第9章同步电动机原理介绍.ppt

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1、第9章同步电动机SynchronousMachines南昌航空大学信息工程学院吴剑同步电机的基本结构同步电动机的两类转子9.2同步电动机的电磁关系9.2.1同步电动机的磁通势9.2.2凸极同步电动机的双反应原理根据前一章的分析，这里可以写出由定子电流产生的电枢磁动势的表达式将上式分解为d、q轴上的直轴电枢磁动势和交轴电枢磁动势：考虑到式（8-2）的关系，即有即把电枢电流按相量的关系分解成两个分量：一个分量是，另一个分量是，其中产生磁动势；产生磁动势。根据“双反应法”，凸极同步电动机电磁关系如下：电磁关系9.2.3同步电动机的电压平衡方程式1.凸极同步电

2、动机的电压方程不管是励磁磁通f，还是直轴磁通ad和交轴磁通aq，都是以同步转速逆时针旋转，因此都要在定子绕组中产生相应的感应电动势。根据图9-6给出的同步电动机定子绕组各电量正方向，可以列出A相回路的电压方程（9-1）Rs——定子绕组的相电阻；Xs——定子绕阻的相漏电抗。感应电动势、可以写成式中Xad——直轴电枢反应电抗；Xaq——交轴电枢反应电抗。整理，可得得一般情况下，当同步电动机容量较大时，可忽略电阻R1，于是式中——直轴同步电抗，；——交轴同步电抗。在一般凸极同步电动机中，。2.隐极同步电动机的电压方程对于隐极同步电动机，由于气隙均匀，因

3、而直轴和交轴的同步电抗在数值上彼此相等，即有式中——隐极同步电动机的同步电抗。这样，由式（9-4）可写出隐极同步电动机的电压方程为（9-5）9.2.4同步电动机相量图同步电机作为电动机运行时，电源必须向电机的定子绕组输入有功功率，这时输入电动机的有功功率P1必须满足这就是说，定子相电流的有功分量应与相电压同相位。由此可见，与二者之间的功率因数角必须小于90，才能使电机运行于电动机状态。图9-9是根据凸极同步电动机的电压方程，在（超前）时，电机运行于电动机状态的相量图。图9-7是根据隐极同步电动机的电压方程式画出的相量图。前面在介绍直流电动机和三相异步

4、电动机时，都重点分析了对应的机械特性T=ƒ(n)，而同步电动机由于以同步转速n1转动，转速不随转矩变化，其机械特性为一条直线。在同步电动机中，功率或转矩是随功角变化的，所以下面讨论功角特性PM=ƒ(θ)和矩角特性T=ƒ(θ)。9.3同步电动机的功率关系和矩角特性9.3.1同步电动机的功率方程同步电动机从电源吸收有功功率P1，在扣除消耗于定子绕组的铜损耗后，转变为电磁功率PM，即有（8-14）从电磁功率PM里再扣除铁损耗和机械摩擦损耗后，得到输出给负载的机械功率P2（8-15）其中，铁损耗与机械损耗之和称为空载损耗P0，即（8-16）9.3同步电动机的功

5、率关系和矩角特性图9-11是同步电动机的功率流程图。9.3.2同步电动机的电磁功率与功角特性对于凸极同步电动机，当忽略定子绕组的电阻R1时，同步电动机的电磁功率为由凸极同步电动机的相量图（图9-7）可见，，于是此外，根据相量图可得考虑以上这些关系，得接在电网上运行的同步电动机，已知电源电压U、电源的频率f1都维持不变，如果保持电动机的励磁电流If不变，则对应的电动势E0的大小也是常数，此外电动机的参数Xd、Xq又是已知的常数，这样同步电动机的电磁功率PM就仅仅是θ的函数，当θ角变化时，电磁功率PM也跟着变化。我们把的关系定义为同步电动机的功角特性，由此

6、所绘制出的曲线称为功角特性曲线，如图9-12所示。（9-7）上式所示凸极同步电动机的电磁功率PM中，第一项与励磁电流If的大小有关，称为励磁电磁功率。第二项与励磁电流If的大小无关，是由参数引起的，这部分功率只有凸极同步电动机才有，而对隐极同步电动机则不存在，所以该电磁功率称为凸极电磁功率。第一项励磁电磁功率是主要的，第二项凸极电磁功率比第一项小得多。将式（9-6）等号两边同除以Ω，得到同步电动机的转矩平衡方程式中T0——空载转矩。将电磁功率的表达式（9-7）代入上式，得到的电磁转矩为（9-8）上式说明，在电源电压Us、电源的频率f1、励磁电流If都保

7、持不变时，同步电动机的电磁转矩T也仅是θ的函数。即当θ角变化时，电磁转矩T也跟着变化。把的关系定义为同步电动机的矩角特性，由此所绘制出的曲线称为矩角特性曲线。功角特性与矩角特性的表达式相互之间仅相差一个比例常数Ω若是隐极式同步电动机，因Xd=Xq，则功角特性和矩角特性的表达式为9.3.5稳定运行下面以隐极同步电动机为例来讨论同步电动机的稳定运行问题。由图可见，当电动机拖动负载运行在=0～90的范围内，电动机能够稳定运行；当电动机拖动负载运行在=90～180的范围内，电动机不能够稳定运行。如果与异步电动机一样，将最大电磁转矩Tm与额定电磁转矩

8、TN之比，称为过载倍数，用表示。这里（8-30）可见，为了满足过载限制的要求，隐极同步电动机