第6章 同步电机.ppt

第六章同步电机 6 1同步电机的原理和结构 6 1 1同步电机结构同步电机由定子和转子两大部分组成 定子铁心内圆均匀分布着定子槽 槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组 转子铁心装有制成一定形状的成对磁极 磁极上绕有励磁绕组 通以直流电流时 将会在电机的气隙中形成分布磁场 称为励磁磁场 处于电枢内圆和转子磁极之间 气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响 1 隐极式同步电机 汽轮发电机大多做成具有最高同步速的两极结构的隐极电机 特点 1 定子 定子由铁芯 绕组 机座以及固定这些部件的结构件组成 2 转子 转子的主要部件有铁心 励磁绕组 护环 中心环和滑环等 转子铁芯 是汽轮发电机最关键的部件之一 既是转子磁极的主体也是巨大离心力的受体 因此要求它具有高导磁性能和高机械强度 转子铁芯一般采用整块的具有良好导磁性能的高强度合金钢锻件 并与转轴锻为一体 励磁绕组 励磁绕组由扁铜线绕成同心式线圈 2 凸极式同步电机 6 1 2同步电动机的励磁方式供给同步电机励磁电流的装置称为励磁系统 获得励磁电流的方式称为励磁方式 励磁系统的性能对电机运行有重大影响 励磁系统应满足的要求有 1 能够稳定地提供同步电机从空载到满载以及过载时所需的励磁电流 2 当电力系统发生故障而使电网电压下降时 励磁系统应能快速强行励磁 以提高系统的稳定性 3 当同步电机内部发生短路故障时 为迅速排除故障并使故障局限在最小范围内 应能快速灭磁 4 励磁系统能长期可靠地运行 维护要方便 且力求简单 经济 目前采用的励磁系统可分为两大类 1 直流发电机励磁系统 2 通过整流装置将交流电流变为直流电流的励磁系统 1 直流发电机励磁系统直流发电机作为直流励磁机 直流励磁机与同步发电机同轴旋转 并采用并励接法 2 静止交流整流励磁系统 自励式静止半导体励磁系统原理图 他励式静止半导体励磁系统原理图 3 旋转式交流整流励磁系统 静止式交流整流励磁系统去掉了直流励磁机的换向器 解决了换向火花的问题 但电刷和滑环依然存在 现代大容量发电机的励磁容量很大 当励磁电流超过2000A时 可引起集电环的严重过热 此时可采用旋转式交流整流励磁系统 他励式静止半导体励磁系统原理图 6 1 3同步电机的冷却方式 3 水内冷发电机主要方式为内冷式 水冷却方式面临泄漏和积垢堵塞问题 1 空气冷却发电机 采用内扇式轴向和径向混合通风系统 适用于容量为50MW以下的汽轮发电机 为确保运行安全 要求整个空气系统是封闭的 2 氢气冷却发电机 定 转子导线做成空心的 直接将氢气压缩进导体带走热量 应用中要注意解决的是防漏和防爆问题 6 1 4额定值 额定容量SN 额定功率PN 额定运行时电机输出的功率 额定电压UN 额定运行时定子三相线电压 额定电流IN 额定运行时定子三相线电流 额定功率因数 额定运行时电机的功率因素 额定频率 额定运行时的频率 额定转速 同步电机的同步转速 额定效率 指额定运行时的电机效率 交流发电机额定值间的相互关系 6 2同步电机的运行原理 6 2 1同步电机的基本原理 发电机状态 电动机状态 6 6 2同步发电机的空载运行 当同步发电机的转子被原动机拖动到同步转速 转子励磁而定子绕组开路或电流为零时的运行状态称为空载运行 原动机拖动转子旋转 励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组 