同步电动机和同步调相机
第十一章同步电动机和同步调相机
在有负载的情况下，电动机的转子受到负载的制动力矩作 用，使得转子的直轴轴线对定子磁场轴线向后（逆转向）移动。 于是磁场便发生畸变，从而产生与负载转矩相平衡的附加电磁 转矩，并保持其转子直轴轴线滞后于定子磁场轴线一定的角度 δ而同步旋转。
反应式同步电动机的最大转矩发生在δ=45°时，而在 δ=90°时电磁转矩为零。如果负载再增加，将使电动机失去 同步。
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电动机状态
继续减少发电机的输入功率，则δ和 Pem变为负值。卸动原 动机，电机从电网吸收功率满足空载损耗，成为空转的电动机。
电机轴上加上机械负载，负 值的δ增大，由电网向电机输入 的电功率和相应的电磁功率增大， 转子磁极轴线落后定子合成磁极 轴线，转子受到驱动性质的电磁 转矩作用。
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同步调相机的特点
1)调相机的额定容量指的是在过励状态下的额定视在功率。
2)由于转轴上不带机械负载，所以调相机的转轴比同容量的电 动机转轴细，没有过载能力的要求。
3)为了提高调相机提供感性无功的能力，励磁线圈导线截面较 大，但励磁损耗仍然很大，对通风冷却要求较高。
同步调相机的起动一般采用异步起动 法或辅助电动机法。选择起动方法时，首 先考虑限制起动电流，然后考虑满足起动 转矩的要求。
电动机也是完全适用的。在近代同步电动机中，其参数
Xd*=0.6~1.45，Xq*=1.0~1.4，额定功率角δDN=20°~30°， 过载能力Km=2~3。
无功补偿设备主要分类简介
无功补偿设备主要分类简介无功补偿是电力系统及电力设备稳定运行的重要保障，无功补偿设备也是输配电网必备的重要设备。
无功补偿设备大致可分为三类：调相机、静止无功补偿装置（Static Var Compensator，SVC）、静止无功发生装置（Static Var Generator，SVG）。
调相机或称同步调相机、同步补偿机是较早出现的一类无功补偿设备。
调相机实际是一台空载运行的同步电动机，利用同步电动机在不同励磁电流下的发出或吸收无功电流的能力起到无功补偿作用。
当正常励磁时，调相机的电枢电流接近于零；过励磁时，调相机向电网发出无功电流；欠励磁时，调相机从电网中吸收无功电流。
因此，调相机经常运行在过励状态，励磁电流较大，损耗也比较大，发热比较严重。
为方便运行起见，调相机一般与发电厂中的同步发电机组或负荷端的异步电动机组安装在一起，容量较大的调相机还需要采用氢气冷却。
以上缺点均大大限制了调相机的应用范围，目前除在高压直流输电线路的终端作动态无功支持外，已很少使用。
SVC是目前应用最为广泛的一类无功补偿设备。
单就字面而言，SVC中的“Static”即静止，是相对于调相机的旋转而言，因此除调相机和SVG之外，凡是用电感或电容进行无功补偿的装置均可称作SVC。
按国际大电网会议的定义，SVC可分为以下7类：机械投切电容器（MSC）、机械投切电抗器（MSR）、自饱和电抗器（SR）、晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器（TSR）、自换向或电网换向转换器（SCC/LCC）。
实际上以上7类仍未能涵盖全部SVC设备，例如MCR(Magnetic Control Reactor)——磁阀式可控电抗器设备以及由以上两类或几类技术混合构成的设备。
一般认为应慎重使用SVC这一名词，因为其所能指代的范围过于宽泛。
在种类繁多的SVC设备中，一般可按控制/投切设备的种类分为机械投切型及电力电子型两大类，通常所称的SVC设备也是指这两类。
同步电动机和同步调相机教学
同步电动机和同步调相机的比较
应用场景
性能差异
同步电动机主要用于驱动负载，如泵、 风机等，而同步调相机主要用于调节 电力系统无功功率。
同步电动机具有较高的效率和稳定性， 适用于精确控制转速的场合，而同步 调相机则具有更好的无功调节性能和 节能环保特点。
控制方式
同步电动机通常通过改变输入电压或 频率来控制其转速，而同步调相机则 通过调节励磁电流来控制无功功率输 出。
同步调相机的应用
无功补偿
同步调相机可以用于无功补偿， 通过吸收容性无功功率来提高电 网的功率因数，改善电能质量。
电压调节
同步调相机可以通过调节励磁电 流来控制输出电压，保持电网电
压的稳定。
平衡负载
在电力系统中，同步调相机可以 平衡负载，防止因负载不平衡引
起的过载或欠载问题。
同步电动机和同步调相机的选择和使用
同步电动机和同步调相机的 应用
同步电动机的应用
驱动负载
同步电动机主要用于驱动各种负 载，如泵、风机、压缩机等，以 满足工业生产和日常生活的需求。
