《电机学》第六章（6-9） 同步电动机与同步补偿机

69同步电动机与同步补偿机 去掉负载 加机械负载 同步发电机→空载同步发电机→同步电动机 电动机时E滞后U,δ<0; m ICos p<0 一.同步电动机的电压方程和相量图 改用电动机惯例IM= qM:I3超前U的角度 隐极同步电动机 U=Eo+iMR,+ji, 2.凸极同步电动机 U=Eo+IMRa+Jlamxd+jlgmxg 注意在同步电动机中分析电枢反应时,应用I来分析。 OM = arctan UcosφM-IM 同步电动机的功角特性,功率方程和转矩方程 1.功角特性(Ra=0) EoU sin o + m )sin 28 δ:规定E。滞后U为正 T 2.功率和转矩方程 P P P=m UIM COS (PM Pe-pre-pa=p? T.-To Pua =mIMr B f(n) G 三.同步电动机的运行特性 工作特性 V形曲线 1.工作特性

6.9 同步电动机与同步补偿机 去掉负载 加机械负载 同步发电机 → 空载同步发电机 →同步电动机 E U, 0 m UI cos 0 电动机时  0 滞后   ；  一. 同步电动机的电压方程和相量图 I U I -I M M M M ： 超前 的角度。 改用电动机惯例       = − = 1. 隐极同步电动机 0 M a Mxs U E I R jI  =  +  +  2. 凸极同步电动机 0 M a dM d qM xq U E I R jI x jI  =  +  +  +  注意在同步电动机中分 析电枢反应时，应用 I来分析。 M M a M M q 0M Ucos I R Usin I x arctan    −  +  = 二. 同步电动机的功角特性，功率方程和转矩方程 1. 功角特性 （Ra = 0） M q d 2 M d 0 e )sin 2 x 1 x 1 ( 2 U sin m x E U P = m  + −  M：规定E  0 滞后U  为正。 s e e P T  = 2. 功率和转矩方程 T - T T P p p P P p P e 0 2 e Fe 2 1 cua e = − − = − =  G f B p f (n) p P m I R P m U I cos Fe 1 .3 2 Fe a 2 cua M 1 M M         = = =   。 三. 同步电动机的运行特性    形曲线 工作特性 V 1. 工作特性

转矩特性 保持UNI不变, Te Im n cos=f(P2) 电枢电流特性 效率特性 功率因数特性 P Pe=P2+phe+ PQ p+pa基本不变 ①P2=0时,T=T0;T。=T+ T=f(P2)为线性关系 ②P2=O时,1M=13;P2↑→T↑→IM↑近似为一条直线 ③n=f(P2) ④ f(P2) 2.V型曲线 隐极同步电机,忽略R P=Pe= PsE0snM→ Eo sin 8N=c M COS PM→ ICoSφM=c COS PM=10IME。δxI ② COS(p超前IE8NI>I ③cosφM滞后IEb8NI">I 同步电动机调节If可改变功率因数,这是同步电动机的优点之一。 四.同步电动机的起动方法 转子静止励磁绕组→Bon=0电磁转矩交变,平均值等于零,不能起动 定子三相对称电流→B。n 1.异步起动 在转子上装笼型起动绕组 定子加三相对称电压,转子励磁绕组通过电阻短路R=(5~10)Rf

U I T I cos f (P ) N f e M M 2          = 功率因数特性 效率特性 电枢电流特性 转矩特性 保持 不变， P P p p p p P T e 2 Fe Fe s e e = + +  + 基本不变  = ① 时， ； T f (P )为线性关系 ； P P 0 T T T T e 2 s 2 2 e 0 e 0 =  = = = + ② P2 = 0时， IM = IM0 ； P2 →Te →IM  近似为一条直线； ③ f(P )  = 2 ④ cos f (P ) M = 2 2. V 型曲线 U P c I f (I ) N e = M = f 隐极同步电机，忽略 Ra P P c 1 = e = sin E sin c x E U P m M 0 M s 0 e =    = P m U IM cos M IM cos M c 1 = N    = ① cos 1.0 I E I M = M 0  N f ② cos I E I I M M 0 N f  f  超前     ③ cos I E I I M M 0 N f  f  滞后     同步电动机调节 If 可改变功率因数，这是同步电动机的优点之一。 四. 同步电动机的起动方法 B n I B n 0 a s f 0 电磁转矩交变，平均值等于零，不能起动。 定子三相对称电流 转子静止励磁绕组    → → = 1. 异步起动 在转子上装笼型起动绕组。 定子加三相对称电压，转子励磁绕组通过电阻短路 R = (5 ~ 10)Rf

