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）
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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
D
同步电动机和同步调相机
时，TM max
m
U2 21
1 ( xq
1 xd
)
直轴和交轴磁阻差别越大，最大电磁转矩越大。
应用：小容量；如：自动和遥控装置、仪表等。
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12.5 同步调相机
原理和用途：
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。它利用不带机械负载的同步电动机改变励 磁可以调节功率因数的原理，并联运行于电网上提 供感性无功功率，提高功率因数，降低线路压降和 损耗，提高发电设备的利用率和效率，提高电力系 统的经济性与供电质量。
同步电动机和同步调相机
12.5 同步调相机
装设位置：用户端 1）受电端补偿
2）中间补偿
提高长距离输 电的稳定性
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抽水蓄能电站
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
d
d
过载能力km:
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12.4 反应式同步电动机
特点：转子上无励磁绕组的凸极同步电动机，利用
磁阻转矩工作。由于只有电枢反应磁场，故称为反 应式同步电动机；又由于转矩是因为直轴和交轴磁 阻不同而产生的，故又称为磁阻同步电动机。
电磁转矩：
TM
m U2 21
(1 xq
1 xd
)sin 2
最大电磁转矩：＝45
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12.5 同步调相机
特点
1）额定容量是指过励时的视在功率； 2）由于不带机械负荷，因而没有静态过载能力的
要求 ，为了减少励磁绕组的用铜量，气隙 比发 电机和电动机的小，xd 较大。
3）为了提高材料利用率，其极数较少，转速较高， 又因不带机械负载，转轴较细。
起动
可采用辅助电动机法或异步起动法，而以后者为多。
12.2 同步电动机的V形曲线
分析（以隐极机为例）
1.正常励磁
E0 sin 常数 C
电枢电流相量和电压相量同相 ，即cos φ =1 。只有有功， 没有无功，电枢电流最小。 A
U
jI1xs
I1
E01
B
I cos 常数
D
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12.2 同步电动机的V形曲线
分析（以隐极机为例）
2.过励
12.2 同步电动机的V形曲线
同步电动机的优点
改变励磁可以调节电动机的功率因数，利用此特点， 让其工作于过励状态，从电网吸收容性无功，即发 出感性无功，可以改善电网的无功平衡状况，从而 提高电网的功率因数、运行性能及效益。另外，为 了改善电网的功率因数和提高电机的过载能力，现 代同步电动机的额定功率因数一般均设计为计为1～ 0.8（超前）。
km
Tm ax TN
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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）
T2
TM
mE0U 1xs
sin
常数
E0 sin 常数
P2 常数 忽略ra和p0
P1
mUI
cos
常数
I cos 常数
同步电动机和同步调相机
1）E03<E01；
2）电枢电流相量滞后于电压相 量，吸收感性无功，即输出 容性无功；
A
3）越欠励，I 越大，θ 越大，越不稳定。
I cos 常数
E0 sin 常数 C
U
jI1xs
jI 3
x
s
E01
I1
I3
E03 B
D
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12.2 同步电动机的V形曲线
V形曲线
同步电动机和同步调相机
3.异步起动
方法：采用异步电动机工作原理，在磁极表面装 设类似异步电机笼型导条的短路绕组作为起动绕 组（发电机称为阻尼绕组）。当异步起动使转子 转速上升，转接近同步速时，加入直流励磁，使 电动机牵入同步。
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12.3 同步电动机的起动方法
起动方法 3.异步起动
说明：起动时，励磁绕组不能开路，以免产生很 高的感应电动势，破坏绕组绝缘；亦不能直接短 路，以免产生附加转矩（单轴转矩），对起动不 利，故需串入阻值约为10倍的电阻。为了改善起 动性能，绝大多数采用凸极式结构。
1）E02>E01；
2）电枢电流相量超前于电压
相量，吸收容性无功，即
输出感性无功；
A I2
I cos 常数
3）越过励，I 越大，θ 越小，越稳定。
E0 sin 常数 C E02
s
x
jI 2
U
jI1xs
I1
E01
B
D
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12.2 同步电动机的V形曲线
分析（以隐极机为例）
3.欠励