调速控制
同步电动机可以通过改变输入的励 磁电流或转子电流来调节转速，实 现精确的调速控制。
平衡负载
在多电机驱动系统中，同步电动机 可以平衡负载，确保各电机之间的 负载分配均匀。
THANKS
谢谢
励磁磁场与转子磁场相 互作用，形成旋转磁场。
阻尼绕组产生阻尼电流， 有助于稳定运行。
同步调相机将机械能转 换为电能，输出至电网。
同步调相机的控制和保护
控制方式
通过控制励磁电流的大小和方向 ，调节输出电压和频率。
保护措施
设置过电流、过电压、欠电压等 保护措施，确保同步调相机的安 全运行。
同步调相机你了解多少？
同步调相机你了解多少？同步调相机是一种特殊运行状态下的同步电机，当应用于电力系统时，能根据系统的需要，自动地在电网电压下降时增加无功输出!在电网电压上升时吸收无功功率，以维持电压，提高电力系统的稳定性，改善系统供电质量。
下面小编为大家介绍下同步调相机。
一、同步调相机原理电力系统中的主要负载是异步电动机和变压器。
这些设备均从电网汲取大量的无功功率以供其励磁之用。
所以，电网担负着很大一部分电感性的无功电流，导致电网的功率因数降低，以致发电机和输配电设备的作用不能充分发挥，线路损耗和电压损失增大，输电质量变坏，甚至影响输电的稳定性。
由于同步电机处在过励状态时，可以从电网汲取相位超前于电压的电流，从而改善电网的功率因数（见功率因数的提高，因此在过去的生产实际中，除选用一部分同步电动机外，还在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。
根据电网负载情况的不同，适当调节调相机的励磁电流，可改变调相机汲取的无功功率，使电网的功率因数接近于1。
此外,在长距离输电线路中，线路电压降随负载情况的不同而发生变化，如果在输电线的受电端装一同步调相机，在电网负载重时，让其过励运行，增加输电线中滞后的无功电流分量，从而可减少线路压降；在输电线轻载的情况下，让其欠励运行，吸收滞后的无功电流，可防止电网电压上升，从而维持电网的电压在一定的水平上。
同步调相机还有提高电力系统稳定性的作用。
二、同步调相机应用（1）控制电压的大幅偏移；（2）在HVDC的终端作为动态无功支持。
同步调相机是特殊运行状态下的同步电机。
可视为不带有有功负荷的同步发电机或是一种不带机械负荷的同步发电机。
它可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系统的需要来调节。
当它过励磁运行时，将向电网发出无功功率；欠励磁运行时，将从电网吸收无功功率。
同步调相机一般装设自动调节励磁装置，能自动地在电网电压降低时增加输出无功以维持电压，在有强励装置是，在电网故障情况下也能调整系统电压保证继电保护装置的正确动作。
新能源场站中调相机的作用及应用
新能源场站中调相机的作用及应用摘要最近几年，我国的新能源发电技术得到了充足有效的发展，光电、风电、水电建设项目正在如火如荼地进行，极大地改善了我国的电力能源结构。
调相机通过调整发出/吸收无功功率的方法，能够有效调整新能源场站的电压大小，切实保证新能源场站并网运行的稳定性。
通过对调相机的概念、工作原理进行简单地阐述分析，详细探讨调相机在新能源场站中的作用及应用场景，有助于推动调相机在新能源场站中的普及与应用。
关键词：新能源；调相机；作用；应用一、调相机的概念及工作原理调相机相当于空载运行的同步电动机，通过调整励磁电流的大小，控制自身向电网输送功率或者吸收功率，从而提升电网电压的稳定性和可靠性。
调相机通常由励磁系统、启动系统、DCS系统、保护系统等几部分组成，是电网调压管控中不可或缺的一部分，特别是在光能、风能发电项目快速发展的时代背景下，调相机得到了广泛的普及与应用。
众所周知，光能发电和风能发电的稳定性比较差，容易受到天文环境的影响。
以光能发电为例，当光照强度高时，产出的电量就比较多；当光照强度比较差时，产出的电量就比较少，而光照强度是不受人为控制的，这就导致光能发电的稳定性比较差，如果将光伏电站直接与外部电网相连，那么起伏不定的光电场站必然会对国家电网造成巨大的冲击，严重者会导致用电器烧毁。
而调相机的引入和应用很好地解决了这一问题。
当光能发电的电压下降明显时，调相机可以利用过励磁运行变成一个无功电源，向外部电网提供无功功率，用来弥补外部电网的电压欠缺。
当光能发电站的电压升高时，调相机通过欠励磁运行变成一个无功负荷，从系统中吸收无功功率，从而平衡外部电网的电压。
通常情况下，调相机的过励磁和欠励磁容量是不一样的，其铭牌标注的容量是过励磁状态下发出公共功率的最大值。
二、调相机在新能源场站中的作用分析在新能源场站中，调相机已经成为不可或缺的存在，调相机运行的好坏直接关系着新能源场站的经济效益和社会效益。
电机学判断模拟试题(含参考答案)
