同步电机原理和结构

同步机电

8.1同步机电原理和结构

1.同步发机电原理简述

(1)结构模型：

问步发机电和其它类型的旋转机电一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部份组成。最常用的

转场式同步机电的定子铁心的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。这种同步机电的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有

制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流口流时，将会在机电的气隙中形成吸性相

间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、

转子磁场)。除了转场式同步机电外，还有转枢式同步

发机电，其磁极安装于定子上，而交流绕组分优于转子

表面的槽内，这种同步机电的转子充当了电枢。图8-

1T给出了典型的转场式同步发机电的结构模型。图中

用AX、BY,CZ共3个在空间错开120°电角度分布的

线圈代表三相对称交流绕组。

(2)工作原理

同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组，当原动

拖动转了•旋转时，通入三相对称电流后，会产生高速旋

图8-1-1同步机电结构模型

转磁场随轴一起旋转并按次切割定子各相绕组(相当于

绕组的导体反向切割励磁磁场)，会在其中感应HI大小

和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为，

E=4.44NOk(8-1-1)

uIW

式中f——电源频率：中f——每极平均磁通：

N一—绕组总导体数：k一一绕组系数；

是由励磁绕组产生的磁通中f在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势(也称在电势、空载电势、

转子电势)。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了二相绕组中的感应电势将在的时间上呈现

出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交

流电源。可见，同步发机电可以将原动机提供给转子的旋转机械能转化为三相对称的交变电能。

感应电势的频率抉定于司步机电的转速n和极对数P,即

四

60

供电品质考虑，由众多同步发机电并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求

1

发机电的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为仁5CHzo

2.同步机电的额定值和型号

(1)额定值：

额定容量S、(VA,kVA,MVA)或者额定功率P、(W,kN,M防：指机电输出功率的保证值。发丸电通

过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套总动机的容量。电动机的额定容量普通

用kW表示,补偿机则用kWAR表示。

额定电压UKV,kv)：指额定运行时定了输出端的线电压。

额定电流'(A):指额定运行时定子输出端的线电流。

额定功率因数cos:额定运行时机电的功率因数。

N

额定频率「；(Hz)：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hze

额定转速n、(r/miix)额定运行时机电的转速，即同步转速。

除上述额定值外，同步机电铭牌上还常列出一些其它的运行数据，例如额定负载时的温升励磁容

量PfN和励磁电压等。

(2)国产同步机电型号：

我国生产的汽轮发机电有QFQ,QFN,QFS等系列，前两个字母表示汽轮发机电：第三个字母

表示冷却方式：Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。我国生产的大型水轮发机电为TS系

列，T表示同步，S表示水轮。举例来说：QI'S-300-2表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发机

电。TSS1264/48表赤双水内冷水轮发机电，定子外径为1264cm，铁心长为160cm,极数为48。

此外同步电动机系列有TD,TDL等，TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如TDG

表示高速同步电动机：TDL表示立式同步电动机。同步补偿机为TT系列。8.2同步发机电励磁方式简

介

1.直流励磁机励磁

直流励磁机通常与同步发机电同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电

流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发机电供给。如图8-2T所示。

2.静止整流器励磁

2

同一轴上有3台交流发机电，即主发机电、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电

流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励磁机的输

出电流经过静止晶闸管整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流

器整流后供给主发机电的励磁绕组。（见图8-2-2）

主荣机电

电流互感器

电压④

铝器D

图8-2-2静止整流器励磁系统

3.旋转整流器励磁

静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才干输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发

