目錄第一節12第二節第11章同步電動機11.1同步電動機的運行分析

同步電機運行的可逆原理

發電機負載運行工況勵磁磁動勢Ff1超前氣隙磁通密度B；超前，

＞0，Pem＞0；T1＝T＋T0。同步電機運行的可逆原理空載運行：發電機狀態電動機狀態負載時減小T1空載

＝0，Pem＝0；T1＝T0。發電機狀態電動機狀態T1＝0電動機空載

≈0(＜0)，Pem＝p0

；T＝T0。采用發電機慣例同步電機運行的可逆原理負載運行——電動機狀態在轉軸上帶上機械負載，轉子減速，的絕對值增大；滯后，＜0，Pem

＜0；

90＜＜180，P2＜0；

T＝T2＋T0。T2為電動機的輸出轉矩，其大小等于負載轉矩TL。采用發電機慣例同步電機運行的可逆原理負載運行——電動機狀態電機向電網發出感性無功功率，為過勵狀態

。采用發電機慣例同步電機運行的可逆原理負載運行——電動機狀態采用發電機慣例電機向電網發出無功功率為零，為正常勵磁狀態

。同步電機運行的可逆原理負載運行——電動機狀態采用發電機慣例電機向電網吸收感性無功功率，為欠勵狀態

。同步電機運行的可逆原理可逆原理一臺電機在一定條件下可以作為發電機運行，在另一種條件下可以作為電動機運行。根據功角的正負。如何判斷一臺同步電機的運行狀態？采用發電機慣例時，

超前，＞0，Pem

＞

0——發電機狀態

滯后，＜0，Pem

＜0——電動機狀態同步電動機的運行分析按發電機慣例：Pem<0，表示電網吸收電功率轉換為機械功率。

超前，

<0，P1＝mUIcos<0，表示電樞輸出的有功功率為負。即從電網輸入電功率給電機電磁轉矩拖動機械負載，通過轉軸向負載輸出機械功率，同步電機運行在電動狀態。>900同步電動機的運行分析在電動機狀態，采用發電機慣例，則

＜0，＞90，不方便。因此改用電動機慣例。電流參考方向反向2.同步電動機的運行分析電動勢相量圖按電動機慣例：凸極電動機隱極電動機Pem＞0，表示電功率轉換為機械功率。

超前，

＞0，P1＝mUIcos＞0，表示輸入電功率。2.同步電動機的電壓關系電壓方程式隱極同步電動機凸極同步電動機采用電動機慣例電動機慣例同步電動機的運行分析電動勢相量圖按電動機慣例：＞0，表示I超前U，為過勵狀態。Q＝mUIsin＜0，表示吸收電容性（發出電感性）無功功率。P1＝mUIcos＞0同步電動機的運行分析電動勢相量圖按電動機慣例：Q＝mUIsin=0，表示無功功率為零。=0，表示I與U同相，為正常勵磁狀態。P1＝mUIcos＞0同步電動機的運行分析電動勢相量圖按電動機慣例：Q＝mUIsin>0，表示發出電容性（吸收電感性）無功功率。<0，表示I滯后U，為欠勵狀態。P1＝mUIcos＞03.同步電動機的功率關系功率平衡關系P1為電動機的輸入功率（電功率），P1＝mUIcosP1＝Pem

+

pCuPem

＝P2+p0功率流程圖P2為電動機的輸出功率（機械功率)，

P2＝T2＝TLpCu、p0分別為電動機的銅耗和空載損耗。3.同步電動機的轉矩關系轉矩平衡關系以轉矩的實際方向作為其參考方向。T

為電磁轉矩（拖動轉矩），T0為空載轉矩，T

＝TL

+T0＝T2

+T0T2為發電機的輸出轉矩，等于轉軸上拖動的機械負載轉矩TL

，

(1)有功功率調節——功角特性

4.同步電動機的功率調節隱極同步電動機凸極同步電動機當同步電機接在電源上，認為電源電壓以及頻率都不變。另外讓電機拖動的有功負載也為常數，即改變它的勵磁電流，就能調節它的功率因數。忽略電動機的各種損耗。同步電機的負載不變，是指電機轉軸輸出的轉矩T2不變，忽略空載轉矩，有T=T2，當T2不變時，可認為電磁轉矩T也不變。(2)無功功率功率調節根據，由于電源電壓、頻率以及電機的同步電抗等都是常數，上式中當改變勵磁電流If時，電動勢E0的大小要跟隨變化，但必須滿足上式的關系。(2)無功功率功率調節

當負載轉矩T不變時，電動機的輸入功率P1不變（忽略電機各種損耗），于是：在電壓U不變的條件下，必有即電動機定子邊的有功電流，應維持不變。圖畫出三種不同勵磁電流及對應的電動勢的相量圖。其中所以根據ù?0?j?xtù?0?q?j?xtù?0?q?j?xt