感应电势的有效值 电枢绕组三相对称交变电势 通过引出线 输出交流电 空载特性曲线 电机磁化曲线 饱和系数 时 空矢量 磁密波Bf1与定子任一相交链的磁通量 0是时间变量 由感应产生的相电势用表示 当定子各相的时间参考轴都取在各自的相绕组轴线时 与重合 励磁磁势的基波Ff1和由它产生的气隙磁密波Bf1为空间分布波 两者同相位 忽略磁滞效应 其正波幅处于转子直轴正方向 且与转子一起以同步速旋转 相轴时轴 交轴 直轴 电压波形正弦性畸变率ku为 为了衡量电压波形中各次谐波对电讯线路的干扰 规定了电话谐波因数THF 式中U为线电压的有效值 Un为线电压中n次谐波的有效值 为谐波的权衡系数 对于额定容量在300kVA以上者 要求ku 5 THF 1 5 6 2 3负载时的电枢反应 同步电机的磁场建立 负载时 电枢磁动势的基波对主磁极基波磁场的影响称为电枢反应 电枢反应的性质取决于E0与I的相角差 一 电枢电流和励磁电动势同相位时电枢反应 d轴 S N A X q轴 n 电枢磁势是交轴磁势 交轴电枢反应 使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴线逆转向后移一个电角度 从而产生一定的电磁转矩 合成磁场的幅值较转子励磁磁场有所增加 增磁 电枢磁势可分解为交轴磁势和直轴磁势 二 电枢电流滞后一个锐角时的电枢反应 d轴 q轴时轴相轴 Faq 交轴电枢反应 Fad 直轴电枢反应 去磁 电枢反应的总结 交轴电枢反应使转子产生电磁转矩 实现能量转换 直轴电枢反应对气隙磁场起助磁或去磁的作用 不产生转矩 电枢磁动势和励磁磁动势间的夹角会随着电机的运行情况改变 电枢反应的性质也随负载的变化而变化 6 2 4隐极同步发电机的负载运行 1 不考虑饱和时 不计磁路饱和 磁路线性 把主极磁势和电枢磁势的作用分别考虑 再利用叠加原理 参考正方向 按照规定的参考正方向 电枢绕组一相的电动势平衡方程 漏抗电动势写成漏抗压降形式 电枢反应电动势用电枢反应电抗压降形式表示 为同步电机的同步电抗 磁路不饱和时为常数 为电枢反应电抗 在忽略铁耗及饱和的假定下 有 隐极同步发电机的向量图和等效电路 一相的电动势平衡方程 励磁电动势和同步电抗表示的相量图和等效电路 2 考虑饱和时 转子 定子 励磁磁动势的折算系数 例1 同步电机在对称负载下稳定运行时 电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链 它会在励滋绕组中感应电势吗 答电枢电流产生的磁场与励磁绕组匝链 稳定运行时 由于两者同方向同速度旋转 励磁绕组匝链的磁通不变化 所以不感应电势 例2同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的 在负载状态是如何激励的 答空载时 定子绕组没有电流 气隙磁场由转子绕组的直流电流励磁 原动机带动转子旋转 形成直流励磁的机械旋转磁场 负载时 定子绕组中流过的三相电流又产生一个电气旋转磁场 它与转子磁场以同步速同方向旋转 无相对运动 因此负载时气隙磁场是由转子的直流励磁电流和定子三相交流电流共同激励的 例3水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同 各有什么特点 答汽轮发电机转速高 一般都是两极 nl 3000r min 考虑到转子受到的离心力大 为了很好地固定励滋绕组 