励、欠励以及稳定极限，只是过励时功率因数为超前，欠励时功率因数为滞后，与发电机的相反。与异步电动机比较，同步电动机最大的特点是：功率因数可调。改变励磁电流，可使同步电动机的功率因数达到1，甚至变成超前。功率因数可调是同步电动机的最大优点。同步电动机通常在过励状态下运行，从电网吸收超前电流，相当一个容性负载，可以改善电网的功率因数。,24.2.2 同步电动机的 无功调节,24.3.1 异步起动法-了解即可24.3.2 其它起动法-不要求,24.3 同步电动机的起动,24.3.1 同步电动机的 异步起动法-了解即可。,1 同步电动机不能自行起动 同步
8、电动机直接起动时，定子旋转磁场以同步转速旋转，而转子静止不动。由于定、转子磁场在空间不能相对静止，因而不能产生恒定的同步电磁转矩。作用在转子上的同步电磁转矩正、反交变，平均转矩为零。2 同步电动机的异步起动法 同步电动机在主极极靴上装设起动绕组来起动。起动绕组相当于感应电动机转子上的笼型绕组，因此称为异步起动法。,24.3.2 同步电动机的 其它起动法-不要求。,24.4.1 同步补偿机的本质-空载电动机24.4.2 同步补偿机的功能-无功补偿,24.4 同步补偿机,24.4.1 同步补偿机的本质-空载的同步电动机,同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机，其V型曲线相当于Pe=0时电动机的V
9、型曲线。正励时，补偿机的电枢电流接近于零；过励时，补偿机能从电网吸取超前的无功电流；欠励时，则从电网吸取滞后的无功电流。,24.4.2 同步补偿机的功能-无功补偿,1 对感性无功的需求 电网中大部分的负载为感应电动机，还有大量的变压器。它们要从电网中吸取滞后无功电流来建立磁场，致使整个电网的功率因数降低，同步发电机的容量不能充分利用，而且在输电线和发电机中流动的无功电流增大了线路的电压降和铜耗。,2 感性无功的供给 如果能在受电端装设同步补偿机，如图示。设感应电动机的滞后电流为Ia，补偿机的超前无功电流为Ic，线路电流为I。,2 感性无功的供给：续1 补偿机从电网吸收的超前无功电流完全（或部分）补偿了感应电动机所需的滞后无功电流，使线路电流减小，显著提高了功率因数。如果采用发电机惯例来分析，可认为感应电动机所需的滞后无功电流，实质上是由过励的同步补偿机直接供给的，从而避免了无功电流的远程输送，改善了电网的功率因数。,3 变性无功的需求与供给对于远距离的输电线路，当线路重载运行时，负载滞后的无功电流使线路电压下降；轻载时，输电线路本身的电容电流使受电端的电压升高。如果想使各种工况下受电端的电压基本保持不变，可在受电端装设自动励磁调节的同步补偿机。线路重载时，补偿机做过励运行，轻载时作欠励运行，以减小线路中的无功电流。,