机电，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发机电中，常采用不需

要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图8-2-3所示。主励

磁机是旋转电枢式三相同步发机电，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整器整流

后，直接送到主发机电的转子励绕

组。交流主励磁机的励磁电流由同釉

的交流副励磁机静止的晶闸管整流器

整流后供给。由于这种励磁系统取销

｝解脱器

了集电环和电环和电刷装置，故乂称

为无刷励磁系统。8.3同步电机电枢

电压

反应的概念

1.负载后的磁势分析图8-2-3旋转整流器励磁系统

空载时，同步机电中惟独一个以同步转速旋转的励磁磁势Ff,它在电枢绕组中感应出三相对称交

流电势，其每相有效值为E0,称为励磁电势。电枢绕组每相端电压U=E°。

当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭合通路，通路中流过的是三相对称

的交流电流L,h和L。我们知I道，当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度

旋转的旋转磁势。由此可见，负载以后同步机电内部将会产生又一个旋转磁势a一一电枢旋转就势。

因此，同步发机电接上三相对称负载以后，机电中除了

a

随轴同转的转子磁势良（称为机械旋转磁势）夕卜，又多了一个电枢旋转磁势F.、（称为电气fa

旋转磁势）。如图8-3-1所示，不难证明这两个旋转磁势的转速均为同步速，而且转向一致，二者在

空间处于相对静止状态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势F。气隙磁场B.

0

可以看成是由合成磁势F在机电的气隙中建立起来的磁场。B也是以同步转速旋转的旋转

0

3

磁场。

可见同步发机电负载以后，机电内部的磁势

和磁场将发生显著变化，这一变化主要由电枢磁

势的浮现所致。

2.电枢反应

电枢磁势的存在，将使气隙磁场的大小和位

置发生变化，我们把这一现象称为电枢反应。电枢

反应会对机电性能产生重8-3-1负载后机电中的旋转磁

大影响。电枢反应的情况决定于空间相量F,和Ff之间的夹角，从下面的分析可知，这一夹I

角又和时间相量la和E°之间的相位差巾相关连。巾称为内功率因数角，其大小由负载的性质决定。

可见巾的大小（即负我的性质）决定了F和F之间的夹角，也即决定了电枢反“

应的情况。为了分析方便，将转子磁极的轴线定义为直轴，并用d表示；将与直轴正交的方向定义为

交轴，并用q表示。以下从同步发机电的时空相量图入手对各种情况下的电枢反应进行分析、

（1）同步发机电的时空相量图

如图8-3-2所示的瞬间，A相绕组中感应电势E°达到最大值，此时如果。，即A相电流la和

Eo同相位，则_1亦达到最大值。由异步机电介绍可知，电枢磁势（三相合成磁势）七的轴线将和A相

线圈的轴线重合。普通情况31a（时间相量）滞后或者超前于E°（时间相量）电角度E寸，F,

（空间相量）的轴线位置也滞后或者超前于A相绕组

的轴线电角度。即I和E在时间上的相位差等于F的轴线和A相绕组轴线的空间角度ao・

差。以上结论虽然是在一个特殊的瞬间（磁极轴线和A相绕组地线重合时）得出的，山T-F,和Ff同速

同步旋转，故在负载一定的情况下，F,和Ff的空间相位差等7+90°电角度。

为了分析方便，人们常将时间相量次，E"I

laOa和空间相量Ff,F,F阿仕•起构成所谓的时空相

量图

Id

（见图8-3-2）.在时空相量图中f和Ff（处于磁极轴线方向，即d方向）重合，E涉后,90电角

度（处于相邻一对磁极的中性线位置，即q方向），L和之

间的相位差由负载性质决定，F和I重合。图8-

3-2同步发机电时空相量图

-a

利用时空相量图（图8-3-3）,可以方便地分析不同负载情况时同步

发电机电枢反应的情况。

（2）1和同相位或者反相位时的电枢反应

aU

此时，0或者180°,F.与Ff之间的夹角为90。或者270°，如图8-3-3«示，

d।

即二者正交，转子磁势作用在直轴匕而电枢磁势作用在交轴匕电枢反应的结果使得合

4

成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电

枢反应，简称交磁作用。

图8-3-3用时空相量图分析同步发机电的电枢反应

(a)cb=O°;(b)巾=90。;(c)0°(巾<90。；(d)-90°(巾<0。

(3)L滞后于E090。时的电枢反应

此时巾=90°,F与F之间的夹角为180。，如图8-3-3(b所示，即二者反相,转子磁势“

和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小，这一电枢

反应称为直轴去磁电枢反应。

(4)I超前于E。90°时的电枢反应

.