转子直径不能太大 所以将转子做成细长的圆柱形 且为隐极型式 电机为卧式结构 水轮发电机转速低 极数多 转子直径很大 呈扁平形 立式结构 转子为凸极型式 例4为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些 答异步电机的励磁电流由电源供给 需要从电网吸收感性无功功率 若气隙大则励磁电流大 电机功率因数低 因此在机械加工允许的条件下 气隙应尽量小一些 同步电机的功率因数自身可以调节 而从运行的稳定性考虑 气隙放大一些 同步电抗小一些 稳定性高一些 1 凸极同步发电机的双反应理论 凸极同步电机的气隙沿圆周不均匀 极面下的气隙较小 两极之间气隙较大 直轴气隙磁导比交轴磁导大 以1800电角度为一个周期 6 2 5凸极同步发电机的负载运行 同样大小的电枢磁动势作用在直轴和交轴上时 所产生的电枢磁场有明显变化 一般情况 电枢磁动势在空间的位置是任意 分析方法 把电枢磁势分解成直轴和交轴两个分量 用对应的直轴磁导和交轴磁导分别算出直轴和交轴电枢反应 最后把它们的效果叠加起来 实践证明 在不计饱和时用此分析方法效果令人满意 双反应理论 考虑到凸极电机气隙的不均匀 把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应来分别处理的方法 在凸极电机中 直轴电枢磁动势Fad折算到励磁磁动势时应乘以直轴换算系数kad 交轴电枢磁动势换算到励磁磁动势时应乘以交轴折算系数kaq kad和kaq的意义是 产生同样大小的基波气隙磁场时 一安匝的直轴或交轴电枢磁动势所相当的主极磁动势值 2 凸极同步发电机的负载运行 利用双反应理论可分别求出励磁磁势 直轴和交轴电枢磁势所产生的基波磁通和感应电势 1 不考虑饱和时的电动势相量图 按规定的参考正方向 电压方程为 Xd 直轴同步电抗 Xq 交轴同步电抗 Xd Xq 凸极同步发电机的相量图 必须知道 凸极同步发电机相量图的实际作法 首先求出 已知 角是励磁电动势E0与电枢电流I之间的内功率因数角 2 考虑饱和时 对于实际的同步电机 由于交轴气隙较大 交轴磁路可以近似认为不饱和 直轴磁路则将受到饱和的影响 考虑饱和时 近似认为直轴和交轴磁场相互没有影响 应用双反应理论分别求出直轴和交轴上的合成磁动势 再用电机的磁化曲线来计及直轴磁路饱和的影响 总的电磁关系为 考虑交轴磁路的不饱和 有 例6分析下面几种情况对同步电抗有何影响 1 铁心饱和程度增加 2 气隙增大 3 电枢绕组匝数增加 4 励磁绕组匝数增加 解 因为电抗与绕组匝数的平方成正比 与其磁路的磁导成正比 同步电抗对应的是电枢绕组 所以有 1 铁心饱和程度增加 磁导减小 同步电抗也减小 2 气隙增大 磁导减小 同步电抗也减小 3 电枢绕组匝数增加 同步电抗也增加 4 励磁绕组匝数增加 如果它不改变磁路的饱和程度引起磁导变化 则同步电抗不变 例6 1一台凸极同步发电机的直轴和交轴同步电抗分别为 电枢电阻略去不计 试计算在额定电压 额定电流和额定功率因数 0 8 滞后 时的励磁电动势 并画出相量图 上标 表示为标么值 解 取电压U作为参考相量 即设则可得 于是电动势 小结 6 2 3对称负载时的电枢反应 6 2 4隐极同步发电机的负载运行 1 不考虑饱和时 为电枢反应电抗 为同步电机的同步电抗 磁路不饱和时为常数 一相的电动势平衡方程 励磁电动势和同步电抗表示的相量图和等效电路 小结 小结 2 隐极同步发电机考虑饱和时 小结 