同步电动机的功率流程
同步电动机的损耗
同步电动机中发生的损耗可以分为以下几类:
铜损或I2R损耗
铜损或I2R损耗发生在电动机的电枢绕组和转子绕组中。这些损耗是由于绕组的电阻引起的。
铁损
铁损或铁损耗发生在同步电动机的铁质部件中。电动机的铁损是由于机器的各个铁质部件受到变化的磁场而产生的。铁损包括涡流损耗和磁滞损耗。
磁滞损耗 - 由于任何给定的铁质部件在磁场变化时都会受到磁极反转,因此在同步电动机的铁芯中会产生磁滞损耗。当磁极反转发生时,必须消耗一定量的能量来克服磁摩擦,这被称为磁滞损耗。磁滞损耗由下式给出:
磁滞损耗:
$$\mathrm{P_{h}=K_{h}\:B^{1.6}_{max}\:fV\:瓦特}$$
涡流损耗 - 当同步电动机的电枢和转子铁芯受到变化的磁场时,会在铁芯中感应出电动势,从而在铁芯中循环涡流。由于这些涡流引起的功率损耗称为涡流损耗,由下式给出:
涡流损耗:$$\mathrm{P_{e}=K_{e}\:B^{2}_{max}\:f^{2}t^{2}V\:瓦特}$$
机械损耗
在同步电动机中,有两种类型的机械损耗,即摩擦损耗和风损。摩擦损耗是由于运动部件(如轴承等)的摩擦引起的,而风损是由于机器的运动部件与电机外壳内的空气之间的摩擦引起的。
杂项损耗
同步电动机中所有无法轻易计算出的损耗都称为杂项损耗。
同步电动机的功率流程
同步电动机的输入功率 (Pi) 本质上是电功率。在电枢绕组的电阻中会产生电枢铜损。如果从输入功率中减去电枢铜损,那么我们就得到了电动机产生的机械功率 (Pm)。
此外,由于运动部件的旋转,电动机中还会产生铁损(即涡流损耗和磁滞损耗)和机械损耗(即摩擦损耗和风损)。因此,如果从产生的机械功率中减去铁损和机械损耗,那么我们就得到了同步电动机的机械输出功率 (Po)。此输出功率可在同步电动机的轴上获得。
同步电动机的功率流程图如图 1 所示。
同步电动机的功率流程方程
考虑一个欠励同步电动机(即 Ef<V)驱动机械负载。图 2 显示了电动机的单相相量图。
由于同步电动机是欠励的,因此它以滞后功率因数 cosφ 运行。此外,在实践中,XS>>Ra,因此,电枢电流 (Ia) 滞后于合成电压 (Er) 约 90°。众所周知,同步电动机的输入功率是电功率,而输出功率是机械功率。因此,同步电动机的功率流程方程如下所示:单相输入功率:
$$\mathrm{P_{i}=V\:I_{a}\:cosφ}$$
产生的机械功率:
$$\mathrm{P_{m}=\frac{VE_{f}}{X_{S}}sinδ}$$
单相电枢铜损
$$\mathrm{=I^{2}_{a}R_{a}=P_{i}-P_{m}}$$
单相输出功率:
$$\mathrm{P_{o}=P_{m}-(铁损和机械损耗)}$$