电机学判断模拟试题（含参考答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理。
( )A、正确B、错误正确答案：B2、三绕组自耦变压器的高压和中压绕组既有磁的耦合又有电的联系，而低压绕组和高压、中压绕组之间只有磁的耦合，因此在绕组排列时只能是高压绕组和中压绕组相邻。
（）A、正确B、错误正确答案：B3、改变鼠笼式异步电动机定子绕组线圈的连接方式，可以改变定子的磁极数，转子磁极数保持不变。
（）A、正确B、错误正确答案：B4、根据公式U₁=4.44fN₁φm可知，改变电压器电源频率f，主磁通φm会与f成反比变化，则磁路磁阻Rm也和f成反比变化A、正确B、错误正确答案：B5、三相感应电动机的功率因数cosφ₁总是滞后的。
（）A、正确B、错误正确答案：A6、深槽型和双笼型感应电动机与普通笼型电动机相比，能减小起动电流的同时增大起动转矩。
（）A、正确B、错误正确答案：A7、三相异步电动机空载起动和满载起动的起动电流和起动转矩都是相等的。
（）A、正确B、错误正确答案：A8、铁磁材料作为电机的磁路，对电机的磁场具有加强作用。
( )A、正确B、错误正确答案：A9、并网运行的同步发电机在撤掉原动机后，转速会先下降后在升高至同步逮。
（）A、正确B、错误正确答案：A10、变压器的变比等于一、二次电压瞬时值之比。
( )A、正确B、错误正确答案：B11、三相同步发电机转子磁场为直流电流励磁的恒定磁场，而电枢绕组产生的是交流电动势，因此同步发电机不能采用自励磁方式。
（）A、正确B、错误正确答案：B12、在同步电动机和调相机中，阻尼绕组主要作为起动绕组。
（）A、正确B、错误正确答案：A13、利用空载和短路特性可以测定同步发电机同步电抗xa的不饱和值；利用空载特性和零功率因数特性可以测定同步电抗Xd的饱和值。
（）A、正确B、错误正确答案：A14、励磁电流与通过该励磁电流绕组匝数的乘积叫磁动势，又称磁通势，以N · I表示。
同步电动机和同步调相机(1)
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
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
隐极机：PM
m UE0 xs
sin
凸极机：PM
m
E0U xd
sin
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ mU 2 2
(1 xq
1 xd
) sin 2
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
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
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。
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
二、同步电动机的电动势方程式和相量图
发电机惯例
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：
E0 U Ira jIxs
此时， φ >90º, mUIcos φ <0, 功率为负值；常采用电 动机惯例。
同步电动机和同步调相机
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
三、功角特性和功率、转矩平衡关系
1.功率平衡
电磁功 输入功率 （电）P1 率PM
输出功率 （机）P2
定子铜耗 pcua
机械损耗pm 铁耗pfe
附加损耗 pad
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
同步发电机和调相机的试验
同步发电机和调相机的试验同步发电机和调相机的常规试验项目{定子绕组的直流电阻{定子绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数{定子绕组的泄漏电流和直流耐压{定子绕组的交流耐压{转子绕组的绝缘电阻{转子绕组的直流电阻{转子绕组的交流阻抗和功率损耗{轴电压定子绕组的直流电阻{测量顺序问题（建议在绝缘试验前）{绕组平均温度的测量z 温度计平均法（3～5只）z 使用发电机埋设的测温电阻011t 235t 235R R ++=定子绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数{定子水内冷发电机的绝缘测试z 正确将定子绕组进出水管和出线进出水管接入屏蔽回路z 检温元件绝缘不良{原理图{温度折算问题{绝缘绕组最低值的确定{吸收比和极化指数的规定tt t C R R )1(10−=α定子绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数{R1绝缘电阻{C1几何电容{R2 C2为吸收回路{R3汇水管电阻{R4汇水管法兰对地绝缘电阻定子绕组的泄漏电流和直流耐压{严禁在氢气置换过程中，进行耐压试验{正确将定子绕组进出水管和出线进出水管接入屏蔽回路{水质应合格，以降低电源容量，稳定读数{分段加压时，每段应在加压的1min内，仔细观察泄漏电流的变化情况定子绕组的泄漏电流和直流耐压{当发生读数急剧波动时，应仔细查找原因{读数不稳的情况时，应采用加大平波电容的电容量、提高水质、消除水的极化电势影响等方式，避免错误判断定子绕组的泄漏电流和直流耐压77437741150,22080,100060kV 64256427762750kV 51135115561540kV 39738841830kV 26325426420kV 131********kV 总电流(mA)泄漏电流(μA)总电流(mA)泄漏电流(μA)总电流(mA)泄漏电流(μA)C 相B 相A 相电压定子绕组的泄漏电流和直流耐压77437741784560kV 64256427702750kV 51135115561540kV 39738841830kV 26325426420kV 131********kV 总电流(mA)泄漏电流(μA)总电流(mA)泄漏电流(μA)总电流(mA)泄漏电流(μA)C 相B 相A 相电压定子绕组的泄漏电流和直流耐压定子绕组的交流耐压{耐压试验准备工作：转子绕组在滑环处接地；发电机出口CT二次绕组短路接地；埋置检温元件在接线端子处电气连接后接地；对绕组进行充分放电{并联谐振补偿电感的计算方法转子绕组的绝缘电阻{地线接于转子轴上，不要接在大地或机座上转子绕组的直流电阻{注意消除电桥的测量线与滑环的接触电阻转子绕组的交流阻抗和功率损耗{测量转子交流阻抗时，断开与励磁系统的联系{测量转子交流阻抗时，应先进行绝缘测量{应先进行退磁操作{应使用线电压，以避免相电压中的谐波分量{试验电压峰值不应大于转子绕组额定电压转子交流阻抗{在定子膛内测量时，定子绕组上有感应电压，因而应断开与外电路的连接轴电压{座式轴承轴电压{端盖式轴承轴电压{应同时记录发电机有功功率和无功功率（或空载、短路状态）{使用高内阻电压表{轴电压不应超过10V{有条件时，可用录波仪测量。
同步调相机的原理和特点
同步调相机的原理和特点
同步调相机的原理和特点电网的负载主要是感应电动机，它们从电网吸取感性无功功率而使电网的功率因数降低，线路损耗和压降增大，发电设备的利用率和效率降低。
如能在适当地点装上同步调相机，就地供应负载所需的感性无功功率，就能显著地提高电力系统的经济性与供电质量，圆满解决上述问题。
1(同步调相机的原理和用途
同步调相机实际上是一台不带机械负载(空载)运行的同步电动机。
它从电网吸收的有功功率仅供给电机本身的损耗，因此同步调相机总是在接近千零的电磁功率和零功率因数的情况下运行。
假如忽略调相机的全部损耗，则电枢电流全是无功分量，其电动势方程式
为。
它过励与欠励时的相量图如图所示，过励时电流I超前U90?;欠励时电流I 滞后U90?，所以只要调节励磁电流，就能灵活地调节它的无功功率的性质和大小。
由于电力系统大多数情况下带感性无功负载，故调相机通常都是在过励状态下运行。
2(同步调相机的特点
(1)同步调相机的额定容量是指它在过励时的视在功率，这时的励磁电流称为额定励磁电流。
根据实际运行需要和稳定性，它在欠励运行时的容量只有过励时的0(5,0(65倍;
(2)由于调相机不拖动机械负载，其转轴可以细些，静态过载倍数可以小些，相应地可以减小气隙和励磁绕组的用钢量，因此它的直铀同步电抗Xd较大;
(3)为了提高材料利用率，大型调相机多采用氢冷或双水内冷方式。
同步电动机和同步调相机(2)
同步电动机和同步调相机
12.3 同步电动机的起动方法
起动转矩 分析
同步电动机和同步调相机
12.3 同步电动机的起动方法
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）
同步电动机和同步调相机
12.5 同步调相机
运行分析 过励：
领I 先于 ，U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： I滞后于 U,吸收感性无功功率,即发出容性无功功率。
同步电动机和同步调相机
12.3 同步电动机的起动方法
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。
12.2 同步电动机的V形曲线
相量图（以隐极机为例）
E0 sin 常数
E0 s0 末端的轨迹为与 平行U的 直线CD
I cos 常数
I末端的轨迹为与 垂直U的直线AB
A I2
