第六章   同步电机 §1 三相同步电机  一、同步电机的基本结构 三、三相同步发电机的运行特性（※） 四、三相同步电动机的运行特性 §2 无换向器电动机------自控式同步电动机 §3  其他同步电动机 （5）同步电动机失步现象： 以隐极为例：  空载时  若                     时， 定子合成磁势无法同步拖动转子磁极；而且当              ，                 。转子进一步处于减速，即进入失步，甚至被迫停转。    为保证电机同步平衡运行，                           。 此外，当负载突增时为提高      可迅速增加励磁以提高      （即采用强励）。 2、无功调节——V形曲线。 电动机参考方向下，同样有类似同步发电机的无功表式：   凸极：  隐极：      对于同步电动机，调节    即     将引起无功功率的变化。当有功功率固定，定子电流                  因无功电流变化而变化，此变化呈字母“V”。 以隐极为例：  当电源不变即U不变，f不变（   不变）当改变励磁电流时要保证有功不变应有： 相量图为          超前，纯阻性、滞后的三种情况。 分析图示相量图可看出：     当                  时，即纯阻性时定子电流                   存在极小值，而不同性质负载（容性、阻性、感性）下，定子电流的变化曲线呈V字型。 讨论： （1）当               ，即同步电动机只从电网吸收有功功率，（即不吸收无功功率                                   ，无功即磁储能全部由转子励磁建立），若此为“正常励磁”，；而滞后                     ，磁储能由转子励磁与定子电流共同建立为“欠磁”，超前                      ，磁储能不但是全部由转子励磁建立，而且还从定子发出无功功率给电网，则称为“过励”。  （2）有功固定，即                         ，欠励时，   减小，   增大，当减小至        时将出现失步，故欠励时存在不稳定区。  （3）改变励磁（随之I也改变），可调节同步电机的功率因数，这是同步电动机最可贵的特性。 （4）电网上主要负载是异步电动机和变压器，都要从电网中吸收感性无功率，因此同步电动机一般工作在过励状态，从而提高了电网的功率因数。     若不带负载              浮接电网并运行于过励状态，即专门用以改善电网功率因数，此称同步补偿机（又称同步调相机）。 （二）、同步电动机起动  1、无自起动能力： （1）同步电动机的电磁转矩是由三相定子电流建立合成旋转磁场与转子磁场相互作用而产生的。可以分析仅仅在两者相对静止时，才能得到平均转矩。  设转子转速为    ，且            （同步角速度）则功率角θ为： —为起始功率角 即无平均电磁转矩。 为无恒定方向的脉动转矩，可推得： （2）直接接入电网无自起动能力：    同步电机励磁并直接投入电网，则三相定子电流合成磁场与转子磁场间有相对运动。电机中为一无恒定方向的脉动转矩，且                 故不能自起动。 2、起动方法： （1）辅助电动机起动法： A、同极数：通常选用和同步电动机极数相同的异步电动机（容量为主机的5~15%）作为辅助电动机，将主机拖至接近同步转速。然后采用自整步法将其投入电网，再切断辅助电动机电源。  同步电机稳定运行的判据：  当外界扰动使功率角增大时，电磁功率的增量也大于零，即： 称为比整步功率  比整步转矩。  B、少一对极辅助电动机：拖动过同步速，当降到同步速再投入同步电动机于电网。缺点是不能在负载下起动，则辅助电动机容量大。 （2）变频起动法： 设法改变定子旋转磁场转速利用同步转矩起动。 缺点：需变频电源且励磁机必定是非同轴的。 （3）异步起动法：        现代同步电动机多数在转子上装有类似于异步电机鼠笼绕组的起动绕组（即阻尼绕组），如图所示。      起动时，励磁绕组切忌开路（因起动时定子三相合成磁势相同转子速度大，励磁绕组匝数多，将感应很高的电势）。同样也不能短路，否则感生电流大，励磁单相绕组将产生单轴转矩其特点是在略大于半同步速（简称半速）处产生较大负转矩，使合成转矩明显下凹甚至受卡。故起动时应串待转速上升到接近同步速（约）时，再投入励磁电源，此后靠基本电磁转矩和附加磁阻转矩“牵入同步”即自整步。实际上整个起动过程中共有4 个转矩：（1）单轴转矩；（2）异步转矩；（3）磁阻（反应）转矩；（4）励磁机励磁后的基本同步转矩。 （三）、异步电动机同步化运行    三相同步电动机与三相异步电动机在原理上的差异在于转子：    转子中电流的频率，前者转子电流频率为0，其电流为直流电流，后者转子电流频率为转差频率        ，其电流为一低频交流电流。   供电方式也不一样，同步电动机转子绕组直接由直流电源供电，而异步电动机转子中的低频电流由气隙磁场所感应。如果将三相异步电动机转子绕组供电方式加以改变．直接由直流电源供电，使其低频交流电流改变为直流电流，并且所形成的磁通势及其磁场的极对数与定子电流所产生的旋转磁场的极对数一致，则三相异步电动机就可变成三相同步电动机而稳定运行，不过这种可能性只有绕线转子异步电动机可成为现实。   电路原理如图所示。  1、电路原理 2、转子磁场情况    当转子绕组供以直流电流以后（如图），就建立磁通势．产生磁场。由于转子的三相绕组是对称的，每相直流电阻均相等，每相绕组中的直流电流关系如下： 相当时通以三相对称电流在 这一瞬间的情况。 转子磁场情况相当于一直维持             这一交流瞬间的磁场情 况 ，对应的磁场空间分布如图。 这实质上是一个直流磁场。     因此，通过对原有三相绕组的“二并一串”通以直流电，相当于建立一等效的转子直流磁场，而定子绕组依然是三相对称的，与同步电动完全一样的运行机理。      无换向器电动机就是频率闭环控制的同步电动机，可称自控式同步电动机．亦称无整流子（换向器）电动机，或晶闸管电动机。    电动机本体就是一台同步电动机，但运行频率并不是独立控制的，还受控于转子的位置，自动同步。因此，还有变频器与转子位置检测两部分。 一、分类  (一)直流无换向器电动机   用户为直流供电，电动机则为变频率的三相交流电，频率不但与用户信号有关，还自动与转子位置配合，实现定转子磁场的同步。从用户看，系统相当于一无换向器的直流电动机。  (二)交流无换向器电动机 用户为交流供电，控制装置为“交-交”变频。   这两种运行方式各有优缺点。交一直一交系统中存在换流问题，交一交系统结构比较复杂，给设计、测试等带来不便。   就同步电动机用变频电源供电以实现调速的机理来说，两者是一致的。 二、工作原理（自学）  (一)维护简便  电动机本体采用无刷结构。   (二)调速范围广    在额定负载范围内，可按3：1~10：1，自零到额定转述实现无级调速。   (三)控制方便   (四)电动机用于条件较恶劣的场合   (五)快速性好 控制装置都由晶闸管等半导体元件所组成，时间常数小，具有很好的快速性。 三、特点： 一、

第六章 同步电机.ppt