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电机学-同步电动机和同步补偿机、调相机

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第十一章同步电动机和同步调相机

第十一章同步电动机和同步调相机
反应式同步电动机接入电网后，从电网吸取感性的无功电 流，并建立直轴电枢反应磁场。在理想的空载情况下，电动机 不需要产生与负载转矩相平衡的电磁转矩，此时转子保持其直 轴方向的轴线与定子磁场轴线一致（δ=0），并随定子磁场同 步旋转。
在有负载的情况下，电动机的转子受到负载的制动力矩作 用，使得转子的直轴轴线对定子磁场轴线向后（逆转向）移动。 于是磁场便发生畸变，从而产生与负载转矩相平衡的附加电磁 转矩，并保持其转子直轴轴线滞后于定子磁场轴线一定的角度 δ而同步旋转。
反应式同步电动机的最大转矩发生在δ=45°时，而在 δ=90°时电磁转矩为零。如果负载再增加，将使电动机失去 同步。
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电动机状态
继续减少发电机的输入功率，则δ和 Pem变为负值。卸动原 动机，电机从电网吸收功率满足空载损耗，成为空转的电动机。
电机轴上加上机械负载，负 值的δ增大，由电网向电机输入 的电功率和相应的电磁功率增大， 转子磁极轴线落后定子合成磁极 轴线，转子受到驱动性质的电磁 转矩作用。
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同步调相机的特点
1)调相机的额定容量指的是在过励状态下的额定视在功率。
2)由于转轴上不带机械负载，所以调相机的转轴比同容量的电 动机转轴细，没有过载能力的要求。
3)为了提高调相机提供感性无功的能力，励磁线圈导线截面较 大，但励磁损耗仍然很大，对通风冷却要求较高。
同步调相机的起动一般采用异步起动 法或辅助电动机法。选择起动方法时，首 先考虑限制起动电流，然后考虑满足起动 转矩的要求。
电动机也是完全适用的。在近代同步电动机中，其参数
Xd*=0.6~1.45，Xq*=1.0~1.4，额定功率角δDN=20°~30°， 过载能力Km=2~3。

第二十章1同步电动机和同步调相机

第二十章1同步电动机和同步调相机

& 吸收感性无功功率。 2.欠励：I 超前于 U ，吸收感性无功功率。 欠励：& 欠励
按照发电机惯例画出空载、过励、欠励时 空矢量图如下 空矢量图如下： 按照发电机惯例画出空载、过励、欠励时-空矢量图如下：
二、用途 1．受控补偿
当负荷较大时，为了改善功率因素，同步补偿机应 当负荷较大时，为了改善功率因素， 过励运行. 过励运行 2、中间补偿 当电网在负载下工作时,由于滞后性负载引起线路 当电网在负载下工作时 由于滞后性负载引起线路 电压的下降;当电网负荷很轻时 当电网负荷很轻时， 电压的下降 当电网负荷很轻时 ， 高压长输电线路 将呈现较大的电容作用，使受端电网电压升高， 将呈现较大的电容作用，使受端电网电压升高，此 同步补偿机应运行在欠励状态， 时，同步补偿机应运行在欠励状态，吸收电网中多 余的无功功率。 余的无功功率。
五、负载运行时的 负载运行时的转矩和功率平衡方程式 六、有功功率的调节和静态稳定 1、同步发电机的功角特性及其公式 、 2、调节有功功率时发电机输出无功功率的变化情况 、 3、静态稳定：静态稳定的条件、稳定度、稳定范围。 、静态稳定：静态稳定的条件、稳定度、稳定范围。 七、V形曲线及其特点
第二十章 同步电动机和同步调相机 1、同步电动机的运行原理； 、同步电动机的运行原理；
一电所的容量为2000kVA，变电所本来的负荷为 ， 一电所的容量为 1200kW，功率因数 Cosφ = 0.65 （落后），今该厂欲 落后）， ），今该厂欲 ， 增加一台额定功率为500kW，功率因数 Cosφ = 0.8 增加一台额定功率为 ， 超前）的同步电动机，问当该同步电动机满载时， （超前）的同步电动机，问当该同步电动机满载时， 全厂的功率因数是多少？变电所是否过载？ 全厂的功率因数是多少？变电所是否过载？