從圖看出，當改變勵磁電流If時，同步電動機的功率因數變化的規律如下:(1)當改變勵磁電流If時,使定子電流與同相，稱為正常勵磁狀態，此時同步電動機只從電網吸收有功功率。

(2)當勵磁電流比正常勵磁電流小時，稱為欠勵狀態，這時，定子電流落后角，此時電機除吸收有功功率外還吸收滯后性無功功率。此時運行的同步電動機類似電阻、電感負載。

(3)當勵磁電流比正常勵磁電流大時，稱為過勵狀態，這時，定子電流領先角，此時電機除吸收有功功率外還吸收領先無功功率。此時運行的同步電動機類似電阻、電容負載。

總之，當改變同步電動機的勵磁電流時，能夠改變它的功率因數，這點三相異步電動機是辦不到的。所以同步電動機拖動負載運行時，一般要過勵，至少運行在正常勵磁狀態下，不會讓它運行在欠勵狀態。

當改變同步電動機的勵磁電流時，只有正常勵磁時，定子電流為最小，過勵或欠勵時，定子電流都會增大。把定子電流I的大小與勵磁電流If大小的關系如圖所示。圖中定子電流變化規律像U字型，故稱為U型曲線。當電動機帶有不同的負載時，對應有一組U型曲線如圖所示。輸出功率越大，在相同的勵磁電流條件下，定子電流增大，所以U型曲線往右上方移。圖中各條U型曲線對應的功率為

2.U型曲線超前滯后2.U型曲線對每條U型曲線，定子電流有一最小值，這時定子僅從電網吸收有功功率，功率因數。在線的左邊是欠勵區，右邊是過勵區。當同步電動機帶有一定負載時，減小勵磁電流，電動勢減小，與成正比，當小到一定程度，超過900，電動機就失去同步，如圖中虛線所示的不穩定區。2.U型曲線總結：同步電動機的磁場由定子邊電樞反應磁通勢和轉子邊勵磁磁通勢共同建立的。因此（1）轉子邊欠勵時，定子邊需要從電源輸入滯后的無功功率建立磁場，定子邊便呈滯后性功率因數。（2）轉子邊正常勵磁，不需要定子邊提供無功功率，定子邊便呈電阻性，。（3）轉子邊過勵時，定子邊反而要吸收領先型無功功率，定子邊便呈領先型的功率因數。

同步電動機功率因數呈電感性還是電阻性還是電容性，完全可以人為地調節勵磁電流改變勵磁磁通勢大小來改變。11.2同步電動機的起動同步電動機存在起動問題同步電動機依靠定、轉子磁場相互作用而產生電磁轉矩。只有在二者相對靜止時，才能產生平均電磁轉矩。起動：電動機從靜止加速到穩定的工作轉速的過程。起動時，因轉子有機械慣性，作用在轉子上的電磁轉矩是交變的，平均值為零。故同步電動機不能直接起動。同步電動機的起動同步電動機常用的起動方法輔助動力起動變頻起動異步起動異步起動原理線路圖同步補償機不帶任何負載，專門設計用來改善電網功率因數的同步電動機稱為同步補償機（也稱為同步調相機）同步調相機的原理相當于空載運行的同步電動機。它的V形曲線，是輸出功率P2=0

的曲線在正常勵磁時，同步補償機定子電流極小，接近于零。過勵時，同步補償機從電網吸收超前的無功電流。欠勵時，則從電網吸收滯后的無功電流。因此，只要調節勵磁電流，就能靈活地調節電網的無功電流的大小，則電網的功率因數就可以得到改善。同步補償機可根據負載性質的不同，運行在過勵或欠勵狀態當電網給許多感性負載（異步電動機、變壓器、交流電焊機等），如圖a所示同步補償機運行在過勵狀態。設感性負載從電網吸收滯后的無功電流，而此時，補償機從電網吸收超前的無功電流，則線路電流為用同步補償機改善電網的功率因數1、同步補償機補償作用

從b向量圖可見，補償了滯后的無功電流，如圖為理想狀態，與同相，功率因數得到提高。用發電機觀點分析時，可以認為感性負載所需的滯后無功電流，是由過勵的同步補償機直接供給的，從而避免了無功電流的遠程輸送，改善了電網的功率因數。為此，同步補償機也可稱為無功發電機。

當輸電線路較長，為了保持受電端電壓穩定運行，可在受電端裝有自動調節勵磁的同步補償機。使它在線路重載時（感性負載），過勵運行，抵消滯后的無功電流，減少線路電壓降低。線路輕載時，欠勵運行，抵消輸電線路本身電容電流，減小線路電壓升高。達到各種運行條件下，保持受電端電壓基本不變。2、同步補償機的額定容量和結構特點同步補償機的額定容量按過勵時能保持的無功電流來確定，其容量受過勵勵磁電流在勵磁繞組中產生的溫升限制，因而欠勵運行的容量只有過勵容量的0.5-0.65倍。同步補償機容量從1000-50000KVA，轉速從750-1500r/min。容量較大用低速，容量較小采用高速。2、同步補償機的額定容量和結構特點