此时巾=90°,F与F之间的夹角为0。，即二者同相，转子磁势和电枢磁势一同作用

af

在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁势的幅值加大，这一电枢反应称为直轴增磁电

枢反应。

(5)普通情况下的电枢反应

普通情况下(巾为任意角度时),参看图8-3-3(。和(d),可将】-分解为直轴分量一和交轴分量L

L产生直轴电枢磁势R"%与件同相或者反相,起增磁或者去磁作用；'产

III

adq

IIsin(8-3-1)

dJ

IIcos

1a,

JFF

1*ad叫

aFF,

Fad叫(8-3-2)

aF-D

Fsin

MlJ

FFcos

生交轴电枢磁势F,F与F正交，起交磁作用。根据正交分解原理有：

出四I

8.4电枢反应电抗和同步电抗

当三相对称的电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势F,桂将在机电内部

dd

产生跨过气隙的电枢反应磁通'和不通气隙的漏磁通，'和将在分别在电枢各

a/

相绕组中感应出电枢反应电势E和漏磁电势E小与电枢电流I的大小成正比（不计a,,

饱和），比例常数称为电枢反应电抗X,,考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：

EjXI（8-4-1）

aaa

电枢反应电抗X的大小和电枢反应磁通所经过磁路的磁阻成反比，所经过的

aaa

磁路与电枢磁势F轴线的位置有关。对于凸极机电而言，当F和Ff重合时，即F和磁极

aaIa

的轴线重合时，经过直轴气隙和铁心而闭合（这条磁路称为交轴磁路），如图8-4-1（a）

所示。此时由于直轴磁路中的气隙较短，磁阻较小，所以电枢反应电抗就较大。当F和

Ff止交时，即卜'和磁极的轴线垂直时，.经过交轴气I隙和铁心血闭合（这条磁路称为直

I8.rf

轴磁路），如图8-4-1（b）f示。此时由于交轴磁路中的气隙较长，磁阻较大，所以电枢反应电抗就

较小。普通情况下，F和F之间的夹角由负载的性质决定，为90,

ai4

的流通路径介于直轴磁路和交轴磁路之间，电枢反应电抗的大小也就介于最大和最小之间。

8-41凸极机电中枢磁通的流通路径

（a）直轴磁路；（b）交轴磁路

由于Fa和I；之间的夹带受制于内功率因数角巾（即负载的性质），不同负载时，F和Ff之间的

夹角不同，对应的X,也就不同，这给分析问题带来了诸多不便。为了解决这一问题，人们采用了正交

分解法和叠加原理，将Fa看成是其直轴分量Fad和交轴分量Faq的叠加，并认为FE单独激励直轴电

枢反应磁通ad,其流通路径为直轴磁路，对应有一个固定的直轴电枢反应电抗X0并在电枢每殂绕组

中产生直轴电枢反应电势EMF'q单独激励交轴电枢反应磁通.q,其流通路径为交轴磁路，对应有一

个固定的交轴电j区反应电抗X”并在电枢每相绕组中产生交轴电枢反应电势E电枢绕组总的电枢反

6

应

aqaq

7

电势E可以写为

Eadaq.JdJA1(8-4-2)

考虑到漏磁通引起的漏抗电势E叫

JAI(X为电枢绕组的漏电抗)后，电枢

绕组中由电枢电流引起的总的感应电势为

jXLjXIjX

addaqq

adHjx，，d

炉aq、X)”

(8-4-3)

jXjX)Iq

adaq

d'djX1

qq

对于隐极机电来说，由于电枢为展柱体，忽略转学痢淼翻翻亶繇嬲后，可以认为隐极

机电直轴磁路和交轴磁路的磁阻相等，直轴和交轴电枢反应电抗相等，即X-

X=X0结合IadaqIa

IdL,并代入式(8-4-3)可得

jXLjXIjXIjXIjXI(8-4-4)

adJaqM*a0*

jxX)IjXI„

ad1*s*

式中Xs=x,+x定义为隐极机电的同步电抗。

<?

