第6章：三相同步电动机

电抠反应电势Ea与定子电流
I1成正比，在定子绕组中形 成电抗压降，可表示为


Ea j I1 xa
xa -定子磁场引起的电抗，称为电枢反应电抗。
U1 E0 I1r1 j I1(x xa ) E0 I1r1 jI1 xs
xs–同步电抗，xs≈xa



E1 E0 Ea
1 1xs
当电源电压不变，励磁电流 也不变，则电磁转矩只与功 角有关，它们之间的关系称 为功角特性。
当θ ＝0时，T＝0，这表明合成磁场的轴线与转子主磁 场的轴线重合，不产生磁拉力，所以电磁转矩为零。 当θ ＝90°时，转矩达到最大值θ ＞90°时，会出现 “失步”现象，同步电动机不能正常工作。
同步电动机最大缺点就 是起动性能差，本身没 有起动转矩。
（一）、异步起动法
在转子磁极的极掌上 装着类似于异步电动 机笼型绕组的起动绕 组，让同步电动机靠 异步转矩起动。
起动前，先将励磁绕 组经过电阻短接。
当电动机转速接近 亚同步转速(约 0．95n1)时，给转 子通入励磁电流， 将转子牵入同步。
额定功角θ 一般为20°-30°，所以过载能力为
Tmax sin 90 2 ~ 2.9 TN sinN
四、同步电动机的功率因数调节
当外加三相交流电电压一定时,合成磁场基本为定值
当负载转矩不变时，同步电动机的输出功率不变， 则输入功率也基本不变。
I1 cos1 常数
可见，改变励磁电流引起I1改变时，功率因数也随之改变。
6.2同步电动机工作原理
当同步电动机的定子三相 绕组通入三相交流电流时， 将产生旋转磁场，如果在 转子绕组内通入直流励磁 电流则形成固定的磁极。 根据磁极异性相吸原理， 这时转子磁极就会被旋转 磁场的磁极所吸引，而作 同步旋转，故称为同步电 动机。
同步电动机的转速为
n

n1

60 f1 p
同步电动机的转速n恒等于同步转速。电源频率为50Hz，故 当p＝1时，n＝3000r／来自百度文库in，p=2，n＝1500r／min， p=3,n=1000r/min等。可见，同步电动机转子转速不随负载 而变化，其机械特性是一条水平直线，属于绝对硬特性。
三、同步电动机的功角特性
同步电动机的电磁功率等于定子绕组输入的电功率减 去定子铜损和铁芯损耗，即定子经气隙传递到转子上 的功率。
Pem P1 3U1I1 cos1
I1 cos1 E0 sin
T Pem 3U1E0 sin
1 1xs
T Pem 3U1E0 sin
适用隐极式同步电机。对凸 极式，气隙分布不均匀，需 用双反应理论。
同步电动机的相量图
U1 E0 I1r1 j I1(x xa ) E0 I1r1 jI1 xs
简化相量图
U1 E1 E0 j I1 xs
U1与E0之间的相位角称为功角θ 。合成磁场滞后E1 90º，主磁场滞后(-E0) 90º，所以合成磁场与主磁 场之间的夹角也近似等于功角θ 。 可见功角还是合成磁场轴线与主磁场轴线的夹角。功 角既是时间角又是空间角，它是表示同步电机情况的 重要参数。
交流励磁机→整流→直流电 集电环 励磁绕组。
3. 旋转的交流整流器励磁（无刷励磁） 交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组。
三峡电站首台机组安装
三、同步电机的三种工作状态
1. 发电状态：原动力输入的机械功率通过电机内部的 电磁作用而转换为电功率输出。
2.电动状态：将电功率变为机械功率输出。
3.同步调相状态：转子上未带任何负载，则同步电机将 工作在同步调相机状态。此时，通过调节转子的直流励 磁，便可改变向电网输出无功功率的大小和性质。
电机拖动与控制
第6章 三相同步电机
6.1三相同步电机的概述
一.结构
同步电机的定子和三相异步机的定子完全一 样。同步电机的转子是磁极，按照其磁极结
构不同：可分为凸极式和隐极式两种。
二.励磁方式
供给同步电机励磁的直流电源及附属装置称为励磁系统。 1. 直流励磁机励磁：由小型直流发电机供电。 2. 静止的整流器励磁 电刷
二、同步电动机的电路分析
同步电动机接至电网，电源电压=感应电动势+阻抗压降。
U1 =－E1+(r1 ＋ j X )I1
定子绕组中的感应电势E1是由合成磁场Ф (定子磁场
和转子主磁场Ф0)共同感应产生的，因此可分解为



E1 E0 Ea
E0 -转子主磁场Ф0在定子绕组中产生的电动势
Ea-定子磁场在定子绕组产生的电势，称电抠反应电势
（二）、变频起动法
起动时，首先给转子直流励磁，然后在定子三相绕组 上加低频交流电，低频旋转磁场可以拖动转子起动， 然后逐渐提高电源频率，将电机起动到要求转速为止。
这种方法耗能少，起动平稳 不足之处是需要一个变频电源，且励磁机必须是非同轴 的，否则在低速时，励磁机无法提供所需的励磁电流。
I1 cos1 E0 sin 常数
增大励磁电流，E0变大，θ 减小，电动机功率因数角
减小。
（1）基准励磁状态：调节励磁电流至某值，恰使同步电 动机功率因电动机相当于纯电阻性负载。 （2）欠励磁状态:相当于感性负载。
（3）过励磁状态：相当于容性负载。同步补偿机
五、起动
在电流一个周期内，同 步电动机产生的平均起 动转矩为零。