同步电机的等效电路和功率因数

同步电机等效电路

同步电机是双励磁系统，这意味着它连接到两个电气系统，其中三相交流电源连接到电枢绕组，直流电源连接到转子绕组。图1显示了三相同步电机的每相等效电路。

同步电机

这里，V是施加到电机的每相电压，R a是每相电枢电阻，$X_{s}$ 是每相同步电抗。这两个参数（即$R_{a}$ 和$X_{s}$）给出了电机每相的同步阻抗（$Z_{s}$）。

根据图 1 所示同步电机的等效电路，我们可以将其电压方程写为：

$$\mathrm{\mathit{V}\:=\:\mathit{E_{b}+I_{a}Z_{s}}}$$

$$\mathrm{\Rightarrow \mathit{V}\:=\:\mathit{E_{b}+I_{a}\left ( R_{a} +jX_{s}\right )}}$$

其中，粗体字母表示相量。

因此，每相电枢电流由下式给出

$$\mathrm{I_{a}\:=\:\frac{\mathit{V-E_{b}}}{\mathit{Z_{s}}}\:=\:\frac{\mathit{V -E_{b}}}{\left ( \mathit{R_{a}+jX_{s}}\right )}\:=\:\frac{\mathit{E_{r}}}{\mathit{R_ {a}+jX_{s}}}}$$

其中，$\mathit{E_{r}}$ 是电枢电路中的合成电压。

同步电机的电枢电流和同步阻抗是具有大小和相位角的相量。因此，电枢电流的大小由下式给出：

$$\mathrm{\left|I_{a} \right|\:=\:\frac{\mathit{V-E_{b}}}{\mathit{Z_{s}}}\:=\:\压裂{\mathit{E_{r}}}{\mathit{Z_{s}}}}$$

并且，同步阻抗的大小由下式给出：

$$\mathrm{\left|Z_{s} \right|\:=\:\sqrt{\mathit{R_{a}^{\mathrm{2}}+X_{s}^{\mathrm{2} }}}}$$

等效电路和上述方程对于理解同步电机的运行有很大帮助，因为：

  • 当励磁满足 $\mathit{E_{b}=V}$ 时，同步电机被称为正常励磁。

  • 当励磁满足 $\mathit{E_{b}<V}$ 时，同步电机被称为欠励磁。

  • 当励磁满足 $\mathit{E_{b}> V}$ 时，同步电机被称为过励磁。

正如我们将在下一节中看到的，同步电机的励磁会影响其功率因数。

同步电机功率因数

同步电机最重要的特性之一是可以通过改变励磁来使其以超前、滞后或单位功率因数运行。以下讨论解释了励磁的变化如何影响同步电机的功率因数 -

  • 当转子励磁电流足以产生所有所需的磁通量时，机器中不需要额外的无功功率。因此，电机将以单位功率因数运行。

  • 当转子励磁电流小于要求时，即电机欠励磁。在这种情况下，电机将从电源汲取无功功率以提供剩余磁通。因此，电机将以滞后功率因数运行。

  • 当转子励磁电流超过要求时，即电机过励磁。在这种情况下，电机将向三相线路提供无功功率，并充当无功功率源。因此，电机将以超前功率因数运行。

因此，我们可以得出结论，同步电机在欠励时吸收无功功率，在过励时输出无功功率。