电机学课件：同步机 24章 电动机和补偿机.ppt

第五篇 同步机第第2424章章 同步电动机和同步补偿机同步电动机和同步补偿机24.1 24.1 同步电动机的原理同步电动机的原理24.2 24.2 同步电动机的特性同步电动机的特性24.3 24.3 同步电动机的起动同步电动机的起动24.4 24.4 同步补偿机同步补偿机华南理工大学 电力学院24.1.1 电压方程、等效电路、相量图24.1.2 功角特性、功率方程24.1.3 电磁转矩、转矩方程24.1 同步电动机的原理1 隐极电动机的电压方程2 隐极电动机的等效电路3 隐极电动机的相量图4 凸极电动机的电压方程5 凸极电动机的相量图6 电动机的电枢反应7 无功（无功功率、无功能量）的几种说法24.1.1 同步电动机的 电压方程、等效电路、相量图为了应用方便，改用电动机惯例，即以输入电流作为正方向，以输入电功率作为正值，有关物理量的下标加M，代入发电机的电压方程可得到隐极同步电动机的电压方程：1 隐极电动机的电压方程2 隐极电动机的等效电路3 隐极电动机的相量图上图为以发电机惯例表示的电动机状态：Pe, 和0均为钝角cos,cos0右图为以电动机惯例表示的电动机状态从发电机惯例（左）到电动机惯例（下）3 续1关于0：课本第220页下部指出：同步电机的功角特性，0180时，电磁功率为正值，对应于发电机状态；-1800时，电磁功率为负值，对应于电动机状态。

从上页电动机相量图可见，0，正相吻合3 续2隐极电动机相量图的特点：1）E0在U之下，即相量E0落后于相量U，亦即 功率角为负2）典型状态为电流超前于电压，即对电网而言，同步电动机相当于一个电容器类似地可得凸极电动机的电压方程：4 凸极电动机的电压方程5凸极电动机的相量图参见课本第226页之图24-36 电动机的电枢反应参见课本第226页 同步电动机电枢反应的性质与发电机的相反即电枢电流滞后于励磁电势时，电枢反应有增磁作用；超前时，有去磁作用理由如下： 在讨论同步发电机电枢反应时，A相电枢电流的正向（X进A出）与+A相轴的方向符合右手螺旋惯例B、C相类似这样一来，当某相电流最大时，三相合成磁势的幅值就落到该相正相轴上6 续1如果时相合一，那么电枢电流相量和电枢磁势矢量就同相位在这些前提下，我们有发电机电枢反应效应的结论：电枢电流滞后励磁电势时电枢反应有去磁性，反之有增磁性 现在，对同步电动机，电枢电流的正向刚好与同步发电机的相反电动机的电枢电流超前励磁电势时，相当于发电机的电枢电流滞后励磁电势，反之亦然因而二者电枢反应的性质刚好相反6 续2 前面画出了典型状态下隐极电动机的相量图该图中电枢电流超前端电压。

并且提到：典型状态下，对电网而言，同步电动机相当于电容器 相当于电容器的同步电动机，电流超前超前电压，电枢反应有去磁去磁 性，电动机处于过励过励状态 反之，相当于电感器的同步电动机，电流落后落后电压，电枢反应有增磁增磁性，电动机处于欠励欠励状态解答完毕7 无功的几种说法：汲取、发出、感性、容性、超前、滞后（落后） 电容器从电网汲取容性汲取容性无功这一说法相当于把电容器看作电网的负载-负载从电源汲取某种东西容性容性无功有时也说成超前超前无功这是从电流超前电压的角度说的 我们也可以说：电容器向电网发出感性发出感性无功这一说法相当于把电容器看作电网的电源-电源向负载供应某种东西感性感性无功有时也说成落落后后无功这是从电流落后电压的角度说的1 功角特性2 功率方程24.1.2 同步电动机的 功角特性、功率方程采用电动机惯例，把E0滞后于U的功率角和电磁功率Pe规定为正值，用M表示，即M= -，则同步电动机的功角特性表达式与同步发电机的相同，即1 同步电动机的功角特性2.a 定子功率方程输入功率=定子铜耗+电磁功率2 同步电动机的功率方程2.b 转子功率方程电磁功率=铁耗+机械耗+杂散耗+输出功率1 电磁转矩2 转矩方程24.1.3 同步电动机的 电磁转矩、转矩方程将同步电动机的功角特性表达式除以s，即得电磁转矩表达式：1 同步电动机的电磁转矩将同步电动机的转子功率方程除以s，即得转矩方程：2 同步电动机的转矩方程Te是电磁转矩，表达式见上页。

T0是空载转矩，T0=(pFe+p+p)/sT2是输出转矩，T2=P2/s 24.2.1 工作特性24.2.2 无功调节24.2 同步电动机的运行特性1 工作特性定义2 电磁转矩、电枢电流特性3 过载能力4 功因特性5 效率特性24.2.1 工作特性1 工作特性定义同步电动机的工作特性是指电枢电压U=UN，励磁电流If=IfN时，电磁转矩、电枢电流、效率、功因与输出功率之间的关系，即 Te、IM、cosM、 = fcos（P2）见下页图1 续12 电磁转矩、电枢电流特性当输出功率P2=0时，Te=T0 IM=I0 都比较小，但非零随着P2的增加，电磁转矩将正比增大，电枢电流也随之增大因此， Te = fT（P2）是一条直线，而IM = fI（P2）近似为一条直线3 过载能力同步电动机的最大电磁功率与额定功率之比，称为过载能力和发电机一样，增加电动机的励磁（即增大E0），可以提高最大电磁功率Pe(max)，从而提高过载能力这是同步电动机的特点之一4 功因特性功因特性：是一条下降的曲线5 效率特性效率特性：空载时，=0；随着P2增加，效率逐步增加，达到某个最大值后开始下降同步电动机的效率特性与其他电机基本相同。

