同步电动机的等效电路和功率因数

同步电机的等效电路

同步电动机是一个双激发系统，这意味着它连接到两个电力系统，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。

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$X_{s}$）给出了电机的每相同步阻抗($Z_{s}$)。

根据图1所示的同步电动机的等效电路，我们可以写出其电压方程为：

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

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

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幅值和相角的相量。因此，电枢电流的幅值为：

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

并且，同步阻抗的幅值为：

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

等效电路和上述方程有助于理解同步电机的运行，例如：

• 当励磁电流使得$\mathit{E_{b}=V}$时，则称同步电动机为正常励磁。

• 当励磁电流使得$\mathit{E_{b}<V}$时，则称同步电动机为欠励磁。

• 当励磁电流使得$\mathit{E_{b}> V}$时，则称同步电动机为过励磁。

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。

同步电机的功率因数

同步电机的最重要的特性之一是，通过改变励磁，可以使其在超前、滞后或单位功率因数下运行。以下讨论解释了励磁变化如何影响同步电机的功率因数：

• 当转子励磁电流产生所有所需的磁通量时，电机不需要额外的无功功率。因此，电机将在单位功率因数下运行。

• 当转子励磁电流小于所需电流时，即电机欠励磁。在这种情况下，电机将从电源吸收无功功率以提供剩余的磁通量。因此，电机将在滞后功率因数下运行。

• 当转子励磁电流大于所需电流时，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，并充当无功功率的来源。因此，电机将在超前功率因数下运行。

因此，我们可以得出结论：同步电动机在欠励磁时吸收无功功率，在过励磁时发出无功功率。