笼型绕组T(异步转矩) 起动过程中的转矩励磁绕组T。(单轴转矩) 磁阻转矩 加励磁后同步转矩 ①异步转矩:与感应电动机相同。 ②单轴转矩 励磁绕组电流频率为s,产生相对于转子静止的脉动磁势,可分解为两个旋转磁势 正转磁势:n+sn=n1与定子磁势相对静止,产生平均转矩 反转磁势:n-sn=(1-2sn,在定子绕组中感应电流,产生异步转矩,当s=0.5时, (1-2s)n1=0,与定子绕组相对静止,电磁转矩为0 ③磁阻转矩:在其动过程中,平均值为0 ④同步转矩:转子转速接近同步速时,在同步转距作用下,转子转速达到同步。 Is起动转矩(s=1);Ip牵入同步转矩(s=0.05);R2增加时,Tst增加,Tp减小 他机起动 同极数感应电动机,容量约为主机容量的(10~15)%,n接近同步速时,转子 励磁绕组加入Ir,由同步转矩拖入同步 3.变频起动 起动时f1很低,随着n↑逐步增加f1最后达到fs 例6-5 已知: COS (P=1.0 R。*=0,磁路不饱和。 求:① COS P=1.0IM*=1.0时,E0*和P。*=f(6M) ②I=1.2I2时,IM*和 cOs (P 解: ①voM= arctan U*sIng, 0.5 arctan- U*cO 6M=voM=26.5 IaM=lm*sin yoM=1.0 x sin 26.57=0.4473 Eo=U*COS OM+IaM*xd =10×cos26.570+0.4473×0.8=1.252 E。*U )sn28 1.252×1.0 10211 )sin2OM 20.50.8 =1.56n26M+0.37m28M P.*=1不变 0*=1.2E*o=1.2×1.252=1.502 1502×1 P 08sn8M+0.3356n26M =1.878sin8M+0.375sin26M=1→6M=2291 CoS =U*sin 8

T ( ) T ( ) e e        加励磁后同步转矩 磁阻转矩 励磁绕组 单轴转矩 笼型绕组 异步转矩 起动过程中的转矩 ①异步转矩：与感应电动机相同。 ②单轴转矩： 励磁绕组电流频率为 sf1，产生相对于转子静止的脉动磁势，可分解为两个旋转磁势： 正转磁势： n+sn1=n1 与定子磁势相对静止，产生平均转矩； 反转磁势： n-sn1=(1-2s)n1, 在定子绕组中感应电流，产生异步转矩，当 s=0.5 时， （1-2s）n1=0, 与定子绕组相对静止，电磁转矩为 0。 ③磁阻转矩：在其动过程中，平均值为 0。 ④同步转矩：转子转速接近同步速时，在同步转距作用下，转子转速达到同步。 Tst 起动转矩（s=1）; Tpi 牵入同步转矩（s=0.05）; R2 增加时，Tst 增加，Tpi 减小。 2. 他机起动 同极数感应电动机，容量约为主机容量的（10 ~ 15）% ，n 接近同步速时，转子 励磁绕组加入 If ，由同步转矩拖入同步。 3. 变频起动 起动时 f1 很低，随着 n↑逐步增加 f1 最后达到 fN 例 6-5 cos 1.0 x * 0.8, x * 0.5 , R * 0 , 已知： M = d = q = a = 磁路不饱和。 I 1.2 I I * cos cos 1.0 I * 1.0 E * P * f ( ) f fN M M M M 0 e M =   = = =  ② 时， 和 求：① 时， 和 1.565sin2 0.375sin2 )sin2 0.8 1 - 0.5 1 ( 2 1.0 sin 0.8 1.252 1.0 )sin2 x 1 - x 1 ( 2 U * sin x * E * U * P * 1.0 cos 26.57 0.4473 0.8 1.252 E * U *cos I * x * I * I *sin 1.0 sin 26.57 0.4473 26.57 26.57 1 0.5 arctan U * cos U * sin I * x * arctan M M M 2 M M q d 2 M d 0 e 0 0 M d M d 0 d M M 0 M 0 M 0 M 0 M M M q 0 M =  +   +   = =  +  =  +  = =  + =  =  =  =  = = =   + ①  = 解： P * 1 E * 1.2E * 1.2 1.252 1.502 ② e = 不变  0 = 0 =  = 1.878 sin 0.375 sin 2 1 22.91 sin 0.335 sin 2 0.8 1.502 1 P * 0 M M M e M M =  +  = →  =  +   = E0 * U*cos M I dM * x * d =  +   I qM * x * q U *sin M  = 

J*=1o-U*cos1.502-1.0c05229/0 =0.7261 0.8 U* sin 8M sin 22.91 =0.7786 0.5 IM*=ya*2+lM*2=√07262+0.7862=1.064 I 7786 =4297 qM=vaM-8M=42.970-2291=2006° cOs p=cos20.06=09393(超前) 6-29 复习同步电动机的起动方法 1.它机起动{容量:(0-15%P 极对数相同 2.变频起动电源频率f:0→f 笼型绕组I2→F2n2=n+sn1=n1T(起动转矩) 3异步起动{励磁绕组通过电阻短路s1{E,n;=n+1=1 lF2 (1-2s) 起动转矩:(n=1)Tst 牵入同步转矩:(s=065)Tm,T大,电机易牵入同步R2↑→{T T 五.同步补偿机(同步调相机) 同步补偿机就是空载运行的同步电动机 I=f(le) 1.同步补偿机的原理 电力系统 减小线路损耗 提高cos→{减小发电设备容量 减小输配电设备容量 2.同步补偿机的额定容量和结构特点 额定容量是指过励时所能补偿的无功功率 无轴伸 不带机械负载 结构特点装起动绕组起动用 xa可稍大降低造价

