同步电动机简介.ppt

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1、同步电机原理介绍,联众公司热轧仪电处 讲师：彭君权,结构模型,同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分

2、布和同步电机的性能有重大影响。除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。,工作原理,主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢

3、绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。感应电势 有效值：由第11章可知，每相感应电势的有效值为 E=4.44fN kw(15.1)感应电势 频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p，即f=pn/60(15.2)交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。,同步转速,同步转速 从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有：n=3000/p(15.3)要使得发电机供

4、给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。,运行方式,同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不

5、带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。,凸极式转子,凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图15.3 所示。当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为 N 极和 S 极。对水轮发电机来说，由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式结构工艺上较为简单。另外，中小型同步电机多半也做成凸极式。,水轮发电机,水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电

6、工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为12mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接，如图15.4所示。,隐极式转子,隐极式转子上没有凸出的磁极，如图15.2b所示。沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现 N 极和 S

7、极。在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。,j,汽轮发电机,定子大体上与异步电机相同，定子铁心由0.35mm,0.5mm或其它厚度的电工钢片叠成。定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m 时，采用扇形冲片。定子铁心固定在机座上，机座常由钢板焊接而成，它必须有足够的强度和刚度，同时还必须满足通风和散热的需要。汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘强度，一般采用 B 级或 F 级绝缘。为了

8、减少高速旋转引起的离心力，一般采用隐极式转子，其外形常做成一个细长的圆柱体。转子铁心表面圆周上铣有许多槽，励磁绕组嵌放在这些槽内。励磁绕组为同心式绕组，以铜线绕制，并用不导磁的槽楔将绕组紧固在槽内。,励磁方式简介,获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下：1 直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。如图15.5所示。,2 静止整流器励磁 同一

9、轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。(见图15.6）,3 旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图15.7所示。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转

10、电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。,额定值,同步电机的额定值有：额定容量(VA,kVA,MVA等)或额定功率PN(W,kW,MW等)：指电机输出功率的保证值。发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的容量。电动机的额定容量一般用kW数表示，补偿机则用kVAR表示。额定电压(V,kV等)：指额定运行时定子输出端的线电压。额定电流(A)：指额定运行时定子的线电流。额定功率因数：额定运行时电机

11、的功率因数。额定频率：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz。,同步发电机空载运行分析,当原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁绕组通过适当的励磁电流,电枢绕组不带任何负载时的运行情况，称为空载运行。空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立，分析较为简单,空载气隙磁场,对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分布不均匀，极面下气隙较小，而极间气隙较大，极面下的磁阻较小，而极间磁阻很大，而且在同一个极面下，在一个极的范围内气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。气隙磁密

12、可以用付立叶谐波分析的方法分解出空间基波和一系列谐波。图16.1a中画出了基波波形。通常将极靴的极弧半径做成小于定子的内圆半径，而且两圆弧的圆心不重合(称为偏心气隙)，从而形成极弧中心处的气隙最小，沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，这样可以使得气隙磁通密度的分布较接近正弦波形。隐极电机的励磁绕组嵌埋于转子槽内，沿转子圆周气隙可视为是均匀的。励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响,气隙磁密呈现出波动变化。用谐波分析法可求出其基波分量，如图16.1(b)所示。合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。在本书以后的分析中，如无特殊说明，仅考虑磁通密度的基波分量。感应电势的波形和大小

13、与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关，在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到品质较高的感应电势。在本课程以后的分析中，我们仅考虑感应电势的基波分量。,空载特性,当空载运行时,励磁电势随励磁电流变化的关系 称为同步发电机的空载特性。励磁电势的大小(有效值)与转子每极磁通成正比，而励磁电流的大小又和作用于同步电机磁路上的励磁磁势 正比例变化，所以空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律。如图16.2 所示。由图可见，当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载特性呈直线（将其延长后的射线称为气隙线）。随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁

14、化曲线开始进入饱和段。为了合理地利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基值，取 时的励磁电流(称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特性彼此非常接近。空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：将设计好的电机的空载特性与表16-1中的数据相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。空载特性结合短路特性(在后面介绍)可以求取同步电机的参数

