同步電機(jī)功率及運(yùn)行特性

1、四、同步電動(dòng)機(jī)功率關(guān)系四、同步電動(dòng)機(jī)功率關(guān)系運(yùn)行特性運(yùn)行特性1.功率關(guān)系n同步電動(dòng)機(jī)從電源吸收的有功功率n除去消耗于定子繞組的銅損耗n就轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶殴β?3cosPUI2113CupI RemP從電磁功率Pem中再扣除鐵損耗pFe和機(jī)械損耗pmec后，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率P2輸出給負(fù)載 2emFemecPppP其中鐵損耗pFe和機(jī)械損耗pmec之和成為空載損耗p00Femecpppn功率流圖21113CupI R0Femecppp1PemP2P同步電動(dòng)機(jī)功率流圖凸極電機(jī)的向量圖凸極電機(jī)的向量圖2.運(yùn)行特性n工作特性 ,NfUUIC2()emTf P2()If P2()nf P2()f P2cos()f

2、 Pn機(jī)械特性 ,NfUUIC()emnf T工作特性揭示同步電動(dòng)機(jī)的特性是不足的，因?yàn)椴粌H調(diào)節(jié)輸出功率可以改變同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流也可以改變。n勵(lì)磁電流大小和有功功率作為參數(shù)來(lái)分析同步電動(dòng)機(jī)的特性n（1）勵(lì)磁電流If = C，輸出有功功率變化功角特性功角特性n（2）有功功率不變時(shí)，改變 If 對(duì)電樞電流I及功率因數(shù)的影響V形曲線形曲線n勵(lì)磁和電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系: （前述）n同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程: （前述）n同步電動(dòng)機(jī)的有功功率： (1) 有功功率方程：2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUmEP的雙重物理含義：勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì) 與定子所加相電壓 之間的 夾角（時(shí)間電角度

3、）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 與氣隙合成磁動(dòng)勢(shì) 之間的 夾角（空間電角度）0EUfFFfaFFF功角功角意義的圖示意義的圖示A A：0fFFaIaF0EaEaEUNoImageNoImageNSF NSFf T1 nTem n1 功角功角意義的圖示意義的圖示B B功角是轉(zhuǎn)子磁極軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角忽略同步電動(dòng)機(jī)定子電阻Ra上的損耗13cosemPPUI從相量圖中可知，00EIUE為與 之間的夾角， 為與之間的夾角3cos3cos()3coscos3sinsinemPUIUIUIUI0sincoscossindqddqqIIIII XEUI XU020203cos3cos()3coscos3sins

4、in3cos3sin(cos )sin3cos3sin113sin3()cossin113sin3()sin 22emqdqddqddqdPUIUIUIUIUIUIEUUUUXXE UUXXXE UUXXXemPT 260n 20emPPp02emPpP20emTTT (2)電磁轉(zhuǎn)矩方程： (3)無(wú)功功率方程： 200011sin()sin22emdqdmE UUTmXXX20costtmE UmUQXX222011cos(cossin)ddqmE UQmUXXX（隱極電機(jī)）（凸極電機(jī)）3.功角特性n電磁功率Pem與角度呈函數(shù)關(guān)系2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUmEPNoIm

5、age3U1E0 Xd Pe = sin Pe E0 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即 If 0 時(shí)存在。 1 XqPe = ( ) sin2 3U12 21 XdPe 是由于 Xd Xq 而引起的，與 If 是否存在無(wú)關(guān)。 結(jié)論： Pe 使 PeM。 PeM 產(chǎn)生在90o 處。 功角特性與矩角特性 不再是正弦波。 基本分量?；痉至俊?附加分量。附加分量。OPe / T 90o PeM (TM)PePen對(duì)凸極電機(jī)來(lái)講2sin)11(2sin20dqdemXXUmXUmEPn對(duì)隱極電機(jī)來(lái)講OPe / TPeM (TM)0sinemtmE UPX4.矩角特性003sinemcE UTX200011sin()s

6、in22emdqdmE UUTmXXX對(duì)隱極式同步電動(dòng)機(jī)，Xd=Xq=Xc03sinemcE UPX5.穩(wěn)定運(yùn)行LTLT12emT0 90 穩(wěn)定運(yùn)行LTemT0 90LT1emT90 1800emdTd0emdTd0emdTdNoImageNoImage判據(jù)判據(jù)：0emdPd隱極發(fā)電機(jī)的判據(jù)隱極發(fā)電機(jī)的判據(jù)：比整步功率比整步功率(kW/rad)(kW/rad)0cos0emsyntdPE UPmdx靜態(tài)穩(wěn)定： 當(dāng)電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面出現(xiàn)某些微小擾動(dòng)時(shí)，同步發(fā)電機(jī)能在這種干擾消失后，繼續(xù)保持原來(lái)的平衡運(yùn)行狀態(tài)。額定：功角額定：功角2530n最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN之比，過載倍數(shù)sin 902 3.