0.7261 0.8 1.502 1.0cos 22.91 x * E * U * cos I * 0 d 0 M dM = − =  −   = 0.7786 0.5 sin 22.91 x * U *sin I * 0 q M qM = =   = I * I * I * .0726 0.77862 1.064 2 2 qM 2  M =  dM +  = + = 0 M qM 0M 42.97 1.064 0.7786 arccos I * I * arccos = =    = - 42.97 - 22.91 20.06 0 0 0  M = 0M  M = = cos cos 20.06 0.9393 0  M = = （超前） 作业： 6-26 6-29 复习 同步电动机的起动方法 1. 10 ~15 %P N    极对数相同 容量：（ ） 它机起动 2. 变频起动 电源频率 f ：0 → fN 3. 异步起动         = − = − = + = → = + = − − + + F n n sn (1 2s) n F n n sn n sf I F n n sn n T 2 2 1 1 2 2 1 1 1 2 s 2 2 1 1 e 励磁绕组通过电阻短路 笼型绕组 （起动转矩） 起动转矩： (n = 1) Tst 牵入同步转矩： （s = 0.05 ）TPi , TPi 大，电机易牵入同步 T T R Pi st 2       → 五. 同步补偿机 （同步调相机） 同步补偿机就是空载运行的同步电动机 Pe = 0 I = f (If) 1. 同步补偿机的原理 电力系统 cos      → 减小输配电设备容量 减小发电设备容量 减小线路损耗 提高 2. 同步补偿机的额定容量和结构特点 额定容量是指过励时所能补偿的无功功率 x d      可稍大 降低造价 装起动绕组 起动用 无轴伸 不带机械负载 结构特点

610同步发电机的不对称运行 不对称的原因单相负载 分析方法:对称分量法 对称分量法 组不对称的三相电压(电流),总可以把它分解为正序、负序和零序三组对称电压(电 流),后者称为原来不对称电压(电流)的对称分量。 UA=UA+UA +U40=U+U +U U. UU Uc=UC+Uc +Uco =a0++a-U +Uo UUU UUU Jc 电机不饱和时,可采用迭加原理进行分析 对正序、负序、零序来说都是三相对称系统,只分析一相即可。 各相序阻抗和等效电路 1.正序阻抗和正序等效电路 电枢磁势与转子同步旋转,与三相对称运行时相同。三相对称运行时即为正序。 R,=R。x={取决于电枢反应磁势的位置x5x,5x E+=U,+1+Z E =-(EoA +aEoB +a Eos) EoAE0BEoc三相对称电势 Eo+a(a Eo)+a(aEo) 2.负序电抗和负序等效电路 转子正方向同步速旋转,电枢磁势逆向同步速旋转。电枢磁势与转子转向相反。 Z-=R-+jx- 对应于感应电机s=22-z-=1 (2d-+Z-) 转子上只有励磁绕组时 x一励磁绕组漏抗折算值 R一励磁绕组电阻折算值

6.10 同步发电机的不对称运行    故障 单相负载 不对称的原因 分析方法： 对称分量法 一. 对称分量法 一组不对称的三相电压（电流），总可以把它分解为正序、负序和零序三组对称电压（电 流），后者称为原来不对称电压（电流）的对称分量。 U U U U aU a U U U U U U a U aU U U U U U U U U U U U 0 2 C C C C0 0 2 B B B B0 A A A A0 0 A B C      = + + = + + = + + = + + = + + = + +  − − − − − − + + + + + +                         U U U a a 1 a a 1 1 1 1 U U U 0 2 2 C B A                     =           − +       U U U 1 1 1 1 a a 1 a a 3 1 U U U C B A 2 2 0                     =           − +       电机不饱和时，可采用迭加原理进行分析 对正序、负序、零序来说都是三相对称系统，只分析一相即可。 二. 各相序阻抗和等效电路 1. 正序阻抗和正序等效电路 电枢磁势与转子同步旋转，与三相对称运行时相同。三相对称运行时即为正序。 Z+ = R+ + jx+ q d q d a x x x x x R R x       + = + = 取决于电枢反应磁势的位置 + [E a(a E ) a (aE )] E 3 1 E aE a E 3 1 E E U I Z 0 0 2 0 2 0 0C 2 0A 0B            = + + = = + + = + + + + + + （ ） E E E  0A  0B  0C 三相对称电势 2. 负序电抗和负序等效电路 转子正方向同步速旋转，电枢磁势逆向同步速旋转。电枢磁势与转子转向相反。 Z－= R－ + jx－ 对应于感应电机 (Z Z ) 2 1 Z Z Z s 2 d q q d － － — － － = +    = 转子上只有励磁绕组时 R x f f — 励磁绕组电阻折算值 — 励磁绕组漏抗折算值   