15、。发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。,负载后磁势分析,空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的励磁磁势，它在电枢绕组中感应出三相对称交流电势，称为励磁电势。当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流，我们知道，当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度旋转的旋转磁势。由此可见，负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁势-电枢旋转磁势。因此，同步发电机接上三相对称负载以后，电机中除了随轴同转的转子磁势(称为机械旋转磁势)外，又多了一个电枢旋转磁势(称为电气旋转磁势)。参看异步电机篇的介绍，不难证明这

16、两个旋转磁势的转速均为同步速，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势。气隙磁场 可以看成是由合成磁势 在电机的气隙中建立起来的磁场。也是以同步转速旋转的旋转磁场。可见同步发电机负载以后，电机内部的磁势和磁场将发生显著变化，这一变化主要由电枢磁势的出现所致。,电枢反应,电枢磁势的存在，将使气隙磁场的大小和位置发生变化，我们把这一现象称为电枢反应。电枢反应会对电机性能产生重大影响。电枢反应的情况决定于空间相量 和 之间的夹角，而这一夹角又和时间相量E0 和Ia 之间的相位差y相关连。y称为内功率因数角，其大小由负载的性质决定。,时空相量图,如图16.4 所示

17、的瞬间，A相绕组中感应电势 达到最大值，此时如果y=0，即A相电流 和 同相位，则 亦达到最大值。,由异步电机篇的介绍可知，电枢磁势(三相合成磁势)的轴线在此瞬间将和A相线圈的轴线重合。一般情况下，(时间相量)滞后或超前于(时间相量)y 电角度时，(空间相量)的轴线位置也滞后或超前于A 相绕组的轴线y电角度。即 和 在时间上的相位差等于 的轴线和A相绕组轴线的空间角度差。,以上结论虽然是在一个特殊的瞬间(磁极轴线和A相绕组轴线正交时)得出的，由于 和 同速同步旋转，故在负载一定的情况下，和 的空间相位差等于90+y 电角度。为了分析方便，人们常将时间相量,U 和空间相量,画一起构成所谓的时空相

18、量图(见图16.4)。在时空相量图中 和Ff(处于磁极轴线方向，称为直轴，用d表示)重合，滞后于 90电角度(处于相邻一对磁极的中性线位置，称为交轴，用q 表示)，和 之间的相位差y由负载性质决定，和 重合。利用时空相量图(图16.5)，可以方便地分析不同负载情况时同步发电机电枢反应的情况。,y=0或者180度,此时 和Ff之间的夹角为90度或者270度，即二者正交，转子磁势作用在直轴上，而电枢磁势作用在交轴上，电枢反应的结果使得合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用。,y=90,此时 与 之间的夹角为180度，即二者反相

19、，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小，这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。,y=-90,此时 与 之间的夹角为0，即二者同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁势的幅值加大，这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。,同步电抗和电枢反应电抗,当三相对称电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势，将在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通 和不通过气隙的漏磁通，和 将分别在电枢各相绕组中感应出电枢反应电势 和漏磁电势。与电枢电流 的大小成正比(不计饱和)，比例常数称 为电枢反应电抗。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势

20、为：（16-3),电枢反应电抗的大小和电枢反应磁通 所经过磁路的磁阻成反比，磁阻与电枢磁势 轴线的位置有关。对于凸极电机而言，当 和 重合时，经过直轴气隙和铁心而闭合（这条磁路称为直轴磁路），如图16.6a 所示。此时由于直轴磁路中的气隙较短，磁阻较小，所以电枢反应电抗就较大。当 和 正交时，即 和磁极的轴线垂直时，经过交轴气隙和铁心而闭合（这条磁路称为交轴磁路），如图16.6b所示。此时由于交轴磁路中的气隙较长，磁阻较大，所以电枢反应电抗就较小。,一般情况下，和 之间的夹角由负载的性质决定，为 90+y，的流通路径介于直轴磁路和交轴磁路之间，电枢反应电抗的大小也就介于最大和最小之间。由于 和