由定义可知，同

步电抗包括两部份：电枢绕组的漏电抗和电枢反应电抗。在实用上，常将二者作为一个整体参数来处

理，这样便于分析和测量。

8.5同步发机电并入电网条件与方法

把同步发机电并联至电网的过程称为投入并联，或者称为并列、并车、整步。在并车时必须避免

产生巨大的冲击电流，以防止同步发机电受到损坏、电网遭受干扰。为此，并车前必须检杳发机电和

电网是否适合以下条

件：汇流排

(1)双方应有一致的相序；

(2)双方应有相等的电压；

(3)双方应有同样或者十分接近的频率

和相位。

下面研究这些条件之一得不到满足时会

发生的情况。图8-5-1同步发机电并联运行

(1)如果双方电压有效值不相等，在图8-5T

中，电网用一个等效发机电A来表示，B表示即将并车的发机电。若I；不等于U],在开关K的两端，

8

会浮现差额电压八U=U-U,如果闭合K,在发机电和电网组成的回路中必然会浮现瞬态冲击电流，因

此，在并车时，电压的有效值必须相等。

(2)如果双方频率或者相位不相等，则U和U］不能同步变化，即U和I］的瞬时值将不相等，

并车后也会浮现瞬时电压差从而引起并车冲击电流。因此，要求频率必须相等或者十分接近。

(3)如果双方相序不一致，U和U］的瞬时值将会浮现较大的差值电压，错误并车将会产生很

大的冲击电流。因此，并车时必须严格保证相序一致。

上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常机电可以承受一些小的

冲击电流。

并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量电网电压U］，并调节发机

电的励磁电流使得发机电的输出电压U=1］的。再借助同步指示器检查调整频率和相位以确定合闸

时刻。

同步指示器通常采用以卜两种连接方法：

1.灯光明暗法

如图8-5-2«示，将3只灯泡直接跨接于电网与发机电的对应相之间，灯泡两端的电压即为发

机电端电压U电网电压口的差值△(!=f-U］，在图8-5-3口，用相量氏C］表示电网的电压相量，

A,B,C代表发机电的电压相量，两组相量分别以角速度w旋转。如果两组相量大小相等、相序•致、

频率接近，则两组相量转向而同且存在缓慢的相对角速度3广3,AU的大小在0-2U］之间变化，

灯光呈现出明暗交替变化。调整发电机的转速使得3十分接近3］,等待两组相量彻底重合时，公卜。，

灯泡熄灭，此时刻是合闸并车的最佳时刻。

8-5-2三相同步发机电整步

(a♦丁光明暗法：伯狄丁光旋转法

9

综上所述，明暗法并车方法为：（1）通过调节发机电励磁电流的大小使得u-Uh（2）电压

调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这

时应调整发机电的出线相序或者电网的引相序，严格保证相序一致；（3）通过调节发机电的转速改

变U的频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明U和U］的频率已十分接近，这时等待灯光彻底变

暗的瞬间到来，即可合闸并车。

2.灯光旋转怙

参看图8-5-2图8-5-4灯1跨接于ABf灯2跨接于A”,

灯3跨接于C］C.如果两组相量大小相等、相序一致、频率接

近，则加于3只指示灯的电乐^（!］,AU2,3的大小将交替变

化。假设cof旋转，在转到C和C］重合时，3熄灭，1和2

亮度一样：再转到C和％重合时，B将和A】重合，2熄灭，3,

1同亮；到C和A】重合时，A亦与％重合，熄灭2,3同亮。

可见灯光发亮的顺序为12-31-23-12...,在圆形的指示器上，