6 2 5凸极同步发电机 1 凸极同步发电机的双反应理论 2 凸极同步发电机的负载运行 1 不考虑饱和时 小结 Xd 直轴同步电抗 Xq 交轴同步电抗 Xd Xq 2 考虑饱和时 6 2 6同步发电机的运行特性和参数测定 1 容量基值 2 相电压基值 3 相电流基值 4 阻抗基值 5 转速基值 6 励磁电流基值 时的励磁电流 同步发电机的运行特性包括空载特性 短路特性 外特性 调整特性和效率特性 通过这些特性可以求出电机的主要参数和电压调整率 额定励磁电流 额定效率等有关的技术性能数据 和在变压器 异步电机中一样 同步电机的各物理量一般常用标么值表示 各量的基值 用下标b表示 规定如下 主要内容 1 同步发电机的运行特性 1 空载特性 2 短路特性 3 同步发电机的零功率因素负载特性 4 外特性 5 调整特性 2 同步发电机的参数计算 1 由零功率因素特性和空载特性确定定子漏抗 2 保梯 Poier 电抗的测定 3 由空载和短路特性确定的不饱和值 4 由空载和零功率因素特性确定的饱和值 5 短路比 6 电压变化率和额定励磁电流 7 稳态参数的测量 1 同步发电机的运行特性 1 空载特性 a 空载特性即为电机的磁化曲线 c 延长得到 b If的上升下降曲线不重合 规定用下降方法 测出 从开始下降 d 空载损耗P0在进行空载试验时 应测出原动机拖动同步发电机的功率 即为发电机的空载损耗P0 是不变损耗 转速不变 可变损耗 随If变化 以时的铁耗作为发电机额定运行时的铁耗 当If 0时 当If不等于0时 短路特性 短路特性是指发电机在同步转速下 电枢三相稳态短路时 电枢电流 短路电流 Ik与励磁电流If的关系曲线 因为U 0 此时限制短路电流的仅仅是电机的同步阻抗 其中电枢电阻值远小于同步电抗可以忽略 故短路电流滞后于励磁电动势为90度 即 于是电枢电流全部为直轴电流 电枢磁动势为一纯去磁的直轴磁动势 即Fa Fad 隐极 结论 凸极 结论 故励磁磁动势 所以短路特性是一条直线 三角形ABC称为同步电机的特性三角形 在进行短路试验时 应测出拖动同步发电机所需的功率 即为发电机的短路损耗 它包括机械损耗 电枢绕组基本铜耗和短路杂散损耗 后两者之和称为短路负载损耗 总损耗 3 零功率因素负载特性 所谓负载特性是指转速为同步转速 负载电流和功率因素为常值时 发电机的端电压与励磁电流之间的关系曲线 空载特性 实验方法 1 同步转速 2 接三相纯电感负载 3 同时调节If和x 保持I IN不变 得到U f If 曲线 最有意义的是IN 常数 的零功率因素负载特性 零功率因素负载特性分析 产生额定电压时的空载励磁电流 克服定子漏抗所需增加的励磁电流 克服去磁和压降 特性三角形 简单的代数加减 克服去磁和压降 特性三角形 由空载特性和特性三角形求取零功率因素负载特性 如果从设计数据算出和 就可以绘出三角形AEF 为克服直轴去磁磁动势 所需的励磁电流 或通过额定点和短路点 外特性表示发电机在n nN If 常数 的条件下 端电压U和负载电流I的关系曲线 可通过实验得到 外特性 考虑 电枢反应漏抗压降 4 外特性 有此可见 为了使不同功率因数下当I IN时均能得到U UN 在感性负载下应供给较大的励磁电流 此时称发电机在过励状态下运行 而在容性负载下可供给较小的励磁电流 此时称发电机在欠励状态下运行 时为正常励磁 从外特性可以求出发电机的电压变化率 调节发电机的励磁 使额定负载时 发电机的端电压为额定值 此时的励磁电流为额定励磁电流 