同步电机的等效电路

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同步电机是一个双激磁系统，即它连接到两个电路系统：

• 三相电源连接到电枢绕组。

• 直流电源连接到转子励磁绕组。

下图显示了三相同步电机单相的等效电路

令

• V = 加到电机每相的端电压

• E_f = 励磁电压

• I_a = 电机从电源每相吸收的电枢电流

• R_a = 每相有效电枢电阻

• X_S = 电机电枢绕组每相的同步电抗

• Z_S = 电枢每相的同步阻抗

根据基尔霍夫电压定律(KVL)，在电机的等效电路中，我们有：

$$\mathrm{V=E_{f}+I_{a}Z_{s}\:\:\:\:\:\:...(1)}$$

电机的同步阻抗为

$$\mathrm{Z_{S}=R_{a}+jX_{S}\:\:\:\:\:\:...(2)}$$

由公式(1)和(2)可得：

$$\mathrm{V=E_{f}+I_{a}(R_{a}+jX_{S})\:\:\:\:\:\:...(3)}$$

$$\mathrm{\Longrightarrow\:E_{f}=V-I_{a}R_{a}-jI_{a}X_{S}\:\:\:\:\:\:...(4)}$$

其中：

• I_aR_a是电枢电阻每相的电压降。

• I_aX_S是由于电枢电抗和电枢反应效应引起的每相电抗电压降。

此外，每相电枢电流由下式给出：

$$\mathrm{I_{a}=\frac{V-E_{f}}{Z_{S}}\:=\frac{E_{r}}{Z_{S}}\:=\frac{E_{r}}{R_{a}+jX_{S}}\:\:\:\:\:\:...(5)}$$

这里，E_r是电枢电路中的合成电压。

同步电机的等效电路有助于理解电机的运行情况，如下所示：

• 如果励磁使E_r = V，则同步电机称为正常励磁。

• 如果励磁使E_r < V，则同步电机称为欠励磁。

• 如果励磁使E_r > V，则同步电机称为过励磁。