U
jI1xs
jI 3
x
s
E01
I1
I3
E03 B
I cos 常数
同步调相机
应用
应用
同步调相机的主要应用在如下方面：
（1）控制电压的大幅偏移；
（2）在HVDC的终端作为动态无功支持。
同步调相机是特殊运行状态下的同步电机。可视为不带有有功负荷的同步发电机或是一种不带机械负荷的同 步发电机。它可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系统的需要来调节。当它过励磁运行时，将向 电发出无功功率；欠励磁运行时，将从电吸收无功功率。同步调相机一般装设自动调节励磁装置，能自动地在电 电压降低时增加输出无功以维持电压，在有强励装置是，在电故障情况下也能调整系统电压保证继电保护装置的 正确动作。
(3)静止变频器起动方式通常只用于调相机台数多的场合。
(4)液力藕合器起动方式是在调相机与起动电动机之间接入液力藕合器。起动调相机时，藕合器先不充油， 起动电动机不带调相机单独空载起动，然后向藕合器逐步充油，使调相机转子起动、逐步升速，当转子接近同步 转速(滑差2%一4%)时，调相机用自同步方法并入系统。中国鞍山电业局的一台250 MVA调相机就采用液力藕合起 动方式。
结构特点
结构特点
同步调相机的结构基本上与同步电动机相同 ，只是由于它不带机械负载，转轴可以细些。如果它具有自起 动能力,则其转子可以做成没有轴伸,便于密封。同步调相机经常运行在过励状态,励磁电流较大,损耗也比较大， 发热比较严重。容量较大的同步调相机常采用氢气冷却。随着电力电子技术的发展和静止无功补偿器 (SVC)的推 广使用，调相机现已很少使用。
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起动方式
起动方式
调相机的起动方式有自起动(异步起动)方式、起动电动机起动方式、静止变频器起动方式和液力藕合器起动 方式 。
34电机学-同步电动机与调相机同步发电机不对称运行
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➢从发电机状态过渡到电动机状态E 0定子合成磁场等效磁极Sn1 NTMT1 主极(a)发电机状态NθS jI xsUIθE0jI x sUI (b)空载发电机状态Nθ= S0 0Sn1 T 1NTE 0定子合成磁场等效磁极Sn 1 NT 2T M主极(c) 电动机状态SθNIjI x sU➢从发电机状态过渡到电动机状态当同步发电机变为电动机运行时，功率角和相应的电磁转矩、电磁功率均由正值变为负值，电磁转矩由制动转矩变为驱动性质的转矩。
➢ 电动势方程式和相量图AEX 图12-2同步电动机的规定正方向IU➢电动势方程式和相量图U --I rajI xsEE 0=U -I ra- jI xsU = E0+I ra+ jI xsIθ图12-3 隐极同步电动机相量图E 0E 0=U-I ra-jIdxd-jIqxqU =E0+Ira+ jIdxd+ jIqxq Id图12-4 凸极同步电动机相量图-jIdxdU-I ra-jI xqI -jIqxqψθIq➢时空相矢图 E0=U -I ra- jI xsEF f 1U-jI xs-I raIϕ θFa➢起动方法辅助电动机、调频、异步改变励磁可以调节电动机的功率因数，这是同步电动机最可贵的特性。
因为在电网上主要的负载是异步电动机和变压器，它们都要从电网中吸收电感性无功功率，如果将运行在电网上的同步电动机工作在过励状态，使它们从电网中吸收电容性无功功率（即向电网发出感性无功功率），从而提高了电网的功率因数。
同步调相机：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。
除供应本身损耗外，它并不从电网吸收更多的有功功率，因此同步调相机总是在接近于零的电磁功率和零功率因数的情况下运行。
忽略同步调相机的全部损耗，则电枢电流全是无功分量，其电动势方程式为U = E0 + jI xsjI x sU jI x sE 0 E 0UII (a)过励(b)欠励图12-14 同步调相机的相量图同步调相机在过励时可看作是电网的一个电容性无功负载，而欠励时则为一个电感性的无功负载，只要调节励磁电流，就能灵活地调节它的无功功率大小。
同步电动机和同步调相机
随着新能源技术的发展，同步电动机和同步调相机在风力发电和太 阳能发电等领域的应用也越来越广泛。
02 同步电动机的特点与种类
特点
同步性
同步电动机的转速与电源频率 保持同步，因此其运行非常稳
定。
高效率
由于其高效的磁场设计和制造 工艺，同步电动机通常具有较 高的能源效率。
高启动转矩
同步电动机在启动时能够提供 较大的转矩，有助于克服启动 阻力。
模块化设计
采用模块化设计，简化制造工艺， 缩短产品研发周期，提高生产效率。