然后保持励磁电流和转速不变 卸去负载 此时端电压升高的数值如用额定电压的百分数表示就称为同步发电机的电压变化率 5 调整特性 分析原因 1 由零功率因素特性和空载特性确定定子漏抗 2 同步发电机的参数计算 B B 保梯 Poier 电抗的测定 保梯电抗考虑转子漏磁的影响 实践表明由试验测得的零功率因数负载特性与空载特性之间的特性三角形是变化的 隐极机极间漏磁很小 Xp 1 05 1 10 在凸极机 Xp 1 1 1 3 首先考虑空载时的情况 此励磁电流全部作为有效励磁电流来产生气隙磁通 并在定子绕组中感应出气隙电动势 还产生少量的主极漏磁通 当电机在纯电感负载下运行 且 主极漏磁将显著增大 从而使转子磁极和磁轭两段磁路更加饱和 整个主磁路的磁阻变大 这时尽管气隙合成磁动势不变 但气隙电动势受到磁路饱和度增加的影响 其数值将有所减少 当考虑转子漏磁影响后 在空载特性和零功率因数负载特性之间的特性三角形是逐渐变动的 在三相稳态短路时的特性三角形称为短路三角形 而对应于额定点上所得的特性三角形称为保梯 Potier 三角形 相应的漏抗称为保梯电抗Xp 保梯电抗大于漏电抗 保梯电抗 3 由空载和短路特性确定的不饱和值 直轴同步电抗的不饱和值 4 由空载和零功率因素特性确定的饱和值 发电机在额定电压下运行时 磁路处于饱和状态 我们希望还是用线性磁路来分析 严格说 随着气隙磁动势的变化 电机饱和程度变化 同步电抗的饱和值实际上是气隙磁动势的函数 对不同的运行情况都有不同的数值 但因发电机主要在额定电压下运行 在不同负载电流和功率因数下 其气隙电动势值相差并不大 因为漏抗压降远小于UN 为简化分析 近似地取零功率因数负载特性上 I IN和U 运行状态的气隙磁动势作为考虑发电机额定运行时饱和程度的依据 方法 作OB直线作为假想的线性化空载特性 短路比 短路比是同步发电机的一项重要技术参数 短路比 在一个能产生空载电势的励磁电流下进行三相稳态短路实验 所得到的稳态短路电流与发电机的额定电流的比值 对发电机性能的影响 6 电压变化率和额定励磁电流同步发电机的额定励磁电流是设计励磁绕组的根据 额定励磁电流和电压变化率可用直接负载法测出 也可用作图法求出 现分别对凸极和隐极发电机讨论如下 1 凸极同步发电机 根据双反应理论 交轴磁路不饱和 直轴磁路饱和 设电机参数Ra kad和kaq已知 对应于额定负载U UN I IN和 气隙电势 故 的长度可由磁动势 查空载特性的直线部分而求出 确定了M点 也确定 角 然后可算出 考虑交轴磁路的不饱和 有 求出就可以求出 U IfN 2 隐极同步发电机 用保梯电抗XP 查空载特性得气隙磁动势 再由 即可求出 7 稳态参数的测量 介绍可同时测量和的方法 转差法 试验时将发动机拖到接近同步转速 三相绕组施加三相低电压 此电压不致将电机拖入同步转速 又不使剩磁电压引起太大误差 外施电压的相序使定子旋转磁场的转向与转子转向相同 用示波器同时拍摄电枢电压 电枢电流以及转子感应电压的波形 转子位子感应电压 在现代发电站中 总是装有多台同步发电机并联运行 而现代电力系统则由许多发电厂并联组成 因此研究同步发电机与电网的并联运行问题不仅有理论意义 而且对经济合理地利用动力资源和发电设备 经济稳定可靠地提高供电质量具有重要的实用价值 6 3同步发动机的并联运行 6 3 1并联合闸的条件与方法 1 并联合闸的条件 1 相序相同 2 电压波形相同 3 频率相同 4 电压大小和相位相同 发电机相电动势瞬时值与端电压一直保持相等 