21、 之间的夹角受制于内功率因数角(即负载的性质)，不同负载时，和 之间的夹角不同，对应的 也就不同，这给分析问题带来了诸多不便。,为了解决这一问题，人们采用了正交分解法和叠加原理，将 看成是其直轴分量 和交轴分量 的叠加，并认为 单独激励直轴电枢反应磁通，其流通路径为直轴磁路，对应有一个固定的直轴电枢反应电抗,并在定子每相绕组中产生直轴电枢反应电势；单独激励交轴电枢反应磁通，其流通路径为交轴磁路，对应有一个固定的交轴电枢反应电抗，并在电枢每相绕组中产生交轴电枢反应电势。,电枢绕组总的电枢反应电势 可以写为(16-4)考虑到漏磁通 引起的漏抗电势=-j(为电枢绕组的漏电抗)后，电枢绕组中由电枢电流

22、引起的总的感应电势为(16-5),其中=+定义为直轴同步电抗，=Xaq+定义为交轴同步电抗。对于隐极电机来说，由于电枢为圆柱体，忽略转子齿槽分布所引起的气隙些微不均匀后，可以认为隐极电机直轴磁路和交轴磁路的磁阻相等，直轴和交轴电枢反应电抗相等，即=，结合=+，并代入式(16-5)可得,(16-6)式中,定义为隐极电机的同步电抗。由定义可知，同步电抗包括两部分：电枢绕组的漏电抗和电枢反应电抗。在实用上，常将二者作为一个整体参数来处理，这样便于分析和测量。,附记 同步电动机工作原理,先从一台并联在无穷大电网上的同步发电机着手分析。同步电机的气隙中同时存在着对应于电网电压U 的合成磁势F和对应于励磁

23、电势E0的转子磁势Ff,F的转速由电网频率决定，是固定不变的。在发电运行状态时，Ff超前于F 一个d角，或者说，Ff拖着F一起旋转，二者之间的电磁力矩对转子来说是阻力矩。转子在原动机的带动下克服阻力矩，将转子边的机械能转化为定子边的电能。,如果减少原动机输出给转子的机械功率，则d角逐渐缩小，在不计空载损耗时，当d缩小到 0 时，电机处于理想空载状态，既不向电网提供有功功率，也不吸收电网有功功率。如果把原动机撤掉并在转子上加上机械负载，则Ff将落后于F，或者说，F拖着Ff一起旋转，二者之间的电磁力矩 对转子来说是动力矩，带动转子上的机械负载作机械功，从而将电网提供的电能转化为转子边的机械能。此时

24、同步电机运行于电动机状态。,由以上分析可知，同步电机可以从发电机运行方式过渡为电动机运行方式。产生这一过程的本质在于转子旋转磁势Ff(由原动机拖动)和合成旋转磁势F(由交流电网决定)之间主从关系的改变。当Ff超前于F 时，同步电机处于发电状态，功角d0，有功功率从电机流向电网；当F超前于Ff时，同步电机处于电动状态，功角d0，有功功率从电网流向电机。可以用与分析发电机类似的方法分析同步电动机，以下对同步电动机运行作简单介绍。,同步电动机电势方程式和相量图,研究同步电动机的方法和研究同步发电机的方法相似。可以采用发电机惯例或者电动机惯例，我们以电动机惯例进行分析。根据等效电路，写出其电势方程式：

25、U=E0+j XsIa 对于凸极同步电动机，用电动机观点直接写出其电压平衡方程式：U=E0+j XdId+j XqIq 采用与凸极发电机类似的方法和步骤可以作出凸极式同步电动机的相量图，具体过程读者自行分析。,同步电动机的优缺点,接在电网上的负载绝大部分都是感性负载(如异步电机、电抗器等)，都需要从电网吸收大量滞后性电流，使得电网及其输电线路可供给的有功功率减小、损耗增加、压降增大。发电厂要求用户的功率因数限制在一定的数值以内，以使电网能得到合理、经济地利用。那么用户怎样提高功率因数呢？方法有二：(1)是在线路上并联电容器来补偿电网的落后性功率因数；(2)是用同步电动机代替部分异步电动机，因为