电机学第六章同步电机

电机学第六章同步电机
交流副励磁机（中频）
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构

电机学—同步电动机和调相机

电机学—同步电动机和调相机

2. 空载状态： 逐步减少原动机输入功率，使转子
瞬时减速，θ角和电磁功率相应减小。当θ角减至零时， 发电机变为空载，其输入功率正好抵偿空载损耗。
3. 电动机状态：主极磁场落后于气隙合成磁场，电
磁转矩为驱动性质，电机进入电动机运行状态，将电网输 入的电能转换成机械能。
二、无功功率调节(电动机）
1. 矢量图
四、调相机
1. 原理：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。
2. 用途：在适当地点装上调相机，就地补偿负载所需的感性
无功功率，即吸收容性无功、发出感性无功，就能显著提高 电力系统的经济性与供电质量。
3. 特点
若输出有功功率为零（忽略调相机本身的损耗），过励时， 电流超前电压90°；欠励时，电流滞后电压90°
只要调节励磁电流，就能灵活地调 节无功功率的性质和大小
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
电动机并在恒压电网上运行时， 若P2恒，且忽略电枢电阻损耗。
Pem
mE0U Xt
sin
P1
mUI cos
常数
即 E0 sin 常数 I cos 常数
2. 特点
➢ 同步电动机输出有功功率P2恒定， 改变励磁电流可以调节其无功功率
➢ “正常”励磁时功率因数cos =1，电
枢电流全部为有功电流，故数值最小
➢ 励磁电流小于正常励磁值(欠励)时，
电动机功率因数cos 滞后，同步电动
机相当于感性负载，要从电网吸取滞后 无功

调相运行、调相机及同步电动机

调相运行、调相机及同步电动机

电机招聘专家调相运行、调相机及同步电动机(regulation phase operation , phase modifier and synchronous motor)一、可逆原理（reversible principle）以隐极机为例，说明同步电机的可逆原理同步电机的三种运行状态1.发电机状态：δ>0，，发电网输送P，发或吸Q；2.调相机状态: δ<0，且δ≈0, ，吸P=∑p，发或吸Q3.电动机状态：δ<0，，吸P，发或吸Q二、调相运行和调相机（regulation phase operation and phase modifier）1.目的：补偿无功功率的不足；2.调相运行实质：运行于同步电动机（空载）状态；3.同步调相机（同步补偿机）定义：是一种专门设计的无功功率发电机，更确切地说是一种不带机械负载（即空载运行）的同步电动机。

4.三种激磁状态：①正常激磁状态；②过激运行状态；③欠激运行状态；5.调相机特点：①同步调相机的额定容量是指在过激状态时的额定视在功率；②由于轴上不带负载，调相机的转轴比同容量的电动机的轴细；③提供感性无功，激磁线圈截面大，损耗也较大，通风冷却；④起动：异步电动机或辅助电动机法。

三、同步电动机（synchronous motor）1.定义：同步电机将电能转换为机械能的一种运行方式，其转速不随负载变化而变，永远保持与电网频率所对应的同步速。

（）电机招聘专家2.电动机的基本方程式和相量图方程式：发电机惯例：隐极机：电动机惯例：隐极机：凸极机：3.功角特性：凸极机：隐极机：4.功率平衡：5.三种激磁状态：①正常激磁状态：与同相，，吸有功P，Q=0；②过激运行状态：超前，吸有功P，吸容性Q（发感性Q）；③欠激运行状态：滞后，吸有功P，吸感性Q（发容性Q）；6.U形曲线：同发电机**结论：同步电动机最可贵的优点，调If可改变它的无功输出。

