1、四、同步电动机功率关系 运行特性,1.功率关系,同步电动机从电源吸收的有功功率 除去消耗于定子绕组的铜损耗 就转变为电磁功率,从电磁功率Pem中再扣除铁损耗pFe和机械损耗pmec后，转变为机械功率P2输出给负载,其中铁损耗pFe和机械损耗pmec之和成为空载损耗p0,功率流图,同步电动机功率流图,凸极电机的向量图,2.运行特性,工作特性,机械特性,工作特性揭示同步电动机的特性是不足的， 因为不仅调节输出功率可以改变同步电动机的运行情况， 调节励磁电流也可以改变。,励磁电流大小和有功功率作为参数来分析同步电动机的特性 （1）励磁电流If = C，输出有功功率变化功角特性 （2）有功功率不变时，
2、改变 If 对电枢电流I及功率因数的影响V形曲线,励磁和电动机电动势的关系:（前述） 同步电动机的电动势方程:（前述） 同步电动机的有功功率：(1) 有功功率方程：,的双重物理含义：励磁电动势 与定子所加相电压 之间的 夹角（时间电角度）励磁磁动势 与气隙合成磁动势 之间的 夹角（空间电角度）,功角意义的图示A：,功角意义的图示B,功角是转子磁极轴线和定子合成磁极轴线的空间夹角,忽略同步电动机定子电阻Ra上的损耗,从相量图中可知，,(2)电磁转矩方程：(3)无功功率方程：,（隐极电机）,（凸极电机）,3.功角特性,电磁功率Pem与角度呈函数关系,Pe E0 ，当转子有励磁即 If 0 时存在。
3、 ,Pe“ 是由于 Xd Xq 而引起的，与 If 是否存在无关。 结论： Pe“ 使 PeM。 PeM 产生在90o 处。 功角特性与矩角特性 不再是正弦波。, 基本分量。, 附加分量。,对凸极电机来讲,对隐极电机来讲,4.矩角特性,对隐极式同步电动机，Xd=Xq=Xc,5.稳定运行,稳定运行,判据：,隐极发电机的判据：比整步功率(kW/rad),静态稳定： 当电网或原动机方面出现某些微小扰动时，同步发电机能在这种干扰消失后，继续保持原来的平衡运行状态。,额定：功角2530,最大转矩Tm与额定转矩TN之比，过载倍数,隐极同步电动机额定运行N=3016.5 。 凸极式同步电动机额定运行功率角更
4、小。,负载改变时，随之变化，使同步电动机的电磁转矩或电磁功率跟着变化，以达到平衡状态。而电机的转速却保持同步转速不变。,6.过载倍数,例：一台隐式同步电动机，额定电压UN=6000V，额定电流IN=71.5A，额定功率因数cosN=0.9（超前性），定子绕组为Y接，同步电抗Xt=48.5，忽略定子电阻R1。电机额定运行时，求：（1）空载电动势（励磁电动势）E0 （2）功率角N （3）电磁功率Pem （4）过载倍数T,解:,(1),(2)先求角,(3)电磁功率,(4)过载倍数,7.同步电机功率因数的调节,同步电机的重要特性：同步电机在保持输出有功不变的情况下，可以通过励磁电流的调节，使电机的功率
5、因数发生变化。,同步电动机的V形曲线是指当电源电压与频率均为额定值， 在输出功率不变的条件下，调节励磁电流If ，定子电流 I 会相应变化，绘制成的I = f (If) 曲线，形状象“V”，故称V形曲线。,(1)矢量图,无功功率的调节：同步电动机可以通过励磁电流的调节，使电机的输出无功功率发生变化。,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。,励磁电流大于正常励磁值(过励)时，电动机功率因数c
6、os 超前，同步电动机相当于容性负载，要从电网吸取超前无功,(2)特点, 正常励磁 当 If = If0 时，, = 1, 电机呈电阻性。, 欠励磁 当If If0时，,电机呈电感性。,If ，感性程度 。 过励磁 当 If If0 时， 电机呈电容性， If | | ， 容性程度 。,同步电动机的V形曲线I=f(If) ：同步电动机在有功功率恒定、励磁电流变化时，电枢电流随励磁电流变化的曲线,(3)V形曲线,1.每一功率（负载）对应一条V形曲线 2.从欠励到正常励磁到过励I 有最小值 3.每条曲线的最低点：cos=1，连线向右倾斜。 4.每条曲线左边均有不稳定区 5.不稳定区域边缘：=900
7、，连线向右倾斜 6、每条曲线上的电流I变化量I 为无功分量,V形曲线的几个特点,异步电机 励磁电流为定子电流的一部分，不能调节，从电网吸收励磁电流，为感性，使电动机功率因数滞后，使电网功率因数变坏。 同步电动机功率因数可调，可以改善电网的无功平衡状况，从而提高电网的功率因数和运行性能及效益。 将同步电机和异步电机接入同一电网运行，并使同步电动机运行于过励状态，则电网同时提供容性和感性的无功电流，两者互相补偿，改善电网功率因数。 或者采用同步补偿机，即不带负载浮接于电网上过励运行的同步电动机。,(4)同步电机功率因数调节的启示,结论：对于每一给定的有功功率都有一允许的最少激磁，进一步减小激磁将使发电机失去稳定。,在有功功率保持不变时，表示电枢电流和激磁电流之间关系的曲线If(If)，称为V形曲线。 对应于不同的有功功率，有不同的V形曲线。当输出的功率值愈大时，曲线愈向上移。,(5)同步发电机V形图,
