三相同步电机的起动与功率因数调节.pptx

三相异步电动机的调速
• n=（1-s）60f/p • 1 变频调速 u=E=4.44fnkΦ • 2 变级调速适用于鼠笼式异步电动机，通过 改变极对数（定子绕组线圈）来调速，有 YY/△和YY/Y两种。 • 3 改变转差率调速（1）调压调速（2）绕线 式异步电动机转子串电阻调速
•
星-三角形(丫-△)起动
• 星-三角形(丫-△)起动 星-三角形起动法是电动机起动时， 定子绕组为星形(丫)接法，当转速上升至接近额定转速时， 将绕组切换为三角形(△)接法，使电动机转为正常运行的 一种起动方式。星-三角形起动方法虽然简单，但电动机 定子绕组的六个出线端都要引出来，略显麻烦。 下图为 星-三角形起动法的原理图。接触器KM2和KM3互锁，即 其中一个闭合时，必须保证另一个断开。KM2闭合时，定 子绕组为星形(丫)接法，使电动机起动。切换至KM3闭合， 定子绕组改为三角形(△)接法，电动机转为正常运行。由 控制电路中的时间继电器KT确定星-三角切换的时间。 定子绕组接成星形连接后，每相绕组的相电压为三角形连 接(全压)时的l/3，故星-三角形起动时起动电流及起动转矩 均下降为直接起动的1／3。由于起动转矩小，该方法只适 合于轻载起动的场合。
降压启动
1降压启动适用于轻载或空载的鼠笼式异步电 动机：自耦变压器降压启动、星-三角形(丫 -△)起动、软启动器启动
自耦变压器起动
• 自耦变压器起动法就是电动机起动时，电源通过自耦变压器降压后接到电 动机上，待转速上升至接近额定转速时，将自耦变压器从电源切除，而使电 动机直接接到电网上转化为正常运行的一种起动方法。 下图所示为自耦变压 器起动的自动控制主回路。控制过程如下：合上空气开关Q接通三相电源。 按启动按钮后KM1线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈 接成星形，与此同时由于KM1辅助常开触点闭合，使得接触器KM2线圈通电 吸合，KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压抽头(例如65％)将三相电压的 65％接入电动。当时间继电器KT延时完毕闭合后，KM1线圈断电，使自耦变 压器线圈封星端打开；同时KM2线圈断电，切断自耦变压器电源，使KM3线 圈得电吸合，KM3主触头接通电动机在全压下运行。自耦变压器一般有65％ 和80％额定电压的两组抽头。若自耦变压器的变比为k，与直接起动相比，采 用自耦变压器起动时，其一次侧起动线电流和起动转矩都降低到直接起动的l ／k2。 自耦变压器起动法不受电动机绕组接线方式(丫接法或△接法)的限制， 允许的起动电流和所需起动转矩可通过改变抽头进行选择，但设备费用较高 异步电动机的自耦变压器起动法 自耦变压器起动适用于容量较大的低压 电动机作减压起动用，应用非常广泛，有手动及自动控制线路。其优点是电 压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是质量大、体积大、价格高、维护检 修费用高。

同步电动机工作原理
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Exit 13
§6-1 同步电动机的工作原理 定子
10.07.2021
同步电动机工作原理
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§6-1 同步电动机的工作原理
同步电动机是 一种定子边用 交流电流励磁 以建立旋转磁 场，转子边用 直流电流励磁 所构成旋转磁 极的双边励磁 的交流电动机。
Id Ia sin E0 U1 cos Xd
将电流代入功率公式：
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Exit 31
Pm
m U1E0 Xd
• sin
m
U
2 1
2
1 X d
1 Xq
sin
2
Pm' Pm''
将上式两边除以同步角 速度 1，
M
mU 1 E 0 X d 1
sin
mU
2 1
21
[解] 励磁电势 E 0 。该同步电动机向量图如 图所示。
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Exit 38
由向量图可知：
1 E0 UNcosN2UNsinNIeXt2
503000.872503000.496240.32 465.724V
2
功角 e N a
r
cta
n
U
N
sin UN
N
co
s
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Exit 28
则同步电动机的效率为：
P210% 0P1P10% 0
P1
P1
式中PPcuPFeP0
• 转矩平衡方程式
P2 Pm Pjx Pf j Pm P0

14.1 异步电动机的启动性能
启动过程： 指电动机从静止到达正常工作转速的过程。
启动过程特点： 电流一般较大，转矩并不大
原因:开始时候n＝0 ，U1
R1
R2' s
2
X 1
X
' 2
2
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T CT1I2 cos2
功率因数cos2 很低
最初起动瞬间很大的启动电流引起定子 漏阻抗压降增大，主磁通约减少到额定值的一半。 一般情况:
一、转子回路串电阻启动 串入多级电阻，启动过程中采用逐级切除启动电
阻的方法。
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特点和适用场合
1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，随着转速 的上升，电磁转矩将减小。
2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电 阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。
3．待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。
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2.双鼠笼式异步电动机（ Double-squirrel-cage rotor ） 上笼Top bar： 截面小，电阻大 下笼Bottom bar： 截面大，电阻小 下笼交链的漏磁 通比上笼多，漏 抗大
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（1）起动时 • 转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，
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工作原理：
• BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大 的三相变压器。BP的铁耗大就相当于Rm大。而 铁耗与磁通的频率（等于转子频率f2=sf1）的1.3 次方成正比。开始启动时，s较大，故f2较大，Rm 也较大，相当于转子电阻自动增加，则Ist减小、 Tst增大；随着启动过程的进行，n逐渐变大、s逐 渐变小，则f2变小，也就是铁耗减小，所以Rm变 小，相当于转子电阻自动变小。

