第605三相同步电动机课件

6.5 三相同步电动机和调相机三相同步电动机和调相机同步电动机：转速不随负载的变化而改变同步电动机：转速不随负载的变化而改变2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜6.5 三相同步电动机和调相机同步电动机：转速不随负载的变1一、同步电机的三种运行方式1.发电机状态发电机状态 转子轴线超前定子轴转子轴线超前定子轴线，产生的电磁转矩为制线，产生的电磁转矩为制动性质显然是发电机。动性质显然是发电机。NSNSi6.5.1 同步电动机的基本电磁关系2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜一、同步电机的三种运行方式 转子轴线超22.空载状态空载状态NSNSn1n1 转子轴线和定子轴线转子轴线和定子轴线相重合，此时的功角为零，相重合，此时的功角为零，电磁转矩为电磁转矩为0，所以这是，所以这是一种从发电机向电动机过一种从发电机向电动机过度的临界状态。度的临界状态。2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜空载状态NSNSn1n1 转子轴线和定33.电动机状态电动机状态NSNSi 转子轴线滞后定子轴转子轴线滞后定子轴线，产生的电磁转矩为驱线，产生的电磁转矩为驱动性质，显然是电动机。动性质，显然是电动机。2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜电动机状态NSNSi 转子轴线滞后定4结论：同步电机以结论：同步电机以 角的正负判断电机的运行状态。角的正负判断电机的运行状态。发电机：发电机：超前与超前与 ，为正为正 电动机：电动机：滞后与滞后与 ，为负为负 d轴 q轴发电机状态发电机状态电动机状态电动机状态空载状态空载状态2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜结论：同步电机以 角的正负判断电机的运行状态。d轴 5二、二、同步电动机的电动势平衡、相量图和功角特性1.电势平衡方程及相量图电势平衡方程及相量图发电机状态发电机状态电动机状态电动机状态发发电电机机惯惯例例2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜二、同步电动机的电动势平衡、相量图和功角特性电势平衡方程及相6电动机状态，发电机惯例电动机状态，发电机惯例电动机状态，电动机惯例电动机状态，电动机惯例发出功率发出功率P P2 2=mUIcos=mUIcos0002024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜电动机状态，发电机惯例电动机状态，电动机惯例发出功率P2=m7吸收功率吸收功率P P2 2=mUIcos=mUIcos00凸极同步电动机（凸极同步电动机（电动机惯例）电动机惯例）2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜吸收功率P2=mUIcos0凸极同步电动机（电动机惯例）82.2.功角特性功角特性在同步发电机中，我们令电流流出的方向为正方向，而在电动机中，理论上，我们仍然可以这样，但为了大家好理解，我们设电流流入的方向为正方向。这样，我们可以仿照同步发电机列出同步电动机的功角特性表达示：2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜2.功角特性在同步发电机中，我们令电流流出的方向为正方9凸凸 极极 机机 的的 功功 角角 特特 性性 曲曲 线线1800090018000900180009000900附加电磁功率附加电磁功率基本电磁功率基本电磁功率2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜凸 极 机 的 功 角 特 性 曲 线1800090018010为了结构上的简单，在某些小容量同步电动机的转子上不安放直流励磁绕组，因此转子就不能产生磁场，感应电势0，此时电动机的电磁功率并不为零，仍有电磁功率（电磁转矩），因此转子没有励磁的凸极同步电动机也能旋转。2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜为了结构上的简单，在某些小容量同步电动机的转子上不安放直116.5.2 同步电动机无功功率的调节一、无功功率的调节同步电动机的有功功率取决于负载。而同步电动机的功率因数是超前还是滞后，取决于电动机励磁状态。若在调节无功功率时，假定电动机的有功功率不变（电动机的负载不变），于是：2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜6.5.2 同步电动机无功功率的调节一、无功功率的调节同12当发电机输出一定的有功功率并保持不变当发电机输出一定的有功功率并保持不变D E E0 0的变化必须满足在的变化必须满足在CDCD直线，而相应的直线，而相应的I I的变化的变化必须在必须在ABAB线上。线上。E0sin=常数Icos=常数ABC2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜当发电机输出一定的有功功率并保持不变D E0的变化必须满足在131 1）当）当I I与与U U同相，同相，0 0，即，即coscos=1.0=1.0。此时电动机的。此时电动机的无功功率为零，此时的电枢无功功率为零，此时的电枢电流为最小值，所对应的励电流为最小值，所对应的励磁电流我们叫做正常励磁电磁电流我们叫做正常励磁电流。流。DABC2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜1）当I与U同相，0，即cos=1.0。此时电动机的无14 2 2）增加励磁电流，则空载）增加励磁电流，则空载电动势电动势E E0 0相应增加，相应增加，电枢电流由电枢电流由I I1 1,I,I2 2,电动势变电动势变化到化到E E0202，此时整个系统出现此时整个系统出现了无功电流，并且是超前，了无功电流，并且是超前，即即此时电动机将吸收超前的此时电动机将吸收超前的无功功率，整个状态我们称无功功率，整个状态我们称之为过励。之为过励。DABC2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜 2）增加励磁电流，则空载电动势E0相应增加，DABC202153 3）减小励磁电流，则电动势）减小励磁电流，则电动势亦减小（在正常励磁电流对应亦减小（在正常励磁电流对应的情况下）的情况下）此时电流滞后电压，即吸收一此时电流滞后电压，即吸收一滞后滞后的无功功率，整个状态我的无功功率，整个状态我们称之为欠励。们称之为欠励。对于电动机无对于电动机无功功率的调节，可以通过对励功功率的调节，可以通过对励磁电流的调节实现磁电流的调节实现。