此条件可分解为以下四条 说明 2 投入并联的方法 1 准同步法 基本符合并联条件时再进行合闸操作 同步过程 交叉 灯光旋转法 直接接法 直接接法的接线和相量图 灯光熄灭法 二 自同步法 准同步法的优缺点 没有冲击电流 但复杂费时 自同步法 确定相序相同 将励磁绕组经电阻短路 将转子拖入接近同步转速 合闸 加励磁电流 自同步法的优缺点 操作简单 迅速 但有冲击 6 3 2同步发电机的功角特性 同步发动机由原动机拖动在对称负载下稳定运行时 原动机输入的机械功率P1 扣除发动机的机械损耗 铁耗和附加损耗后 得到电磁功率 由于发电机基本上是并入电网运行的 稳态运行时的电磁功率常以E0 U 及E0与U之间的夹角 功率角 电抗参数来表示 的关系称为稳态功角特性 当忽略电枢绕组损耗时 对于不饱和的凸极电机 对于隐极机 Xd Xq Xt 只有基本电磁功率 说明决定转矩的原因 当转子轴线与旋转磁极的轴线重合 只有径向磁拉力 无切向磁拉力 转子无电磁转矩 转子转过一定角度 旋转磁场磁通力图通过磁阻最小的路径 气隙磁场扭曲 旋转磁场与转子间除了径向力 还有切向力 形成电磁转矩 隐极转子气隙不会扭歪 所以没有电磁转矩 附加转矩的作用 磁阻转矩 6 3 3并网运行时有功功率调节和静态稳定 下面的讨论以隐极发电机为例 不计电枢电阻和磁路饱和的影响 把电网看作是 无穷大电网 即U和f是恒定 1 有功功率的调节 当发电机不输出有功功率时 原动机输入的功率正好与各项损耗相平衡 当增加原动机的输入功率 使输入转矩增加 有 使转子瞬时加速 超前 2 静态稳定 静态稳定运行的条件 与电网并联的同步发电机当电网或原动机发生微小扰动时 在扰动消失后 发电机能否回复到原先的状态下稳定运行 称为同步发电机的静态稳定问题 如能回复 是静态稳定的 反之 就是不稳定的 静态稳定极限 比整步转矩 功率 表示同步电动机抗干扰保持稳定运行能力的强弱 其值愈大 保持同步的能力越强 电机稳定性越好 隐极机 凸极机 为了使同步发电机能够稳定地运行 应使最大电磁功率比额定功率大一定的倍数 发电机的最大电磁功率与额定功率之比 称为过载能力KM 当电枢电阻忽略不计时 PemN PN 对于隐极电机 过载能力为 过载能力KM 一般要求KM 1 7 因此额定负载下最大允许的功率角约在350 故同步电机额定情况下的功率角一般设计在 增大励磁和减小同步电抗 即增大短路比 可以提高同步电机的功率极限从而增大过载能力 提高额定负载时比整步功率从而增大静态稳定 例6 2 一台的凸极同步发电机 接在的电网上 运行于 滞后 下 略去定子电阻 试求 1 与角 2 与 3 过载能力Km 解 1 由图可得 2 功率的基值故电磁功率为以代入得 对应于Pemmax的角 3 6 3 4并网运行时无功功率的调节和V形曲线 接到电网上的负载 多数都是电感性的 因此与电网并联的同步发电机 不仅要向电网输出有功功率 而且还要输出无功功率 下面仍以忽略电枢电阻和磁饱和影响的隐极同步电机为例 把电网看作是 无穷大电网 即U和f是恒定 讨论原动机输入有功功率保持不变的情况下调节励磁电流时 其无功功率的变化情况 U Xt不变 调节励磁电流可以调节无功功率这一现象 还可以用磁动势平衡关系来解释 发电机与无穷大电网并联时 其端电压恒为常值 所以无论励磁如何变化 电枢绕组的合成磁通不变 加励磁电流并达到 过励 时 主磁通增多 为维持电枢绕组的合成磁通不变 发电机应输出滞后电流 使去磁性质的电枢反应增加 