26、同步电动机能吸收超前性电流，可以改善电网的功率因数。与发电机类似，同步电动机的功率因数可以通过改变励磁电流的大小来调节。如果增大励磁电流使电动机处于过励状态，则励磁磁势Ff增大，而合成磁势F的大小是不变的。,按照磁势平衡原理，电网将输出给电动机一超前电流Ia，该电流在电动机内部将产生去磁性的电枢反应，使得磁势得到平衡。电网输出给电动机超前电流相当于电网从电动机处吸取了滞后电流，正好满足了附近电感性负载的需要，使得电网的功率因数得到补偿。如果减小励磁电流使电动机处于欠励状态，则励磁磁势Ff也减小，电网必须输出给电动机一滞后电流来产生增磁电枢反应，以保持合成磁势F不变。这种情况和异步电机的情况类似

27、，所以同步电动机一般不采用欠励运行。如果保持机械负载不变（相当于有功功率不变），调节励磁电流If，对应的电枢电流Ia随之而变，和发电机一样可画出同步电动机的V形曲线。,但是同步电动机亦有一些缺点，如起动性能较差，结构上较异步电动机复杂，还要有直流电源来励磁，价格比较贵，维护又较为复杂，所以一般在小容量设备中还是采用异步电动机。在中大容量的设备中，尤其是在低速、恒速的拖动设备中，应优先考虑选用同步电动机，如拖动恒速轧钢机、电动发电机组、压缩机、离心泵、球磨机、粉碎机、通风机等。利用同步电动机能够改变电网功率因数这一优点，亦有制造专门用作改变电网功率因数的电动机，不带任何机械负载，这种不带机械负载

28、的同步电动机称之为同步补偿机或同步调相机。同步调相机是在过励情况下空载运行的同步电动机。,同步电动机的功角特性,同步电动机以凸极转子结构比较多，因此以凸极电机的功角特性为例来研究。同步电动机的功角特性公式和发电机的一样都可以从相量图中导出来。电动机的功角d是U超前E0的角度,如将发电机功角特性中的d用-d来替代，这样电磁功率就变成了负值，电动机状态下是电网向电动机提供有功功率，所以写电动机公式时，将负号去掉，于是功角特性就和发电机的功角特性和矩角特性具有相同的形式：,同步电动机的电磁转矩包括基本电磁转矩和附加电磁转矩两部分，当励磁电流为零时，即E0=0时，仍具有附加电磁转矩。利用此原理，可以制

29、成所谓的磁阻同步电动机。这种电机的转子上没有励磁绕组，是凸极式的，靠它的直轴与交轴磁阻不相等而产生电磁转矩。它的容量一般很小，常常做成10千瓦以下的电动机，能在变频、变压的电源下运行，而且速度比较均匀，常在转速需要均匀的情况下被采用，如精密机床工业、人造纤维工业、电子计算机等方面。,同步电动机的异步启动,当定子绕组接到电源后，按照同步电机的原理同步电动机是不能产生启动转矩的。目前工矿企业中看到的同步电动机都能够启动，这是利用异步电动机的原理来产生启动转矩，使得电机转动起来的。下面我们分析同步电动机没有启动转矩的原因及启动问题的解决方法。假设在合闸瞬间，转子(已经加励磁)处于图18.5a所示的位

30、置，此时，电磁转矩T倾向于使转子逆时钟转动；在另一个瞬间(图18.5b所示)，定子磁场已转过180度，而转子由于机械惯性尚未启动，电磁转矩T倾向于使转子顺时钟转动。由于定子磁场以同步速旋转，作用于转子上的力矩随时间以f=50Hz作交变，那么转子上受到的平均转矩为0。因此同步电动机是不能自行起动的。概括一下同步电动机没有启动转矩的原因是：（1）定、转子磁场之间相对运动速度很快；（2）转子本身转动惯量的存在。,同步电动机的启动方法，目前几乎都采用异步启动法。要实现同步电动机的异步启动，就需要在转子磁极表面装有类似异步电动机鼠笼转子的短路绕组，称之为启动绕组。它的结构型式和同步发电机的阻尼绕组一样。

