第六章同步电动机

3)当调节励磁电流小于正常励磁时，称为“欠励状 态”， 此时 E0 E02 E01 E02 , I I 2 相位上滞后电 压一个 角，向外输出超前性质的无功功 2 率的电流，定子电流 I I
2 1
很少采用同步电动机的欠励状态
由以上分析可知；在输出功率一定的条 件下，定子电流I随励磁电流变化的关 系曲线呈V形，故称I=f(If)为V型曲线， 对于不同的输出功率，有不同的曲线， 如此可得一簇曲线，如图
1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出 的磁极，气隙分布不均匀。 2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子 结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转 的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力 较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放 的凸极式结构。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作 为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机， 后者称为水轮发电机。 汽轮发电机：转速高，采用隐极式。 水轮发电机：转速低，采用凸极式。
三、同步电动机的功率因数调节和V形曲线 当同步电动机拖动的有功负载保持常数的情况 下，调节同步电动机的励磁电流，可以调节 它的功率因数。
1)调节励磁电流If，E0 E01 时，定子电流I I1 cos 1 此时定子电流I与电压U同相位， 电机不从电网吸取无功功率，定子电流最小， 称这时的励磁状态为“正常励磁” 2)当励磁电流大于正常励磁时，称为“过励 E0 E03 E0 sin 常数 状态”， 因为要保持 E01 E03 , I I3 相位上超前电压一个 3 角，这 是电动机除了从电网吸收有功功率之外，还 吸收无功功率，所以 I3 I1 此时，同步电动机对改善电网的功率因数有 很大的好处。
的平均值为零。因而不能自行起动。
如果采用某种方法帮助起动，使转子转速 升至同步转速，这时励磁磁通势 Ff 与电 枢磁通势 Fa 均以同步转速旋转，在空间 相对静止，合成磁通势为
F Ff Fa
称为气隙磁通势，在空间以同步转速n0旋 转。如用等效合成磁极模拟气隙合成磁 通势 F ，则此等效合成磁极将与转子上 的异性磁极之间产生电磁力和电磁转矩， 拖动转子磁极旋转。等效合成磁极轴线 超前转子异性磁极轴线一个空间角度 θ ， 此角度的大小取决于转子轴上阻转矩的 大小。即负载转矩变化时，只影响此角 度的大小，转子转速则始终保持同步转 速运行。
60 f N nN p
二、同步电动机的基本运行原理 同步电动机的定子三相绕组接通三相交流 电源，流过三相对称电流，产生一个在 空间以同步转速n0旋转的旋转磁通势Fa称 为电枢磁通势。同步电动机的励磁绕组 通入直流励磁电流，产生一个与转子相 对静止的励磁磁通势 Ff 。当转子静止时， 将电枢磁通势建立的旋转磁场用等效的 旋转磁极表示如图
3.同步电动机的特点： 同步电动机适合拖动功率大而本身没有调 速要求的负载 同步电动机可用改变励磁电流的方法调节 它的功率因数，运行时能够改善电网 的功率因数，这一优点是异步电动机所 不具备的。
4. 同步电机的额定值有： 1）额定电压：是指在正常运行时，按照制 造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。 电压的单位用V或kV表示。 2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。 3）额定功率：是指在正常运行时，电机的 输出的有功功率 。
第六章同步电动机
教学目的： 1 了解三相同步电动机的基本工作原理 2 了解三相同步电动机基本结构和组成 3了解三相同步电动机调节功率因数的机理 4 了解三相同步电动机的启动特点及其启 动方法
※什么是同步电动机？
同步电动机是一种交流电机，当电源
频率为f1恒定时，它的转速为n也恒 定，n＝60f1/p，转子以同步转速旋 转，所以称为同步电动机。
四、同步电动机的起动
同步电动机不能自行动，必须借助其他方 法起动。同步电动机的起动方法有辅助 电机法，变频起动法和异步起动法等。 一般采用异步起动法。
阻尼绕组
～
10r
同步电动机异步起动原理图
采用异步起动法时，转子上需加设鼠笼式 起动绕组，起动时，先把励磁绕组短接， 接通电源，靠起动绕组所产生的异步转 矩起动，待转速上升至接近同步转速时 (约95%n0)，将励磁绕组换接到励磁电源 上，使转子建立励磁磁场，此时气隙磁 场与励磁磁场的转速十分接近，依靠两 个磁场相互作用产生的转矩，能将电动 机转子牵入同步，以同步转速稳定运行。
一 、同步电动机的基 本结构 同步电动机的结构主 要由定子和转子两大 部分组成，定、转子 之间是气隙。
1.定子 同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、 电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。 定子接入三相交流电源，产生旋转磁场
滑环
2.转子 同步电机的转子有两种结构型式，即凸极 式 a 和隐极式 b 。这是根据定、转子之间 的气隙的分布情况来定义的。
A：对于发电机而言：输出的是电功率。
PN 3U N I N cosN 10
3
B：对于电动机而言：输出的是机械功率。
PN 3U N I NN cosN 10
单位是KW。 4. 相数m ：一般m=3。 5. 额定频率:我国额定工业频率规定 f N =50Hz.
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6）额定转速：额定转速即为电机的同步 速，在一定极数及频率时，它的转速是 定值。
凸极同步电动机的磁阻转矩， 有利于牵入同步。 同步电动机异步起动时，为减 小起动电流，也可采用降压起 动方法。
异步电动机的同步旋转
图6-4 同步电机不能自行启动
当定子等效磁极与转子异性磁极的相对位 置如图 6-4a ）所示时，产生一个逆时针 方向的电磁转矩，由于转子具有机械惯 性，旋转磁场的速度又高，所以转子尚 未来得及正相转动时,定子等效磁极已转 至图 6-4b ）所示位置。转子又受反向转 矩的作用。不难证明， 转子所受转矩