f1
p
n1 60
磁势和磁场是空间分布函数，磁通、
电势和电流是时间函数。由于只考虑
基波分量，因此，可以分别用空间矢
量和时间相量表示。又因为二者都有
相同的角速度，所以可以将二者画在
同一坐标平面图上，这种图称为
时空相量图，
图7-6同步电动机空载时的时空相量图
图中共四，十六+页A表示A相绕组的轴线。+j表示时间轴。
共四十六页
既然励磁磁势 和F f电枢磁势 均以Fa 同步(tóngbù)速旋转，两者相对 静止，因而可以相互叠加共同产生气隙磁势 。于是F，气隙磁势可 以表示为：
F Ff Fa
要解决的问题： 与F 的F相f 位和幅值关系。
电枢(diàn shū)反应与电枢F(adiàn shū)磁势F f 和主磁势 之间的空
共四十六页
7.3三相(sān xiānɡ)同步电动机的电势平衡方程 式、等值电路与相量图
对于三相(sān xiānɡ)同步电动机：
P N3 U N INcoNsN
共四十六页
7.2三相(sān xiānɡ)同步电动机的电枢反 应
7.2.1三相(sān xiānɡ)同步电动机空载时的磁场
空载：同步电机空载运行时，电枢电流基本为零。
若在转子绕组内通以直流励磁电流 ，I f则转子的直流 励磁磁势 （F f 或安匝数） 为F：f Nf I，f 称为励磁磁势，它产生 的磁场称为主磁场。 由励磁磁势 F建f 立主磁场并产生主磁通 和漏0 磁通 . 1
（a）按照电动机惯例规定各参量正方向
的电枢反应又称为交轴电枢反应。一般
用
来表示F。aq
(b) 空间矢量图
同步发电机的交轴电枢反应使得

§9—4 同步电动机功率因数的调整、同步补偿机
一、同步电动机的电压平衡方程式 电压平衡方程式:
二、同步电动机的电磁功率
同步电动机的电磁功率：Pem=KE0sinθ
同步电动机定子绕组等效电路图
三、同步电动机功率因数的调整
等效电路的相量图
正常励磁
U和I同相位，φ=0，cos φ=1， 无功功率为零
过励磁
E0增大时，I超前U一个φ角，
同步电动机为感性负载，对电 网不利
欠励磁
E0减小时，I落后U一个φ角，
同步电动机为容性负载，可中 和电网中的感性负载，提高电 网功率因数
四、同步补偿机 同步补偿机——不带任何机械负载 为同步调相机。
当电动机不输出有功功率时： E0sinφ≈0，UIcosφ≈0，即有：φ≈0 ，φ≈90º
同步补偿机相量图

2020/11/8
当UDW≤Uf＿DC≤2UDW时
UK ＝UDW－(Uf＿DC －UDW ) ＝2UDW－Uf＿DC
UK与Uf＿DC成反比，励磁 系统呈正反馈特性。
(a)直流测量电桥比较电路 (b)双稳压管桥式比较电路及特性
轮机学院电气及自动化教研室
船舶电气设备及系统
课件
14.3.2 移相触发环节及励磁主回路
船舶电气设备及系统
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课件
第14章 同步发电机电压及无功功率自动调整
§14.1 自动电压调整的基础知识 §14.2 不可控相复励自励恒压励磁系统 §14.3 晶闸管自励恒压励磁系统 §14.4 可控相复励自励恒压励磁系统 §14.5 无刷发电机励磁系统 §14.6 并联运行发电机组间无功功率分配
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课件
（2） 动态特性
对动态电压调整的要求
U s% U m.s a（ x U U e或 m.si） n U e－ 10 %0
Umax.s：发电机突加负荷或突减负荷时的最高电压值 Umin.s：发电机突加负荷或突减负荷时的最低电压值
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船舶电气设备及系统
电机负载电流If ，与N2构成复励回 路。N2是输出绕组,它外接于三相桥 式硅整流器VD。 R、C阻容元件用 作整流元件的过压保护。 CQ是三相 谐振起励电容，以外接三角形方式
与LR相联接，其作用是在起压时与 LR发生串联谐振、帮助起压。
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课件
《钢质海船建造及入级规范》规定：
发电机突加或突减50％额定电流及功率因数 不超过0.4 (滞后)的对称负荷时发电机的动 态电压变化率应在±15％以内电压恢复时间 不超过1.5s。

同步补偿机相量图
三相同步电机
§ 同步电动机功率因数的调整、同步补偿机
一、同步电动机的电压平衡方程式 电压平衡方程式:
二、同步电动机的电磁功率 同步电动机的电磁功率：Pem=KE0sinθ
同步电动机定子绕组等效电路图
三相同步电机
三、同步电动机功率因数的种励磁情况下功率因数的变化
三相同步电机
四、同步补偿机
同步补偿机——工作在过励状态下空载运行的同步电动机。 同步补偿机除了可以起到改善功率因数作用外，当输电线路比 较长时，在电网负载集中的变电端接入一台同步补偿机，就近向感 性负载提供所需要感性无功功率，避免远程输送无功功率，使线路 上的感性无功电流大大减少，从而达到降低输电线路和电网发电机 内部损耗的目的。