31、为了得到较大的启动转矩，起动绕组常用电阻较大的黄铜条做成。启动时交流电压施于定子绕组后，在空气隙中产生旋转磁场，同异步电动机的工作原理一样，这个旋转磁场将在转子启动绕组中感应电流，此电流和旋转磁场相互作用产生异步转矩，这样同步电动机就按照异步电动机的原理转动起来。在转速上升到接近同步转速时，再给励磁绕组中通入直流励磁电流，使得转子产生磁极磁场，此时它和气隙磁场的转速已经十分接近，依靠这两个磁场间的相互吸引力产生转矩（称为同步转矩），将转子磁极拉入同步，这个过程称为拉入同步过程。,拉入同步是一个很复杂的过程，如果条件不合适，不一定能够成功。一般说，在加入直流励磁使得转子拉入同步的瞬间，同步电动机

32、的转差愈小、惯量愈小，负载愈轻，拉入同步就愈容易。综上，同步电动机的启动过程分为两个阶段：首先是异步启动，使得转子转速接近于同步速；加入直流励磁，使得转子拉入同步。由于磁阻转矩的作用，凸极式同步电动机较容易拉入同步。甚至在未加励磁电流的情况下，有时转子也能拉入同步。因此为了改善起动性能，同步电动机大多采用凸极转子结构。,同步电动机异步启动时，励磁绕组不能开路，因为励磁绕组的匝数较多，旋转磁场切割励磁绕组而在其中感应一危险的高电压，容易使得励磁绕组绝缘击穿或引起人身事故。在起动时，励磁绕组必须短路。为了避免在励磁绕组中产生过大的短路电流，励磁绕组短路时必须串入比本身电阻大（5-10）倍的外加电阻

33、。,磁阻同步电动机,磁阻电动机是一种转子上没有装设励磁绕组的凸极同步电动机，它依靠直轴和交轴两条磁路上磁阻不等而产生电磁转矩，所以称为磁阻同步电动机。对凸极转子，且当XdXd时，即使转子上不装设励磁绕组，也会存在电磁功率和对应的电磁转矩，其大小为,由上式可见，电磁转矩与功角的关系是按(sin2)规律变化的。当=90度时，转矩等于零；=45度时，转矩最大；=45度时，转矩又会变为零，这种情况可由图18.6来说明。,图18.6a 是磁阻电动机的空载情况，不计机械损耗时，电机产生的电磁转矩TM0，故定子磁场轴线与磁极轴线重合（即=0），磁力线不发生扭弯。当电动机加上负载时，转子直轴将落后于定子旋转磁

34、场轴线角，如图18.6b所示(图中=45)，由图可见，这个磁场被扭歪了。由于磁通具有使其所经路径的磁阻为最小的性质，从而力图使转子直轴方向与定子磁场轴线取得一致,因此产生与定子旋转磁场同转向的磁阻转矩TM，和负载转矩相平衡。当角增大到90时，由图18.6c 可见，气隙磁场又对称分布，其合成转矩又变成零。磁阻同步电动机只存在电枢反应磁场，故又称为反应式同步电动机。,电磁功率和电磁转矩的最大值为：,可以看出，电机Xd、Xq的数值愈大，则TMmax的数值也愈大。为了增大Xd、Xq，转子常采用如图18.7所示的钢片和非磁性材料（如铝、铜）相间镶嵌的结构，其中铝或铜部分可起到笼型绕组的作用使电机起动。在

35、电机正常运行时，由于交轴磁路多次跨过非磁性区域，遇到的磁阻很大，对应的Xq很小。,磁阻电动机一般靠实心转子的感应涡流并借助于铝或铜所起笼型绕组的作用起动。当转子接近同步速时，借助凸极效应产生的磁阻转矩，转子会自动拉入同步。磁阻电动机转子上既无励磁绕组也没有集电环而使得结构简单，工作可靠，在控制系统、自动记录装置、电钟等需要保持恒速的场合获得了广泛的应用。,小结,作为电动机运行是同步电机又一种重要的运行方式。同步电机接于频率一定的电网上运行，其转速恒定，不会随负载变动而变动；另外，同步电动机的功率因数可以调节，在需要改变功率因数和不需要调速的场合，常优先采用同步电动机。通过调节励磁电流可以方便地改变同步电动机的无功功率。过励时，同步电动机从电网吸取超前电流；欠励则吸取滞后电流。能够改善电网的功率因数是同步电动机的最大优势。从同步电动机的原理来看，它不能自行启动；在同步电动机的转子上装设启动绕组，借助异步电动机的原理来完成其启动过程。,结束,