相当于灯光顺时钟旋转。同理，如果%快『3则灯光逆时钟旋

转。调整发机电转速，直到灯光旋转十分缓慢，等待灯3彻底

熄灭时，合闸并车。

综上所述，旋转法并车方法为：（1）通过调节发电机财

磁电流的大小使得U=U］；（2）电压调整好后，如果相序一

致，则灯光旋转，否则说明相序不一致，这时应调整发机电的

出线相序或者电网的引线相序，严格保证相序一致：（3）通

过调节发机电的转速改变U的频率，直到灯光旋转卜分缓慢

时，说明U和U］频率已十分接近，这时等待灯3彻底熄灭的

瞬间到来，即可合闸并车。

灯光法又称为理想整步法。由于它对并车条件逐一检查

和调整，所以费时较多。普通可采用简单的自整步法：在相序

图8-5-4灯光旋转法电压相量图

一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机把

发机电拖动到接近同步速（相差2$5%），在没有接通励磁电流的情况下将发机电接入电网，再接通

励磁并调节励磁强弱，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程即告

结束。需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危（wei）

险的高压：直接短路，将在定、转子绕组中产生很大的冲击电流。自整步法的优点是：操作简单，方

便快捷；缺点是：合闸时有冲击电流。

8.6同步发机电有功功率及无功功率的调节方法

1.功率平衡与功角概念

同步发机电的功率流程如图8-6-1所示。P］为自原动机向发机电的输入的机械功率，其中一部

份提供轴与轴承间的磨擦、转动部份与空气的磨擦及通风设备的损耗，总计为机

10

PI

图8-6-1同步发机电功率流程图

械损耗Pm,另一部份供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗P.e,P卡P「(p”+PQ为通

过电磁感应作用转变为定广绕组上的电功率，称为电磁功率。如果是负载运行，定「绕组中还存在定

子铜耗Rui,P?=P「尾।就是发机电的输出功率。同步发机电的功率平衡方程式为

*»p*pp_p.

MFcm+[M-2+

(8-6-1)

RuiJ

定子绕组的电阻普通较小，其铜耗可以忽稍不计，则有

Pu=P=mUI=mUI

M2cos巾

其中中为内功率因数角，6=中-巾定义为功角。它学

的励磁电势E。和端电压U之间相位差。功角6对于研夕

电的功率变化和运行的稳定性有重要意义。图8-6-2画

机电的简化时空相量图。图中忽略了定子绕组的漏磁电产’

£。对应于转子磁势

图8-6-2功角的空间概念

F,E.,对应于电枢磁势3所以可近似认为端电压U由合成破势F=R+F.所感应。F和f

2之间的空间相角差即为E)和U之间的时间相角差6,可见功角6在时间上表示端电压和励磁电势

之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与佞了磁场轴线之间的夹角。并网运行时，为电网电

压，其大小和频率不变，对应的合成磁势F总是以同步速度w尸2nf旋转。因此功角6的大小只能由

转子磁势的角速度3决定。稳定运行时，3=3-因此F与E之间无相对运动，对应每一种稳定状态，

6具有固定的值。

2.功角特性

功角特性指的是电磁功率A随功角6变化的关系曲线R=f(6),下面分别是凸极电机和隐极机

电的功角特性。

(1)凸极机电功角特性

UmuFovcossin

mU-cosXX8$

q

UE.

mq-sin_L)sin2

pp0d

MM

11

UE.

式中％m-——sin基本电磁功率;

X

U21、.)