DABC2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜3）减小励磁电流，则电动势亦减小（在正常励磁电流对应的情况下16二、同步电动机的V型曲线将不同励磁电流及与其对应的电枢电流画成曲线，此曲线称V形曲线，曲线的最低点对应的coscos=1.0=1.0，电枢电流最小，此时的励磁电流为正常励磁电流，如果增大则进入过励，吸收容性无功（输出感性无功）；反之为欠励，吸收感性无功（输出容性无功）。DABC2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜二、同步电动机的V型曲线将不同励磁电流及与其对应的电枢电17同步电动机的同步电动机的V V形曲线形曲线正常正常励磁励磁滞后滞后欠励欠励超前超前过励过励不稳定区不稳定区emPemPemPemPemPemPemPemPemPIfI0If02024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜同步电动机的V形曲线正常励磁滞后欠励超前过励不稳定区emP18小结小结感应电动机感应电动机必须从电网吸收滞后的激磁电流来建立磁场，所以现代电网的功率因数经常是滞后性的。同步电动机同步电动机在过励时，能够从电网吸入超前电流。可以使供电系统的功率因数提高。同步电动机能够改改善电网的功率因数善电网的功率因数，这是同步电动机突出的优点。2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜小结感应电动机必须从电网吸收滞后的激磁电流来建立磁场，所196.5.4 6.5.4 同步同步电动机的起机的起动转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。当在定子绕组中能入三相交流电以后，在气隙中则产生旋转磁场。定、转子磁场之间存在有相对运动，转子上的平均转矩为零，所以同步电动机不产生起动转矩。同步电动机自身无起动转矩同步电动机自身无起动转矩为什么？2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜6.5.4 同步电动机的起动转子绕组加入直流励磁以后，在20NSNSiemSNNSiem2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜NSNSiemSNNSiem2023/8/13武汉大212 2、异步起动、异步起动:采用感应电动机工作原理.在转子极靴上加装起动绕组（发电机称为阻尼绕组），起动时，励磁绕组不能开路（以免产生过大的感应电势，击穿绝缘），亦不能直接短路（对起动不利），需串入阻值约为10倍的电阻。当异步起动使转子转速上升，转接近同步速，加入直流励磁，进入同步电机运行状态。3 3变频起动：变频起动：起动时定子电流频率 较低，同步转速 也较低，使平均电磁转距不为零。同步电机的起动方法1 1、辅助电动机起动、辅助电动机起动2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜2、异步起动:3变频起动：同步电机的起动方法1、22异步起动法的起动过程（1）按感应电机方式起动，使转子转速接近同步速；（2）加直流励磁，使转子拉入同步。由于磁阻转矩的影响，凸极式同步电动机很容易拉 入同步。甚至在未加励磁的情况下，有时转子也能拉入同步。因此，为了改善起动性能，同步电动机绝大多数采用凸极式结构。当同步电动机按感应电机当同步电动机按感应电机方式起动时，励磁绕组绝方式起动时，励磁绕组绝对不能开路对不能开路！注意！注意！2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜异步起动法的起动过程（1）按感应电机方式起动，使转子转速接近236.5.4 同步补偿机（调相机）同步补偿机，也称同步调相机，是一台不带机械负载的同步电动机，专门用于发出（吸收）无功功率。一、两种运行方式一、两种运行方式1.过过励励：领领先先于于 ，吸吸收收容容性性无无功功功功率率，即即发发出出感感性性无功功率。无功功率。2.欠励欠励：落后于落后于 ，吸收感性无功功率，吸收感性无功功率。2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜6.5.4 同步补偿机（调相机）同步补偿机，也24过励、欠励时过励、欠励时-空矢量图（空矢量图（按照电动机惯例按照电动机惯例）d轴 q轴过励状态，电动机吸收容性无功欠励状态，电动机吸收感性无功 d轴 q轴2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜过励、欠励时-空矢量图（按照电动机惯例）d轴 q轴过励状25二、用途1 1受控补偿受控补偿（1）当负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机应过励运行.（2）当电网负荷很轻时，高压长输电线路将呈现较大的电容作用，使受端电网电压升高，此时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中多余的无功功率。2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜二、用途1受控补偿（1）当负荷较大时，为了改善功率因素262 2、中间补偿、中间补偿（1）（2）当）当 时对稳定有利，因为时对稳定有利，因为 ，角减小，稳定角减小，稳定 提高提高（3）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。）当保持原过载能力时，输送的功率将增大。（4）中中间间加加补补偿偿机机相相当当于于线线路路的的 减减小小，提提高高了了稳稳定性或增加输出。定性或增加输出。升压变压器升压变压器变变压压器器降压变压器降压变压器调相机调相机发电机发电机2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜2、中间补偿（1）（2）当 时对稳定有利，271.因不带机械负载，补偿机转轴可以比细因不带机械负载，补偿机转轴可以比细.2.由于没有稳定问题，短路比由于没有稳定问题，短路比Kc 可较小，可较小，Xd大，大，使得气隙较小，励磁也较小，转子用铜量少使得气隙较小，励磁也较小，转子用铜量少.3.额定容量对应过励而言额定容量对应过励而言.4.也存在起动问题，一般利用异步起动，加起动绕也存在起动问题，一般利用异步起动，加起动绕组组。三、特点三、特点2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜因不带机械负载，补偿机转轴可以比细.三、特点2023/8/1281.水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行2.在同时有水轮机和汽轮发电机的电网，丰水期间，在同时有水轮机和汽轮发电机的电网，丰水期间，水轮发电机发有功功率，汽轮发电机作调相机运水轮发电机发有功功率，汽轮发电机作调相机运行。行。四、说明四、说明2024/7/5武汉大学电气工程学院刘启胜水电站在枯水期间，水轮发电机可作调相运行四、说明2023/829