补偿过多的主磁通 反之 减少励磁电流而变为 欠励 时 主磁通减少 为维持合成磁通不变 发电机必须输出超前电流 以减少去磁性质的电枢反应 以补偿主磁通的不足 作向量图 气隙电势基本不变说明 V形曲线 发电机在输出功率恒定 电网电压恒定时 电枢电流和励磁电流之间的关系曲线 形状如 V 称V形曲线 每一条V形曲线的最低点 表示 相应的励磁状态为正常励磁 正常励磁左边为欠励区 功率因数超前 右边为过励区 功率因数滞后 在欠励区 900对应静态稳定极限 输出功率的增大 曲线往上移 欠励 过励 超前 滞后 正常励磁 有功功率 调节有功功率会改变无功功率 无功功率 调节励磁电流 改变无功 不会改变有功 6 4同步电动机和同步调相机 同步电机与其它电机一样具有可逆性 既可作发动机 也可作电动机运行 同步电动机作为一种恒速电动机广泛用于拖动大功率的恒速机械负载 缺点 成本高 运行维护复杂 优点 1 功率因素可调 可以使 甚至超前 同步调相机 实质上是空载运行的同步电动机 专门用来产生无功功率 改善电网的功率因数 6 4 1同步电动机的基本电磁关系 可见 当同步发电机转变为同步电动机时功率角 电磁转矩和电磁功率均将由正值变为负值 使机 电能量转换过程发生逆转 1 同步电动机的电动势和向量图 1 改变电流参考方向 2 改变的定义 值得指出的是 在分析同步电动机电枢反应性质时 由于电枢电流的正方向已经改变 电枢电流滞后于励磁电动势时 电枢反应为增磁作用 电流超前于时 为去磁作用 2 功角特性和功率方程式 电磁功率 电磁转矩 6 4 2同步电动机的运行特性 同步电动机的运行特性包括工作特性和无功功率的调节 1 同步电动机的工作特性 同步电动机的工作特性是指 定子电压U UN 励磁电流I If时 电磁转矩 效率 电枢电流 功率因数与输出功率之间的关系 即Tem I f P2 曲线 从图可见 改变励磁电流 可使电动机在任一特定负载下的功率因数达到1 甚至变成超前 同步电动机的最大电磁功率与额定功率之比 称为过载能力 和发电机一样 增加电动机的励磁 即增大E0 可以提高最大电磁功率Pem 从而提高过载能力 2同步电机的无功功率调节 在恒转矩负载运行时 忽略电枢绕组损耗 有 当磁路不饱和 U xt不变 与同步发电机相似 当同步电动机在恒功率下运行时 调节其励磁电流即可改变电机的无功功率 电流与电压同相时 0 cos 1 电动机吸收有功 电流最小 正常励磁 励磁增大 E0增大 I增大 并超前电压 电动机吸收超前的无功功率 即发出滞后的无功功率 过励 励磁减小 E0减小 I增大 但落后电压 电动机吸收滞后的无功功率 欠励 当励磁电流减小 与垂直 900 达到静态稳定极限 调节励磁电流的现象 V形曲线 电动机在输出功率恒定 电网电压恒定时 电枢电流和励磁电流之间的关系曲线 形状如 V 称V形曲线 每一条V形曲线的最低点 表示 相应的励磁状态为正常励磁 正常励磁左为欠励区 功率因数滞后 右为过励区 功率因数超前 在欠励区 900对应静态稳定极限 输出功率的增大 曲线往上移 同步电动机在负载转矩不变的情况下 调节励磁电流可以改变功率因数 在励磁电流不变的情况下 改变负载转矩 不仅有功功率发生变化 无功功率也会发生变化 结论 3 同步电机的起动 同步电动机在定子旋转磁场和转子励磁磁场同步旋转 两者相对静止时 产生平均电磁转矩 如果把同步电动机直接投入电网并加上励磁电流 转子受到的平均转矩为0 同步电动机不能直接起动 常用的起动方法 异步起动 辅助电机起动 变