m一”2附加电磁功率,

⑵隐极机电的功角特性：在上式中，令XLXIX，即得，惟独基本电磁功率。有功功

率的调节

⑶

功角特性Pyf(&)反映了同步发机电的电磁功率随着功角变化的情况。稳态运行时，同步发机电

的转速由电网的频率决定，恒等于同步转速，即发机电的电磁转矩TM和电磁功率Pv之间成正比关系：

式中，Q为转子的机械角速度。电磁转矩与原动机提供的动力转矩及空载阻力转矩相平衡

其中T。为空载转也(因磨擦、风阻等引起的阻力+To

转矩)。

可见要改变发机电输送给电网的有功功率孔，就

必须改变原动机提供的动力转矩，这一改变可以通过

调节水轮机的进水量或者汽珀机的汽门来达到。当功

角处于0到6“范围内时，随着6的增大，P”亦增大，

同步发机电在这一区间能够稳定运行。而当6>6时，

随着6的增

III

大，Pv反而减小，电磁功率无法与输入的机械功率相

平衡，发机电转速越来越大，发机电将失去同步，故

在这一区间发机电不能稳定运行。

(4)并网运行时无功功率的调自：

由异步发机电的V形曲线(如图8-6-3),通过调节怪8-6-3同步发机电的V形曲线

励磁电流可以达到调节同步发机电无功功率的目的。当某一欠励状态开始增加，励磁电流时，发机电

输出的超前无功功率开始减少，电枢电流中的无功分量开始减少；达到正常励磁状态时，无功功率变

为零,电枢电流中的无功分量也变为零，此时cos川=1;如果继续增加励磁电流，发机电将输出滞后

性的无功功率，电枢电流口的无功分量又开始增加。电枢电流随励磁电流变化的关系表现为一个V

形曲线。V形曲线是一簇曲线，每一条V形曲线对应一定的有功功率。V形曲线上都有一个最低点，

对应cos巾=1的情况。将所有的最低点连接起来，将得到与cos巾=1对应的线，该线左边为欠励状

态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后。

12

8.7同步电动机时运行特性

1.V形曲线：

与发机电类似，同步电动机的功率因数可以通过改变励磁电流的大小来调节。如果增大励磁电流

使电动机处于过励状态，则励磁磁势Ff增大，而合成磁势F的大小是不变的（由电网电压决定），

按照磁势平衡原理，电网将输出给电动机一超前电流，1事电流在电动机内部将产生去磁性的电枢反

应，使得磁势得到平衡。电网输出给电动机超前电流相当于电网从电动机处吸取了滞后电流，正好满

足了附近电感性负载的需要，使得电网的功率因数得到补偿。

如果减小励磁电流使电动机处于欠励状态，则励磁磁势F也减小，电网必须输出给电动机一滞后

电流来产生增磁电枢反应，以保持合成磁势F不变。这种情况和异步电动机的情况类似，所以同步电

动机普通不采用欠励运行。

如果保持机械负载不变（相当于有功功率不变），调节励做电流4,对应的电枢电流，随之而变，

和发机电一样可画出同步电动机的V形曲线（见图8-7T）0

但是同步电动机亦有一些缺点，如起动性能较差，结构上较异步电动机复杂，还要有直流电源

来励磁，价格比较贵，维护又较为复杂，所以普通

在小容量设备中还是采用异步电动机。在中大容量

的设备中，特别是在低速、恒速的拖动设备中，应

优先考虑选用同步电动机，如拖动恒速轧钢机、电

动发机电组、压缩机、离心泵、球磨机、粉碎机、

通风机等。

利用同步电动机能够改变电网功率因数这一

优点，亦有创造专门用作改变电网功率因数的电动

机，不带任何机械负载，这种不带机械负载的同步

电动机称之为同步补偿机或者同步调相机。同步调

相机是在过励情况下空载运厅的同步电动机。

图8-71同步电动机V形曲线

2.同步电动机的功角特性

同步电动机以凸极转子结构比较多，因此以凸

极机电的功角特性为例来研究。

同步电动机的功角特性公式和发机电的一样都可以从相星图中导出来。电动机的功角6为U超前

E°的角度，如将发机电功角特性中的6用-6来替代，这样电磁功率就变成了负值，电动机茯态下

是电网向电动机提供有功功率，所以写电动机公式时，将负号去掉，于是功角特性就和发机电的功角

特性具有相同的形式：

13

nnr*rTIPTT

DmlTccc—--------coom

XXX

qd

IIFIB11_

_____m.--nsin_m________(.—_____-kin?(8-7-1)

X9YX

dqd

pp

X.1M

相应的电磁转矩为：

T_L・PM-TT(8-7-2)

\.fx.<M

从上面式子可以看出：

同步电动机的电磁转矩包括基本电磁转矩T和附加电磁转矩T两部份，当励磁电

MM

流为零时，即日尸0时，仍具有附加电磁转矩T。利用此原理，可以制成所谓的磁阻同

0M

步电动机.这种机电的转子上没有励磁绕组，是凸极式的，彝它的直轴与交轴磁阻不相等而产生电磁转

矩。它的容量普通很小，常做成10k*以下的电动机，能在变频、变压的电源下运行，而且速度比较均

匀，常在转速需要均匀的情况下被采用，如精密机床工业、人造纤维工业、电子计算机等方面。

3.同步电动机的异步起动

当定子绕组接到电源后，按照同步机电的原理，同步电动机是不能产生起动转矩的。目前工矿企

业中看到的同步电动机都能够起动，这是利用异步电动机的原理来产生起动转矩，使得机电转动起来

的。下面我们分析同步电动机没有起动转矩的原因及起动问题的解决方法。