应用领域拓展
新能源领域
01
随着新能源技术的不断发展，同步电动机和同步调相机在风力
发电、太阳能发电等领域的应用将进一步拓展。
工业自动化
02
在工业自动化领域，同步电动机和同步调相机将应用于更广泛
的设备和统中，提高生产效率和设备性能。
绿色制造
推广绿色制造技术，减少生产过程中的环境污染，确保同步电动机和 同步调相机的可持续发展。
THANKS
种类
1 2
自冷式同步调相机
通过自然冷却方式散热，适用于小型或低负载的 场合。
强油循环式同步调相机
采用强制油循环散热，适用于中等到高负载的场 合。
3
蒸发冷却式同步调相机
利用蒸发冷却技术散热，适用于高负载和高温环 境。
常见问题与解决方案
问题一
解决方案一
启动困难：启动同步调相机时可能遇到困 难，需要检查电源、控制线路和电机本身 是否正常。
发展
随着技术的不断进步，同步电动 机和同步调相机的性能和效率得 到了显著提高，同时也在不断探 索新的应用领域。
应用领域
工业自动化
同步电动机在工业自动化领域中广泛应用于各种机械设备的驱动， 如泵、风机、压缩机等。
电机学—同步电动机和调相机
改变励磁可以调节电动机的功率因 数 利用同步电动机功率因数可调的特 点，让其工作于过励状态，从电网 吸收容性无功，可以改善电网的无 功平衡状况，从而提高电网的功率 因数和运行性能及效益。
三、起动与调速
1. 起动方法
同步电动机不能自起动，必须借助其它起动方法 原因：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。 常用起动方法
➢ 辅助电动机起动
➢ 变频起动
➢ 异步起动
2. 同步电动机调速
同步电动机通常应用于不需要调速的场合，少数情 况下(如风机、水泵的节能运行)，需要两至三种转速，也 都用变极方式实现。
随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，用 同步电动机、特别是特种同步电动机(如永磁式同步电 动机、磁阻式同步电动机、开关磁阻式同步电动机等) 构成高品质交流变速传动系统已成为调速研究领域的 主要发展趋势。
2. 空载状态： 逐步减少原动机输入功率，使转子
瞬时减速，θ角和电磁功率相应减小。当θ角减至零时， 发电机变为空载，后于气隙合成磁场，电
磁转矩为驱动性质，电机进入电动机运行状态，将电网输 入的电能转换成机械能。
二、无功功率调节(电动机）
1. 矢量图
电动机并在恒压电网上运行时， 若P2恒定，且忽略电枢电阻损耗。
Pem
mE0U Xt
sin
P1
mUI cos
常数
即 E0 sin 常数 I cos 常数
2. 特点
➢ 同步电动机输出有功功率P2恒定， 改变励磁电流可以调节其无功功率
➢ “正常”励磁时功率因数cos =1，电
枢电流全部为有功电流，故数值最小
第17章 同步电动机和同步调相机
第17章同步电动机和同步调相机习题解答郑乃清王洪涛17-1 一台同步电动机在额定电压下运行，从电网吸收cos 0.8ϕ=超前的额定电流，已知该机的参数为：0.8, 0.5, 0d q a x x R **==≈，试求（1）励磁电动势0E *及功率角θ；（2）该机运行在什么励磁状态？解：方法一cos 0.8ϕ=超前，036.87ϕ=0sin 10.610.553.97cos 10.8q I x U arctgarctgU ϕψϕ****+⨯+⨯===⨯00053.9736.8717.1θψϕ=-=-=000cos sin 1cos17.110.8sin53.97 1.6d E U I x θψ****=+=⨯+⨯=00θ>，U&超前E &，电动机运行于过激状态。
方法二：设010U *=∠&，cos 0.8ϕ=超前，036.87ϕ= 0136.87I *=∠&00136.870.5 1.3617.1q UjI x j ***-=-∠⨯=∠-&&，该相量与E &同相位 017.1θ=00036.8717.153.97ψθϕ=+=+=sin 0.809dI I ψ**== 0() 1.360.809(0.80.5) 1.6q d d q E U jI x I x x *******=-+-=+⨯-=17-2 三相隐极同步发电机60kVA N S =，Y 接，380V N U =， 1.55t x =Ω，0a R ≈。
当电机过励cos 0.8N ϕ=滞后，37.5kVA S =时（1）作相量图，求0E 和θ；（2）原动机移去，不计损耗，作相量图，求I ；（3）改作电动机运行，em P 同（1）中数值，调节励磁使cos 1ϕ=，作相量图，求I 和0E 。
