同步电动机和同步调相机课件.ppt

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1、1.了解同步电机的可逆性原理 2.掌握同步电动机的基本电磁关系 3.了解同步电动机的起动 4.了解反应式同步电动机的基本原理 5.掌握同步调相机的原理、特点和应用,本章基本要求,同步电动机和同步调相机,同步电动机的基本方程式和相量图同步电动机的V形曲线同步电动机的起动方法反应式同步电动机同步调相机,主要内容,同步电动机和同步调相机,同步电动机和同步调相机,同步电动机的特点,1.转速与负载的大小无关，一般用于恒速负载；,2.本身无起动转矩；,3.与异步电动机相比，需要直流励磁；,4.可向电网发出感性无功，提高电网的功率因数。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,一、从发电机状态过渡到电动机

2、状态,同步电动机和同步调相机,电机的可逆性原理：任何旋转电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，视其运行的条件而定。,1.发电机运行状态,1)0,mUIcos 0,输出电功率；,2)0,转子磁极轴线超前于 定子 等效磁极轴线；,3)TM 为反转矩,吸收机械能；,4)E0 为主电动势。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,一、从发电机状态过渡到电动机状态,同步电动机和同步调相机,2.空载发电机状态,1)=90,mUIcos=0,不发有功功率；,2)=0,转子磁极轴 线与定子 等效磁 极轴线重合；,3)T1=T0。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,一、从发电机状态过渡到电动

3、机状态,同步电动机和同步调相机,3.电动机运行状态,1)90,mUIcos 0,输入电功率；,2)0,转子磁极轴 线落后于定子等效 磁极轴线；,3)TM 为主转矩，输 出机械功率；,4)E0 为反电动势。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,一、从发电机状态过渡到电动机状态,同步电动机和同步调相机,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,一、从发电机状态过渡到电动机状态,同步电动机和同步调相机,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,一、从发电机状态过渡到电动机状态,同步电动机和同步调相机,结论：一台同步电机既可以作发电机运行，也可作电动机运行；当由发电机变为电动机运行时，功率角和相

4、应的电磁转矩、电磁功率均由正值变为负值，电磁转矩由制动性质变为驱动性质。随着负载的增加，功率角和相应的电磁转矩、电磁功率都增大。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,二、同步电动机的电动势方程式和相量图,同步电动机和同步调相机,采用发电机惯例规定正方向，隐极同步电动机的电动势方程式为：,发电机惯例,此时，90,mUIcos 0,功率为负值；常采用电动机惯例。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,二、同步电动机的电动势方程式和相量图,同步电动机和同步调相机,电动机惯例,同步电动机等效电路图,1.隐极机,1)电枢电流超前于电 压，E0 U,过励；,2)输入容性无功,即 输出感性无功；,

5、3)电枢反应为去磁作用。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,二、同步电动机的电动势方程式和相量图,同步电动机和同步调相机,电动机惯例,2.凸极机,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,二、同步电动机的电动势方程式和相量图,同步电动机和同步调相机,电动机惯例,结论,1)电动机惯例规定的正方向与发电机惯例相反,正向 电流与空间相轴正方向不符合右手螺旋,故正电流 产生负的磁动势,电流相量与电枢磁动势矢量相反。,2)除了输出机械功率外,还可向电网输出无功功率。过励时,电流超前于电压,吸收容性无功,即发出感性 无功,去磁电枢反应。欠励时,电流滞后于电压,吸收 感性无功,即发出容性无功,可能为

6、加磁电枢反应。,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,三、功角特性和功率、转矩平衡关系,同步电动机和同步调相机,1.功率平衡,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,三、功角特性和功率、转矩平衡关系,同步电动机和同步调相机,1.功率平衡,2.转矩平衡,输出转矩,空载转矩,电磁转矩,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,三、功角特性和功率、转矩平衡关系,同步电动机和同步调相机,3.功角特性,功率角正方向：电压超前于空载电动势为正,表达式,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,三、功角特性和功率、转矩平衡关系,同步电动机和同步调相机,3.功角特性,曲线,隐极机,凸极机,12.1 同步

7、电动机的基本方程式和相量图,三、功角特性和功率、转矩平衡关系,同步电动机和同步调相机,3.功角特性,曲线,隐极机,凸极机,12.1 同步电动机的基本方程式和相量图,三、功角特性和功率、转矩平衡关系,同步电动机和同步调相机,3.功角特性,静态稳定判据:,过载能力km:,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动机和同步调相机,定义:负载不变时，同步电动机的电枢电流和励 磁电流之间的关系曲线。,相量图（以隐极机为例）,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动机和同步调相机,相量图（以隐极机为例）,末端的轨迹为与 垂直的直线AB,末端的轨迹为与 平行的直线CD,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动

