同步電機功率與運行特性

同步電機功率與運行特性第一頁，共34頁。1.功率關(guān)系同步電動機從電源吸收的有功功率除去消耗于定子繞組的銅損耗就轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β蕪碾姶殴β蔖em中再扣除鐵損耗pFe和機械損耗pmec后，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功率P2輸出給負載

其中鐵損耗pFe和機械損耗pmec之和成為空載損耗p0第二頁，共34頁。功率流圖同步電動機功率流圖第三頁，共34頁。凸極電機的向量圖第四頁，共34頁。2.運行特性工作特性

機械特性

工作特性揭示同步電動機的特性是不足的，因為不僅調(diào)節(jié)輸出功率可以改變同步電動機的運行情況，調(diào)節(jié)勵磁電流也可以改變。第五頁，共34頁。勵磁電流大小和有功功率作為參數(shù)來分析同步電動機的特性（1）勵磁電流If=C，輸出有功功率變化——功角特性（2）有功功率不變時，改變If對電樞電流I及功率因數(shù)的影響——V形曲線第六頁，共34頁。勵磁和電動機電動勢的關(guān)系:（前述）同步電動機的電動勢方程:（前述）同步電動機的有功功率：(1)有功功率方程：第七頁，共34頁。θ的雙重物理含義：①勵磁電動勢與定子所加相電壓之間的夾角（時間電角度）②勵磁磁動勢與氣隙合成磁動勢之間的夾角（空間電角度）第八頁，共34頁。功角θ意義的圖示A：第九頁，共34頁。NSFδ

θ

NSFf

T1

nTem

n1

功角θ意義的圖示B功角θ是轉(zhuǎn)子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角第十頁，共34頁。忽略同步電動機定子電阻Ra上的損耗從相量圖中可知，第十一頁，共34頁。第十二頁，共34頁。第十三頁，共34頁。(2)電磁轉(zhuǎn)矩方程：(3)無功功率方程：

（隱極電機）（凸極電機）第十四頁，共34頁。3.功角特性電磁功率Pem與角度θ呈函數(shù)關(guān)系第十五頁，共34頁。①3U1E0

Xd

Pe'=sin

Pe'

∝E0，當轉(zhuǎn)子有勵磁即If≠0時存在。

②1

XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221

XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，與If是否存在無關(guān)。

結(jié)論：①

Pe"使PeM。②

PeM產(chǎn)生在θ＜90o處。③

功角特性與矩角特性不再是正弦波?！痉至??！郊臃至?。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"對凸極電機來講第十六頁，共34頁。對隱極電機來講OPe

/

TθPeM(TM)第十七頁，共34頁。4.矩角特性對隱極式同步電動機，Xd=Xq=Xc第十八頁，共34頁。5.穩(wěn)定運行第十九頁，共34頁。穩(wěn)定運行第二十頁，共34頁。第二十一頁，共34頁。判據(jù)：隱極發(fā)電機的判據(jù)：比整步功率(kW/rad)靜態(tài)穩(wěn)定：

當電網(wǎng)或原動機方面出現(xiàn)某些微小擾動時，同步發(fā)電機能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來的平衡運行狀態(tài)。額定：功角25～30第二十二頁，共34頁。最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN之比，過載倍數(shù)隱極同步電動機額定運行θN=30°~16.5°。凸極式同步電動機額定運行功率角更小。負載改變時，θ隨之變化，使同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩或電磁功率跟著變化，以達到平衡狀態(tài)。而電機的轉(zhuǎn)速卻保持同步轉(zhuǎn)速不變。6.過載倍數(shù)第二十三頁，共34頁。[例]：一臺隱式同步電動機，額定電壓UN=6000V，額定電流IN=71.5A，額定功率因數(shù)cosφN=0.9（超前性），定子繞組為Y接，同步電抗Xt=48.5Ω，忽略定子電阻R1。電機額定運行時，求：（1）空載電動勢（勵磁電動勢）E0（2）功率角θN（3）電磁功率Pem（4）過載倍數(shù)λT第二十四頁，共34頁。解:第二十五頁，共34頁。(1)(2)先求ψ角第二十六頁，共34頁。(3)電磁功率(4)過載倍數(shù)第二十七頁，共34頁。7.同步電機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)同步電機的重要特性：同步電機在保持輸出有功不變的情況下，可以通過勵磁電流的調(diào)節(jié)，使電機的功率因數(shù)發(fā)生變化。同步電動機的V形曲線是指當電源電壓與頻率均為額定值，在輸出功率不變的條件下，調(diào)節(jié)勵磁電流If，定子電流I會相應變化，繪制成的I=f(If)曲線，形狀象“V”，故稱V形曲線。第二十八頁，共34頁。(1)矢量圖無功功率的調(diào)節(jié)：同步電動機可以通過勵磁電流的調(diào)節(jié)，使電機的輸出無功功率發(fā)生變化。第二十九頁，共34頁。

同步電動機輸出有功功率P2恒定，改變勵磁電流可以調(diào)節(jié)其無功功率

“正?！眲畲艜r功率因數(shù)cos

=1，電樞電流全部為有功電流，故數(shù)值最小

勵磁電流小于正常勵磁值(欠勵)時，電動機功率因數(shù)cos

滯后，同步電動機相當于感性負載，要從電網(wǎng)吸取滯后無功。

勵磁電流大于正常勵磁值(過勵)時，電動機功率因數(shù)cos

超前，同步電動機相當于容性負載，要從電網(wǎng)吸取超前無功(2)特點第三十頁，共34頁。①正常勵磁當If=If0時，

I1與U1同相，

=1,電機呈電阻性。②欠勵磁

當If＜If0時，I1(I1'

)滯后于U1，電機呈電感性。If

→

，感性程度

。③過勵磁

當If＞If0時，電機呈電容性，If

→|

|

，容性程度

。I1(I1")超前于U1，U1jXtI1－E0－E0'aajXtI1I1'

bb－E0"jXtI1I1"

θI1第三十一頁，共34頁。同步電動機的V形曲線I=f(If)：同步電動機在有功功率恒定、勵磁電流變化時，電樞電流隨勵磁電流變化的曲線(3)V形曲線1.每一功率（負載）對應一條V形曲線2.從欠勵到正常勵磁到過勵I(lǐng)有最小值3.每條曲線的最低點：cosφ=1，連線向右傾斜。4.每條曲線左邊均有不穩(wěn)定區(qū)5.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：θ=900，連線向右傾斜6、每條曲線上的電流I變化量ΔI

為無功分量V形曲線的幾個特點第三十二頁，共34頁。異步電機勵磁電流為定子電流的一部分，不能調(diào)節(jié)，從電網(wǎng)吸收勵磁電流，為感性，使電動機功率因數(shù)滯后，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。同步電動機功率因數(shù)可調(diào)，可以改善電網(wǎng)的無功平衡狀況，從而提高電網(wǎng)的