解：357(A)I ===cos 0.8ϕ=滞后，036.87ϕ= sin ()()sin t Ix U arctg acrtg arctg U ϕψθϕϕ+=+=57 1.552200.651.3822008arctg ⨯+⨯⎛⎫==⎪⨯⎝⎭00051.3836.8714.51θψϕ=-=-=()()20cos sin t E U U Ix ϕϕ=++()()()222200.82200.657 1.55282V =⨯+⨯+⨯=（2）10P =，00p ≈，20, 0P θ==0t E U Ix =+028222040(A)1.55t E U I x --=== （3）003282220sin sin14.5130085.3(W)1.55em t mE U P x θ⨯⨯==⨯= cos 1ϕ'=，I&与U &同相 em P 不变，cos I ϕ=常数，cos cos I I ϕϕ''=cos 570.845.6cos 1I I ϕϕ⨯'==='(A) ()22220()220 1.5545.6231(V)t E U Ix =+=+⨯=17-3 某工厂变电所变压器容量为2000kVA ，该厂电力设备消耗的总功率1200kW ，cos =0.65ϕ滞后。
同步发电机及调相机试验方法
发电机及调相机试验方法第一部分：发电机及调相机的静态试验方法一．测量定子绕组的绝缘电阻及吸收比※各项绕组绝缘电阻的不平衡系数≤2※吸收比：对沥青浸胶及烘卷云母绝缘≥1.3；对环氧粉云母绝缘≥1.6；1．工具选择2500V兆欧表2．步骤⑴断开发电机出口电源开关；⑵用放电棒分别对U1、V1、W1接地充分放电,如图1所示；⑶解开中性点接线；⑷分别摇测出线侧U1、V1、W1对地绝缘电阻：记录R15和R60的数据。
⑸分别摇测出线侧U1对V1W1、V1对U1W1、W1对U1V1的地绝缘电阻：记录R15和R60的数据。
⑹用放电棒分别对U1、V1、W1接地充分放电。
二．测量转子绕组和励磁回路的绝缘电阻1.转子绕组※测量前将发电机大轴处的接地电刷提起（电刷离开大轴）；※转子绕组、励磁回路的绝缘电阻一般≥0.5MΩ；※水内冷转子绕组选择500V的兆欧表或其它仪器，绝缘电阻≥0.5MΩ；※当发电机定子绕组绝缘电阻已符合启动要求，而转子绕组的绝缘电阻≥0.2MΩ时，可以投运；※转子绕组额定电压>200V时，选择2500V兆欧表；≤200V时，选择1000V兆欧表。
2.励磁回路※将回路中的电子元件拔出或将其两端短路。
三．测量轴承座的绝缘电阻※选择500V的兆欧表，测量值≥0.5 MΩ；※分别测量轴承座与薄铁板、薄铁板与基础台板、轴承座与基础台板之间的绝缘电阻。
四．测量定子绕组、转子绕组和灭磁电阻的直流电阻※测量定子绕组、转子绕组的直流电阻，应在冷态下进行，绕组表面温度与周围温度之差在±3℃内；※测量定子绕组、转子绕组的直流电阻，测量数值与产品出厂数值换算至同温度下的数值比较，其差值≤2％。
※测量灭磁电阻数值与铭牌数值比较，其差值≤10％。
1．电流、电压表法※ mV表的连线不应超过该表规定的电阻值，且应接于靠近触头侧2．平衡电桥法（电桥用法见《进网作业电工培训教材》P320※测量时，电压引线尽量靠近触头侧；电流引线在电压线外侧，宜分开不宜重叠※直流双臂电桥法：1～10－5Ω及以下※单臂电桥法：1～106Ω五．定子绕组的直流耐压和泄漏电流试验※定子直流耐压的试验电压为电机额定电压的3倍；※试验电压按0.5倍的额定电压分阶段升压试验，每段停留1min；※在试验电压下，各相泄漏电流的差别≤最小值的50％，当最大泄漏电流在20μA以下时，各相间差值与出厂值比较不应有明显差别；※水内冷电机，宜采用低压屏蔽法；※氢冷电机必须在充氢前或排氢后且含量在3％以下时进行。
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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
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
电动机惯例
1.隐极机
U
E0 U Ira jIxs
ra jxs
U E0 Ira jIxs 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；Iθ NhomakorabeaE0
U
同步电动机等效电路图
3)电枢反应为去磁作用。
1) φ =90º, mUIcos φ =0, 不发有功功率；
2) θ =0, 转子磁极轴 线与定子 等效磁 极轴线重合；
3) T1 = T0。
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
3.电动机运行状态
1) φ >90º, mUIcos φ <0, 输入电功率；
2) θ <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。
