同步電機(jī)功率與運(yùn)行特性

同步電機(jī)功率與運(yùn)行特性第一頁(yè)，共34頁(yè)。1.功率關(guān)系同步電動(dòng)機(jī)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(jī)械損耗pmec后，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率P2輸出給負(fù)載

其中鐵損耗pFe和機(jī)械損耗pmec之和成為空載損耗p0第二頁(yè)，共34頁(yè)。功率流圖同步電動(dòng)機(jī)功率流圖第三頁(yè)，共34頁(yè)。凸極電機(jī)的向量圖第四頁(yè)，共34頁(yè)。2.運(yùn)行特性工作特性

機(jī)械特性

工作特性揭示同步電動(dòng)機(jī)的特性是不足的，因?yàn)椴粌H調(diào)節(jié)輸出功率可以改變同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流也可以改變。第五頁(yè)，共34頁(yè)。勵(lì)磁電流大小和有功功率作為參數(shù)來(lái)分析同步電動(dòng)機(jī)的特性（1）勵(lì)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(shí)，改變If對(duì)電樞電流I及功率因數(shù)的影響——V形曲線第六頁(yè)，共34頁(yè)。勵(lì)磁和電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系:（前述）同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程:（前述）同步電動(dòng)機(jī)的有功功率：(1)有功功率方程：第七頁(yè)，共34頁(yè)。θ的雙重物理含義：①勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)與定子所加相電壓之間的夾角（時(shí)間電角度）②勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)之間的夾角（空間電角度）第八頁(yè)，共34頁(yè)。功角θ意義的圖示A：第九頁(yè)，共34頁(yè)。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(yè)，共34頁(yè)。忽略同步電動(dòng)機(jī)定子電阻Ra上的損耗從相量圖中可知，第十一頁(yè)，共34頁(yè)。第十二頁(yè)，共34頁(yè)。第十三頁(yè)，共34頁(yè)。(2)電磁轉(zhuǎn)矩方程：(3)無(wú)功功率方程：

（隱極電機(jī)）（凸極電機(jī)）第十四頁(yè)，共34頁(yè)。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(yè)，共34頁(yè)。①3U1E0

Xd

Pe'=sin

Pe'

∝E0，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即If≠0時(shí)存在。

②1

XqPe"=

(

－

)

sin2

3U1221

XdPe"是由于Xd≠Xq

而引起的，與If是否存在無(wú)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?。——附加分量。OPe

/

Tθ

90o

PeM(TM)Pe'Pe"對(duì)凸極電機(jī)來(lái)講第十六頁(yè)，共34頁(yè)。對(duì)隱極電機(jī)來(lái)講OPe

/

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

當(dāng)電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面出現(xiàn)某些微小擾動(dòng)時(shí)，同步發(fā)電機(jī)能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來(lái)的平衡運(yùn)行狀態(tài)。額定：功角25～30第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。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(dòng)機(jī)額定運(yùn)行θN=30°~16.5°。凸極式同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行功率角更小。負(fù)載改變時(shí)，θ隨之變化，使同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩或電磁功率跟著變化，以達(dá)到平衡狀態(tài)。而電機(jī)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(yè)，共34頁(yè)。[例]：一臺(tái)隱式同步電動(dòng)機(jī)，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(jī)額定運(yùn)行時(shí)，求：（1）空載電動(dòng)勢(shì)（勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)）E0（2）功率角θN（3）電磁功率Pem（4）過載倍數(shù)λT第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。解:第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。(1)(2)先求ψ角第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。(3)電磁功率(4)過載倍數(shù)第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。7.同步電機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)同步電機(jī)的重要特性：同步電機(jī)在保持輸出有功不變的情況下，可以通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的功率因數(shù)發(fā)生變化。同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線是指當(dāng)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(lì)磁電流If，定子電流I會(huì)相應(yīng)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(yè)，共34頁(yè)。(1)矢量圖無(wú)功功率的調(diào)節(jié)：同步電動(dòng)機(jī)可以通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的輸出無(wú)功功率發(fā)生變化。第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。

同步電動(dòng)機(jī)輸出有功功率P2恒定，改變勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)其無(wú)功功率

“正常”勵(lì)磁時(shí)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(lì)磁電流小于正常勵(lì)磁值(欠勵(lì))時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)cos

滯后，同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于感性負(fù)載，要從電網(wǎng)吸取滯后無(wú)功。

勵(lì)磁電流大于正常勵(lì)磁值(過勵(lì))時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)cos

超前，同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于容性負(fù)載，要從電網(wǎng)吸取超前無(wú)功(2)特點(diǎn)第三十頁(yè)，共34頁(yè)。①正常勵(lì)磁當(dāng)If=If0時(shí)，

I1與U1同相，

=1,電機(jī)呈電阻性。②欠勵(lì)磁

當(dāng)If＜If0時(shí)，I1(I1'

)滯后于U1，電機(jī)呈電感性。If

→

，感性程度

。③過勵(lì)磁

當(dāng)If＞If0時(shí)，電機(jī)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(yè)，共34頁(yè)。同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線I=f(If)：同步電動(dòng)機(jī)在有功功率恒定、勵(lì)磁電流變化時(shí)，電樞電流隨勵(lì)磁電流變化的曲線(3)V形曲線1.每一功率（負(fù)載）對(duì)應(yīng)一條V形曲線2.從欠勵(lì)到正常勵(lì)磁到過勵(lì)I(lǐng)有最小值3.每條曲線的最低點(diǎn)：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(wú)功分量V形曲線的幾個(gè)特點(diǎn)第三十二頁(yè)，共34頁(yè)。異步電機(jī)勵(lì)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(lì)磁電流，為感性，使電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)滯后，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可調(diào)，可以改善電網(wǎng)的無(wú)功平衡狀況，從而提高電網(wǎng)的