此文转自一览电机英才网。

17.0同步电动机和同步调相机

17.0同步电动机和同步调相机

17.4.2 同步电机的异步起动过程
1、在励磁回路串接约10Rf的附加电阻构成回路，将同步 电动机的定子直接投入电网，电机按异步电动机起动。 2、在速度上升到接近同步转速时，接入励磁电流时电机 切入同步转速。 注意：
~
1、起动时切记开路， 否则在励磁可能感应 起动绕组 危险的高压； 2、励磁回路必须要串入约10Rf的电阻，而不能直接短 路，否则会应短路电流过大而使转速卡在1/2n1附近。
E0 U I (Ra jxt )
xt
Ra
～ E0
I
U
jIxt
U
I

jIRa
E0
或 U E0 I (Ra jxt )
二、凸极电动机电势方程式为
jI q xq
U E0 IRa jI d xd jI q xq
17.4 同步电动机的起动
在同步电动机静止时，将转子通入直流电流励磁，定 子直接投入电网，由于定、转子磁场的相对转速为同 步转速n1，电磁转矩为频率为f1的交变转矩，作用在 转子上平均转矩为零，电机不能自行起动。
17.4.1 同步电机的起动方法
一、辅助电动机起动法
选用和同步电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。
U
E0
n1
Tem
T2

S


气隙合成磁场磁极
I
结论：当同步发电机变为电动机时，功率角θ，电磁转 矩和电磁功率均由正变为负值，电磁转矩由制动转矩 变为驱动转矩。
17.2 同步电机的基本方程式、 矢量图和功角特性
17.2.1 基本方程式和相量图
重新按负载支路规定电机的正方 向，即电流的正方向和电压的正 方向一致。 一、隐极电动机电势方程式为

第12章 同步电动机和同步调相机(动画)


N
一、辅助电动机起动
用异步机（同步电动机额定功率的5～15％ ）拖 动同步机接近同步速，并网，加励磁→自整步拉 入同步。
缺点：不能带负载起动。 14
二、调频起动
f n
三、异步起动 转子上安装起动绕组，异步起动，当转子转速
接近同步速时，加励磁。
15
§12-3 反应式同步电动机 （磁阻式）
-jI3xUs
-jI1xs
-jI4 xs A
I1
I3
C E 01
E03I4 B
E04 D
欠励
11
E0 sin CC
-jI2 xs E02
I
cos 0.8 (滞后) cos 0.8
cos 1 (超前)
不稳定区
-jI3xUs
-jI1xs
A
I cos C
-jI4 xs I2
I1
I3
E01
E03I4 B E04
8
四、功角特性
功角特性与发电机相同；
静态稳定概念与发电机相似；
过载能力
km
Tm a x TN
一般 km 2 ~ 3
9
五、V 形曲线 负载不变时，T2 ＝常数，I f (if ) 。
忽略T0 ，TM T2 ＝常数，TM
→ E0 sin ＝常数。
mUE 0 1 xs
s in
常数，
滞后
欠励 正常 励磁
PM 常数 PM 常数 PM 0
超前
过励
if
D
12
结论： 1.调励磁可以改变同步电动机的功率因数； 2.过励时吸收容性无功（发感性无功）； 3. 欠励时吸收感性无功（发容性无功）。
13
§12-2 同步电动机的起动方法

22同步电动机和调相机


第四节 同步调相机
1.目的：补偿无功功率的不足； 2. 调相运行实质：运行于同步电动机（空载） 状态； 3.同步调相机（同步补偿机）定义： 是一种专门设计的无功功率发电机，更确切地 说是一种不带机械负载（即空载运行）的同步 电动机。

4.三种激磁状态：
1）正常激磁状态； 2）过激运行状态； 3）欠激运行状态；
.

2.调相机状态: δ<0，且δ≈0,
发或吸Q
，吸P=∑p， E 0 与U 同相位
.

3.电动机状态：δ<0， E 0 滞后 U ，吸P，发或吸Q
.