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
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
发电机惯例
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：
E0 U Ira jIxs
此时， φ >90º, mUIcos φ <0, 功率为负值；常采用电 动机惯例。
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。
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
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。
d
d
过载能力km:
km
Tm ax TN
同步电动机和同步调相机
12.2 同步电动机的V形曲线
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）
同步电动机和同步调相机
12.2 同步电动机的V形曲线
相量图（以隐极机为例）
E0 sin 常数 C E02
s
x
jI 2
同步电动机和同步调相机
本章基本要求
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
同步电动机和同步调相机
主要内容
➢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
1.发电机运行状态
1) φ >0, mUIcos φ >0, 输出电功率；
2) θ >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。
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
2.空载发电机状态
1.功率平衡
P1=pCua +PM
PM =p fe +pm +pad +P2
2.转矩平衡
PM
=(p
fe
+pm
)+P2
=p0
+P（2 忽略附加损耗）
1
=
2 n1
60
=
2
p
f
PM = p0 + P2 1 1 1
TM =T0 +T2
TM T0 +T2
电磁转矩 空载转矩 输出转矩
同步电动机和同步调相机
三、功角特性和功率、转矩平衡关系
3.功角特性 曲线
隐极机
凸极机
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
三、功角特性和功率、转矩平衡关系
3.功角特性 曲线
隐极机
凸极机
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
三、功角特性和功率、转矩平衡关系
3.功角特性
静态稳定判据: dTM 0稳定 dTM 0不稳定
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
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,可能为加磁电枢反应。
E0 末端的轨迹为与 平行U的 直线CD
I末端的轨迹为与 垂直U的直线AB
A I2
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
三、功角特性和功率、转矩平衡关系
1.功率平衡
电磁功 输入功率 （电）P1 率PM
输出功率 （机）P2
定子铜耗 pcua
机械损耗pm 铁耗pfe
附加损耗 pad
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
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
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
电动机惯例 2.凸极机
E0 U Ira jId xd jIqxq
U E0 Ira jId xd jIqxq
jId xd E0
jIxq U Ira
jIq xq
I
Id
Iq
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
三、功角特性和功率、转矩平衡关系
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
隐极机：PM
m UE0 xs
sin
凸极机：PM
m
E0U xd
sin
mU 2 2
(1 xq
1 xd
) sin 2
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