三相同步電動(dòng)機(jī)
三相同步電機(jī)和其它型式的電機(jī)一樣，也是能夠可逆運(yùn)行的，既可以接發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，又可以按電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行。
當(dāng)同步電機(jī)接于交流電網(wǎng)，并且轉(zhuǎn)子繞組通入直流電勵(lì)磁，不用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)而是在軸上加上機(jī)械負(fù)載，電機(jī)將從電網(wǎng)吸收電功率，軸端輸出機(jī)械功率，即為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。此時(shí)合成磁場(chǎng)超前轉(zhuǎn)子磁極角，即超前一個(gè)角。同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速，且其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)。因此在恒速負(fù)載及需要調(diào)節(jié)功率因數(shù)的場(chǎng)合，常常優(yōu)先選用同步電動(dòng)機(jī)。
同步調(diào)相機(jī)(同步補(bǔ)償機(jī))則是同步電機(jī)既不用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)又不加機(jī)械負(fù)載的一種空載運(yùn)行狀態(tài)，是同步電機(jī)專門(mén)用來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率的特殊運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)采用同步電機(jī)相量圖的發(fā)電機(jī)慣例分析時(shí)，功角時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài);時(shí)就是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)了;時(shí)為調(diào)相機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
由同步電動(dòng)機(jī)的相量圖(為簡(jiǎn)單以隱極為例)可以看出，同步電動(dòng)機(jī)除了從電網(wǎng)吸收有功功率拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行外，在過(guò)勵(lì)的狀態(tài)下，電流超前電壓，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上吸收容性無(wú)功功率;在欠勵(lì)的狀態(tài)下，電流滯后電壓，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上吸收感性無(wú)功功率，如圖12-1所示。
同步調(diào)相機(jī)除供應(yīng)本身?yè)p耗外，它并不從電網(wǎng)吸收更多的有功功率，因此同步調(diào)相機(jī)總是在接近于零的電磁功率和零功率因數(shù)的情況下進(jìn)行。若忽略調(diào)相機(jī)的全部損耗，則電樞電流全是無(wú)功分量。
電流超前;而在欠勵(lì)時(shí)，電流落后，因此，調(diào)相機(jī)在過(guò)勵(lì)時(shí)可看作是電網(wǎng)的一個(gè)電容性無(wú)功負(fù)載，而欠勵(lì)時(shí)則為一個(gè)電感性的無(wú)功負(fù)載。只要調(diào)節(jié)同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁電流，就能靈活地調(diào)節(jié)它的無(wú)功功率大小。由于電網(wǎng)中多數(shù)情況下有大量的感性無(wú)功功率需要補(bǔ)償，因此調(diào)相機(jī)通常運(yùn)行于過(guò)勵(lì)狀態(tài)下。
由上所述，調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，便可以調(diào)節(jié)其無(wú)功功率，據(jù)此，能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這是同步電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。
同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于定子及轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較快，轉(zhuǎn)子本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的存在，使轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩為零。所以若不采取措施，同步電動(dòng)機(jī)是不能自行起動(dòng)的。
為此，多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)采用異步起動(dòng)法，在同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極表面上裝設(shè)有類似異步電動(dòng)機(jī)籠型導(dǎo)條的短路繞組，稱它為起動(dòng)繞組。在起動(dòng)時(shí)，電壓施加于定子繞組，便在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)將在轉(zhuǎn)子的起動(dòng)繞組中感應(yīng)電流，此電流和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照異步電動(dòng)機(jī)原理轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。待轉(zhuǎn)速上升到接近同步速時(shí)，勵(lì)磁繞組通入直流電產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，依靠定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相互吸引力，把轉(zhuǎn)子牽入同步，則同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。
異步起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁繞組不能開(kāi)路，否則定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)在匝數(shù)較多的勵(lì)磁繞組中感應(yīng)出高電壓，易使勵(lì)磁繞組擊穿或引起人身事故。但也不能短路，否則勵(lì)磁繞組(相當(dāng)于一個(gè)單相繞組)中的感應(yīng)電流與氣隙磁場(chǎng)作用，會(huì)產(chǎn)生顯著的“單軸轉(zhuǎn)矩”，使合成電磁轉(zhuǎn)矩在附近產(chǎn)生明顯的下凹，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速停滯在附近而不能繼續(xù)上升。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是在勵(lì)磁繞組中串入一個(gè)阻值為勵(lì)磁繞組本身電阻值大約10倍的電阻后短接。
當(dāng)保持同步電動(dòng)機(jī)輸出的有功功率不變，調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流，電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系，稱為同步電動(dòng)機(jī)的形曲線，它是同步電動(dòng)機(jī)主要的運(yùn)行特性之一，反映了同步電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)無(wú)功功率和功率因數(shù)的能力。本次實(shí)驗(yàn)將做和時(shí)的兩條形曲線，和同步發(fā)電機(jī)基本相同。
同步電動(dòng)機(jī)的工作特性是其另一個(gè)主要的運(yùn)行特性，工作特性是指在、、的條件下，電樞電流、輸入功率、輸出轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)和效率與輸出功率之間的關(guān)系，即。反映了負(fù)載變化時(shí)同步電動(dòng)機(jī)的性能。
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