7、5sinmTNNTT隱極同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行N=3016.5 。凸極式同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行功率角更小。 負(fù)載改變時(shí)，隨之變化，使同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩或電磁功率跟著變化，以達(dá)到平衡狀態(tài)。而電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻保持同步轉(zhuǎn)速不變。0max01sinsinemtTNNNtE UmPxE UPmx6.過載倍數(shù)n例：一臺(tái)隱式同步電動(dòng)機(jī)，額定電壓UN=6000V，額定電流IN=71.5A，額定功率因數(shù)cosN=0.9（超前性），定子繞組為Y接，同步電抗Xt=48.5，忽略定子電阻R1。電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，求：n（1）空載電動(dòng)勢(shì)（勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)）E0n（2）功率角Nn（3）電磁功率Pemn（4）過載倍數(shù)T解:NN0EUNINtj

8、I Xarccos0.925.8N(1)22022(sin)(cos)3360006000(0.435971.5 48.5)(0.9)335854.3NNNNtNUUEI XV(2)先求角6000sin0.435971.5 48.533arctanarctan60000.9cos3315103467.75arctan583117.7NNNtNNUI XU5825.832.2N (3)電磁功率111.87sin0.53TN(4)過載倍數(shù)033 6000 5854.33sin0.53664.9kW348.5NemNtUEPX7.同步電機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)同步電機(jī)的重要特性：同步電機(jī)在保持輸出有功不變的

9、情況下，可以通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的功率因數(shù)發(fā)生變化。同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線是指當(dāng)電源電壓與頻率均為額定值，在輸出功率不變的條件下，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If ，定子電流 I 會(huì)相應(yīng)變化，繪制成的I = f (If) 曲線，形狀象“V”，故稱V形曲線。,NNUUffNoImage即(1)矢量圖矢量圖n無(wú)功功率的調(diào)節(jié)： 同步電動(dòng)機(jī)可以通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的輸出無(wú)功功率發(fā)生變化。常數(shù)cossin0mUIXUmEPtem常數(shù)常數(shù)cossin0IEtXCNoImage 同步電動(dòng)機(jī)輸出有功功率P2恒定，改變勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)其無(wú)功功率 “正常”勵(lì)磁時(shí)功率因數(shù)cos =1，電樞電流全部為有功電流，故數(shù)值最小

10、勵(lì)磁電流小于正常勵(lì)磁值(欠勵(lì))時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)cos 滯后，同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于感性負(fù)載，要從電網(wǎng)吸取滯后無(wú)功。 勵(lì)磁電流大于正常勵(lì)磁值(過勵(lì))時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)cos 超前，同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于容性負(fù)載，要從電網(wǎng)吸取超前無(wú)功(2)特點(diǎn)特點(diǎn)NoImage 正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng) If = If0 時(shí)，時(shí)， I1 與與U1 同相，同相， = 1, 電機(jī)呈電阻性。電機(jī)呈電阻性。 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If If0時(shí)，時(shí)， I1 (I1 ) 滯后于滯后于U1， 電機(jī)呈電感性。電機(jī)呈電感性。 If ，感性程度，感性程度 。 過勵(lì)磁過勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng) If If0 時(shí)，時(shí)， 電機(jī)呈電容性，電機(jī)呈電容性， If | |

11、， 容性程度容性程度 。 I1 (I1) 超前于超前于U1， U1jXtI1E0 E0 aajXtI1I1 bbE0 jXtI1I1 I1NoImage同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線I=f(If) ：同步電動(dòng)機(jī)在有功功率恒定、勵(lì)磁電流變化時(shí)，電樞電流隨勵(lì)磁電流變化的曲線(3)V形曲線1.每一功率（負(fù)載）對(duì)應(yīng)一條V形曲線2.從欠勵(lì)到正常勵(lì)磁到過勵(lì)I(lǐng) 有最小值3.每條曲線的最低點(diǎn)：cos=1， 連線向右傾斜。 4.每條曲線左邊均有不穩(wěn)定區(qū)5.不穩(wěn)定區(qū)域邊緣：=900， 連線向右傾斜 6、每條曲線上的電流I變化量I 為無(wú)功分量 V形曲線的幾個(gè)特點(diǎn)形曲線的幾個(gè)特點(diǎn)n異步電機(jī) 勵(lì)磁電流為定子電流的一部分，不能調(diào)節(jié)，從電網(wǎng)吸收勵(lì)磁電流，為感性，使電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)滯后，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。n同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可調(diào)，可以改善電網(wǎng)的無(wú)功平衡狀況，從而提高電網(wǎng)的功率因數(shù)和運(yùn)行性能及效益。n將同步電機(jī)和異步電機(jī)接入同一電網(wǎng)運(yùn)行，并使同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于過勵(lì)狀態(tài)，則電網(wǎng)同時(shí)提供容性和感性的無(wú)功電流，兩者互相補(bǔ)償，改善電網(wǎng)功率因數(shù)。n或者采用同步補(bǔ)