第6章 同步电动机和调相机

6.1.2 电动势平衡方程与相量图
以上分析都是以发电机惯例为基础的，因此， 当电机运行于电动机状态时，就有了负值和 的结果，且[见图6.1(c)]。这对于同步电动 机的分析显然很不方便。为此，按常规处理 方法，同步电动机分析时要改用电动机惯例， 这只要将发电机惯例时的电流方向改变即可，
6.2 同步电动机功角特性和功率平衡方程
（２）由于不拖动机械负载，调相机的转轴可以细一些， 静态过载倍数也可以小一些，从而可以适当减小气隙长 度和励磁绕组用铜量（减小匝数），使增大，其标幺值 可达２以上。
（３）为提高材料利用率，减小体积，调相机的极数较 少，大型调相机亦多采用氢冷或双水内冷方式。
3.异步起动
同步电动机多数在转子上装有类似于 异步电机笼型绕组的起动绕组（通称为阻 尼绕组），因此，当定子接通电源时，便 能产生转子转动的异步转矩，并不断加速 至接近同步速，此时，再加入励磁，就可 以用自整法将电机牵入同步。
6.3.2 异步起动过程
同步电动机异步起动的原理接线图如 图6.8所示。起动前先把励磁绕组经10倍于 励磁绕组电阻值的附加电阻短接，然后用 异步电动机直接起动的方法将定子投入电 网，依靠异步转矩起动并加速转子使之接 近同步转速，再加入励磁电流（将转子绕 组开关掷向励磁电源），依靠同步转矩将 转子牵入同步。
6.3.3 同步电动机的调速
同步电动机通常都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。然而，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 电动机等等）构成高品质交流变速传动系统已在 为调速研究领域的主要发展趋势。
6.1.1 从发电机状态过渡到电动机状态
设一台隐极同步电机并联运行于无穷 大电网，处于发电机状态，其相量图如图 6.1(a)所示。此时超前，功率角和相应的电 磁功率都是正值，也为正值，即转子主极 轴线沿转向超前于气隙合成磁场轴线，因 而作用于转子上的电磁转矩为制动性质。 原动机输入驱动性质的机械转矩克服起制 动作用的电磁转矩，将机械能转变为电能。
6.3 同步电动机的起动与调速
6.3.1 起动方法 同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁
场相对静止时，才能得到平均电磁转矩稳定地实 现机电能量转换。如将静止的同步电动机通入励 磁电流后直接投入电网，则定子转磁场将以同步 转速相对于转子磁场运行，转子上承受的是交变 的脉振转矩，平均值为零。因此，同步电动机不 能自起动，而必须借助其它起动方法。同步电动 机的常用起动方法有下列三种。
6.4.1 调相机的原理和用途
同步调相机实为不带机械负载的同步 电动机，它利用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。 因为同步调相机吸收的有功功率仅供给电 机本身的损耗，因此它总是在接近于零电 磁功率和零功率因数的情况下运行。
6.4.2 调相机的特点
同步调相机的特点有以下3个方面。 （１）同步调相机的额定容量是指它在过励状态下的视 在功率，这时的励磁电流称为额定励磁电流。根据实际 运行要求和稳定性需要，它在欠励运行时的容量只是过 励时的倍。
同理，原适用于发电机惯例的功角特 性也要改用为电动机惯例。经推导，结果 在形式上与采用发电机惯例时完全一样， 即对于凸极电动机，取超前于的功率角为 正值，其功角特性为
Pem
mE0U Xd
sin来自百度文库
mU 2 2
(
1 Xq
1 Xd
)sin 2
6.2.1 同步电动机无功功率调节
同步电动机运行时，从电网吸取的有 功功率的大小基本上由负载制动转矩来决 定。与发电机类似，当励磁电流不变时， 有功功率的改变将引起功率角的改变。由 相量图可知，此时，势必也会引起无功功 率的变化。
第6章 同步电动机和调相机
6.1 同步电动机的基本电磁关系 6.2 同步电动机功角和功率平衡方程 6.3 同步电动机的起动与调速 6.4 同步调相机
6.1 同步电机的基本电磁关系
任何一种旋转电机从运行原理来说都是可 逆的，同步电机也不例外。同步电机既可 作发电机运行，亦可作电动机运行，还可 以作为调相机运行。同步电动机与其他电 动机的最大区别是：其转速不随负载转矩 的增减而变化，它只有在同步转速下运行 才能产生电磁转矩，将电能转换为机械能
1.辅助电动机起动
通常选用与同步电动机极数相同的异 步电动机（容量一般为主机的）作为辅助 电动机。先用辅助电动机将主机拖动至接 近于同步转速，然后用自整步法将其投入 电网，并切断辅助电动机电源。这种方法 只适合于空载起动，而且所需设备多，操 作复杂。
2.变频起动
这是一种改变定子旋转磁场转速、利用同步 转矩起动的方法，起动过程中，定子不是直接按 电网，而是由变频电源供电。在开始起动时，转 子绕组即通入励磁且把定子电源的频率尽量调低， 使转子起动旋转，然后逐步上调至额定频率，则 转子转速将随定子旋转磁场的转速上升而同步上 升，直至额定转速。
6.2.2 同步电动机的Ｖ形曲线
上述分析表明，同步电动机在有功功率恒 定、励磁电流变化时，调节曲线的形状， 使之仍为“Ｖ”字，称为同步电动机的Ｖ 形曲线，如图6.7所示。由于减小励磁电流 时，下降，减小，过载能力降低，对应的 功率角增大。故在欠励区，当励磁电流减 小到一定数值时，电动机将失步，不能稳 定运行。图6.7中的左边虚线表示电动机不 稳定区域的界限。