1 无功调节相量图2 不同励磁时的功因特性24.2.2 同步电动机的无功调节1 无功调节相量图同步电动机的无功功率和功率因数也可以通过励磁来调节相应的V型曲线与发电机的相似，也有正励、过励、欠励以及稳定极限，只是过励时功率因数为超前，欠励时功率因数为滞后，与发电机的相反1 续12 不同励磁时的功因特性与异步电动机比较，同步电动机最大的特与异步电动机比较，同步电动机最大的特点是：功率因数可调改变励磁电流，点是：功率因数可调改变励磁电流，可使同步电动机的功率因数达到可使同步电动机的功率因数达到1，甚，甚至变成超前至变成超前 2 续1功率因数可调是同步电动机的最大优点同步电动机通常在过励状态下运行，从电网吸收超前电流，相当一个容性负载，可以改善电网的功率因数 2 续2例题24-1 课本第227页有一台凸极同步电动机接在无穷大电网上运行，电动机的额定功率因数cosM=1，电动机的参数为，电枢电阻和磁饱和忽略不计试求：（1）该机在额定电流、cosM=1的情况下运行时，励磁电动势的标幺值和该励磁电动势下的功角特性；（2）若负载转矩不变，励磁增加20%，问电枢电流和功率因数将变成多少？分析：利用相量图-由图可见：E0 = UcosM + IdMXd因此，首先求内功率因数角0。

以便对电流进行正交分解，求出IdM解答：采用标幺值计算Step 1 取电动机端电压为参考相量由于功因为1，故功率角=内功因角将有关数据代入功角特性公式，可得：注意，用标么值表示时，式中无相数注意，用标么值表示时，式中无相数m，且以电动机，且以电动机的额定视在功率的额定视在功率3UNIN作为功率基值作为功率基值Step 2 若励磁增加20%，不计饱和时有：因负载转矩不变，故Pe*仍保持为1，用试探法求得：24.3.1 异步起动法-了解即可24.3.2 其它起动法-不要求24.3 同步电动机的起动24.3.1 同步电动机的 异步起动法-了解即可1 1 同步电动机不能自行起动同步电动机不能自行起动 同步电动机直接起动时，定子旋转磁场以同步转速旋同步电动机直接起动时，定子旋转磁场以同步转速旋转，而转子静止不动由于定、转子磁场在空间不能相转，而转子静止不动由于定、转子磁场在空间不能相对静止，因而不能产生恒定的同步电磁转矩作用在转对静止，因而不能产生恒定的同步电磁转矩作用在转子上的同步电磁转矩正、反交变，平均转矩为零子上的同步电磁转矩正、反交变，平均转矩为零2 2 同步电动机的异步起动法同步电动机的异步起动法 同步电动机在主极极靴上装设起动绕组来起动。

起动同步电动机在主极极靴上装设起动绕组来起动起动绕组相当于感应电动机转子上的笼型绕组，因此称为异绕组相当于感应电动机转子上的笼型绕组，因此称为异步起动法步起动法 24.3.2 同步电动机的 其它起动法-不要求24.4.1 同步补偿机的本质-空载电动机24.4.2 同步补偿机的功能-无功补偿24.4 同步补偿机：不要求24.4.1 同步补偿机的本质（原理）-空载的同步电动机空载的同步电动机补偿机原理：同步补偿机是空载运行的同步电动机其V型曲线相当于Pe=0时电动机的V型曲线正励时，补偿机的电枢电流接近于零；过励时，补偿机从电网吸取超前的无功电流；欠励时，补偿机从电网吸取滞后的无功电流24.4.2 同步补偿机的功能-无功补偿1 对感性无功的需求 电网中大部分的负载为感应电动机，还有大量的变压器它们要从电网中吸取滞后无功电流来建立磁场，致使整个电网的功率因数降低，同步发电机的容量不能充分利用，而且在输电线和发电机中流动的无功电流增大了线路的电压降和铜耗2 2 感性无功的供给感性无功的供给 如果能在受电端装设同步补偿机，如图如果能在受电端装设同步补偿机，如图示设感应电动机的滞后电流为示设感应电动机的滞后电流为I Ia a，补偿，补偿机的超前无功电流为机的超前无功电流为I Ic c ，线路电流为，线路电流为I I。

2 感性无功的供给：续1 补偿机从电网吸收的超前无功电流完全（或部分）补偿了感应电动机所需的滞后无功电流，使线路电流减小，显著提高了功率因数 如果采用发电机惯例来分析，可认为感应电动机所需的滞后无功电流，实质上是由过励的同步补偿机直接供给的，从而避免了无功电流的远程输送，改善了电网的功率因数3 变 性 无 功 的 需 求 与 供 给对于远距离的输电线路，当线路重载运行时，负载滞后的无功电流使线路电压下降；轻载时，输电线路本身的电容电流使受电端的电压升高如果想使各种工况下受电端的电压基本保持不变，可在受电端装设自动励磁调节的同步补偿机线路重载时，补偿机做过励运行，轻载时作欠励运行，以减小线路中的无功电流The End。