8、机和同步调相机,分析（以隐极机为例）,1.正常励磁,电枢电流相量和电压相量同相，即cos=1。只有有功，没有无功，电枢电流最小。,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动机和同步调相机,分析（以隐极机为例）,2.过励,1）E02E01；,2）电枢电流相量超前于电压 相量，吸收容性无功，即 输出感性无功；,3）越过励，I 越大，越小，越稳定。,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动机和同步调相机,分析（以隐极机为例）,3.欠励,1）E03E01；,2）电枢电流相量滞后于电压相 量，吸收感性无功，即输出 容性无功；,3）越欠励，I 越大，越大，越不稳定。,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动

9、机和同步调相机,V形曲线,12.2 同步电动机的V形曲线,同步电动机和同步调相机,同步电动机的优点,改变励磁可以调节电动机的功率因数，利用此特点，让其工作于过励状态，从电网吸收容性无功，即发出感性无功，可以改善电网的无功平衡状况，从而提高电网的功率因数、运行性能及效益。另外，为了改善电网的功率因数和提高电机的过载能力，现代同步电动机的额定功率因数一般均设计为计为10.8（超前）。,12.3 同步电动机的起动方法,同步电动机和同步调相机,起动转矩,大小：同步电动机自起动转距为零，不能自起动，必须 借助其它方法起动。,原因：转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中产生静止 的转子磁场。当在定子绕组中通入

10、三相交流电以 后，在气隙中则产生旋转磁场。定子旋转磁场将 以同步转速相对于转子磁场运动，转子上承受的 是交变的脉振转矩，平均值为零。只有磁场相对 静止时才能产生平均转矩。,12.3 同步电动机的起动方法,同步电动机和同步调相机,起动转矩,分析,12.3 同步电动机的起动方法,同步电动机和同步调相机,起动方法,1.辅助电动机起动：采用异步电动机作为辅助电机 带动同步电动机接近同步转速，然后投入电网，加入励磁，利用自整步作用牵入同步。成本较高。,2.调频起动：采用变频电源，由低到高逐步增加频 率一直到额定频率。（抽水蓄能电站）,3.异步起动,方法：采用异步电动机工作原理，在磁极表面装 设类似异步电

11、机笼型导条的短路绕组作为起动绕 组（发电机称为阻尼绕组）。当异步起动使转子 转速上升，转接近同步速时，加入直流励磁，使 电动机牵入同步。,12.3 同步电动机的起动方法,同步电动机和同步调相机,起动方法,3.异步起动,说明：起动时，励磁绕组不能开路，以免产生很 高的感应电动势，破坏绕组绝缘；亦不能直接短 路，以免产生附加转矩（单轴转矩），对起动不 利，故需串入阻值约为10倍的电阻。为了改善起 动性能，绝大多数采用凸极式结构。,12.4 反应式同步电动机,同步电动机和同步调相机,特点：转子上无励磁绕组的凸极同步电动机，利用 磁阻转矩工作。由于只有电枢反应磁场，故称为反 应式同步电动机；又由于转矩

12、是因为直轴和交轴磁 阻不同而产生的，故又称为磁阻同步电动机。,电磁转矩：,最大电磁转矩：,直轴和交轴磁阻差别越大，最大电磁转矩越大。,应用：小容量；如：自动和遥控装置、仪表等。,12.5 同步调相机,同步电动机和同步调相机,原理和用途：不带机械负荷，运行于电动机状态，专用来改善电 网功率因数的同步电机称为同步调相机或称为同步 补偿机。它利用不带机械负载的同步电动机改变励 磁可以调节功率因数的原理，并联运行于电网上提 供感性无功功率，提高功率因数，降低线路压降和 损耗，提高发电设备的利用率和效率，提高电力系 统的经济性与供电质量。,12.5 同步调相机,同步电动机和同步调相机,运行分析,过励：领

13、先于，吸收容性无功功率，即发 出感性无功功率。电力系统在大多数情 况下呈感性，故调相机通常都是在过励 状态下运行，作为无功功率电源，提供 感性无功，改善电网功率因数，保持电 网电压稳定。,欠励：滞后于,吸收感性无功功率,即发出容性无功功率。,12.5 同步调相机,同步电动机和同步调相机,特点,1）额定容量是指过励时的视在功率；,3）为了提高材料利用率，其极数较少，转速较高，又因不带机械负载，转轴较细。,2）由于不带机械负荷，因而没有静态过载能力的 要求，为了减少励磁绕组的用铜量，气隙 比发 电机和电动机的小，xd 较大。,起动 可采用辅助电动机法或异步起动法，而以后者为多。,12.5 同步调相机,同步电动机和同步调相机,装设位置：用户端,1）受电端补偿,2）中间补偿,提高长距离输电的稳定性,同步电动机和同步调相机,抽水蓄能电站,