二、同步电动机的基本方程式和向量图
方程式： 发电机惯例：隐极机：
.
E
=
.
U
+
.
R a I
+
.
j I x t
电动机惯例：隐极机： U E 0 Ra I M j I M xt
5.调相机特点： 1）同步调相机的额定容量是指在过激状态时的额定视在功率； 2）由于轴上不带负载，调相机的转轴比同容量的电动机的轴细； 3）提供感性无功，激磁线圈截面大，损耗也较大，通风冷却； 4）起动：异步电动机或辅助电动机法。
同步电动机和同步调相机
4-1 同步电动机的基本方程式、 向量图和功角特性
一、从发电机状态过渡到电动机状态 定义：同步电机将电能转换为机械能的一种运行方式，其转 速不随负载变化而变，永远保持与电网频率所对应的同步速。 （ n n1 ）以隐极机为例，说明同步电机的可逆原理同步 电机的三种运行状态
1.发电机状态：δ>0， E 0 超前 U ，发电网输送P，发或吸Q；
隐极机：
E0U

华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要


汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
5
凸极同步电机
凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的 基本相同，所不同的只是转子结构。
凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
6
凸极同步电机结构实物图
带阻尼绕组的凸极同步电机转子 水轮发电机定子分段铁心
7
三、 同步电机的励磁方式
21
双反应理论：
当 处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
E Fad ad ad
E Faq aq aq
或
I
分解
I d Fad ad Ead
I q Faq aq Eaq
气隙合成磁场：
B
E E E E ad aq 0
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
34
五、同步发电机稳态参数的计算与测定方法
1. 由空载和零功率因数特性确定定子Xδ,Ifa(Ffa)
由空载与零功率因数特性两特性之间存 在特性三角形的关系，确定Xσ, Ifa (Ffa)
IX σ Ffa
UN
磁路不饱和时， I X σ在线性段： 1）作直线OB； 2）过UN作直线平行于x轴，交零功 率因素曲线于A'，取A'O'=AO 3）过O'作OB的平行线O'B'， 三角形A' B' C'为所求的特性三角形。

2009_33电机学-同步电动机与调相机

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¾从发电机状态过渡到电动机状态¾从发电机状态过渡到电动机状态当同步发电机变为电动机运行时，功率角和相应的电磁转矩、电磁功率均由正值变为负值，电磁转矩由制动转矩变为驱动性质的转矩。

¾功角特性、功率、转矩平衡关系¾V形曲线¾起动方法辅助电动机、调频、异步改变励磁可以调节电动机的功率因数，这是同步电动机最可贵的特性。

因为在电网上主要的负载是异步电动机和变压器，它们都要从电网中吸收电感性无功功率，如果将运行在电网上的同步电动机工作在过励状态，使它们从电网中吸收电容性无功功率（即向电网发出感性无功功率），从而提高了电网的功率因数。

同步电动机和同步调相机§12-5 同步调相机电网的负载主要是异步电动机和变压器，它们从电网吸取感性无功功率，而使电网的功率因数降低，减少有功功率的传输能力，并使整个电力系统的设备利用率和效率降低。

如能在适当地点把负载所需的感性无功功率就地供给，避免远距离输送，则既减小线路损耗和电压降，又可减轻发电机的负担而充分利用它的容量，应用同步调相机便是解决这一问题的一个有效方法。

同步调相机：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。

除供应本身损耗外，它并不从电网吸收更多的有功功率，因此同步调相机总是在接近于零的电磁功率和零功率因数的情况下运行。

忽略同步调相机的全部损耗，则电枢电流全是无功分量，其电动势方程式为sx I j E U &&&+=0同步调相机在过励时可看作是电网的一个电容性无功负载，而欠励时则为一个电感性的无功负载，只要调节励磁电流，就能灵活地调节它的无功功率大小。

由于电力系统中大多数为感性负载所以同步调相机通常在过励状态下运行，它的额定容量也是指过励运行的容量。

只在电网基本空载，由于长输电线对地电容的影响，使受电端电压偏高时，才让同步调相机在欠励下运行以保持电网电压的稳定。

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