【正文】 可以通過調(diào)節(jié)原動機輸入的機械功率來改變的。而且電機承擔(dān)的有功功率的極限是運行； damp。lt。電動機不能穩(wěn)定運行。 。當(dāng)0amp。lt。damp。lt。時電動機可以穩(wěn)定無功功率的調(diào)節(jié)V形曲線特性與發(fā)電機時一樣，V形曲線特性對同步電動機的值班人員了解和調(diào)節(jié)電動機是非常重要的。利用電動勢相量圖就可以得到同步電動機的V形曲線特性。以隱極同步電動機為例。保持電動機的負載不變，即負載轉(zhuǎn)矩不變，忽略空載損耗，則電磁轉(zhuǎn)矩T不變，于是T=mE0UWXssinq=常數(shù)，即E0sinq=常數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩T不變，電磁功率Pem也不變，當(dāng)忽略電樞繞組電阻時，輸入電功率P1=mUIcosj也不變，即Icosj=常數(shù)由此可畫出電動機的電動勢相量圖，如圖所示。得到電流I與空載電動勢E0之間的關(guān)系后，由電動勢E0查空載特性氣隙線求出勵磁電流If，即可畫出電樞電流I與勵磁電流If之間的關(guān)系曲線，即V形曲線，如圖所示 9第二章 同步電動機的運行原理 在cosj=1的點，電樞電流I最??；cosj1時，I都增大。勵磁電流If小于正常勵磁電流時，功率因數(shù)為滯后性的；If大于正常勵磁電流時，功率因數(shù)為超前性的。改變負載的大小，可以得到一族曲線。如圖P2’’’’ amp。gt。P2’’’amp。gt。 P2’ amp。gt。P2。把各條V形曲線上的功率因數(shù)相同的點連接起來，得到等功率因數(shù)線。曲線族上各運行點的功率因數(shù)就可以由曲線查出。同步電動機比較突出的優(yōu)點是可以通過改變勵磁電流來調(diào)節(jié)無功功率，能在超前的功率因數(shù)下運行，改善電網(wǎng)功率因數(shù)。由V形曲線特性可以看出，要讓電動機運行在超前功率因數(shù)下，必須增大勵磁電流，使電動機勵磁處于過勵狀態(tài)。因此要求設(shè)計電動機時，必須保證足夠的勵磁容量。 電動機轉(zhuǎn)子從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速運行的過程，稱為起動。同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電流后，轉(zhuǎn)子將形成固定極性的磁極。在轉(zhuǎn)子靜止時將定子繞組接入電網(wǎng)，定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速相對于靜止的轉(zhuǎn)子運動。定子旋轉(zhuǎn)磁場的某一極性磁極，例如N極，一會鄰近且超前于轉(zhuǎn)子的S極，產(chǎn)生吸引力，牽引轉(zhuǎn)子加速；一會鄰近且超前于轉(zhuǎn)子的N極，產(chǎn)生排斥力，使轉(zhuǎn)子減速。在定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相差較大時，在轉(zhuǎn)子機械慣性作用下，無法產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的平均電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子無法與定子磁場保持同步旋轉(zhuǎn)，從而無法直接起動。通常，同步電動機的起動方法有以下幾種。 10第二章 同步電動機的運行原理可以采用小型的輔助動力設(shè)備，如直流電動機、異步電動機或其他動力機，將同步電動機拖到同步轉(zhuǎn)速或者接近同步轉(zhuǎn)速，再通過整步或者自同步法將同步電動機并聯(lián)到電網(wǎng)上運行。這種方法需要設(shè)備多，操作復(fù)雜。由于輔助動力設(shè)備一般容量較小，約為電動機的5%15%，所以適合于同步電動機的空載起動。采用變頻電源向電動機供電，電源頻率從很低的值逐漸升高到同步電動機的額定頻率。頻率的逐漸變化使得電機的轉(zhuǎn)子始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場保持相對靜止，產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。加速到電機的同步轉(zhuǎn)速后，再將電機并入電網(wǎng)運行。該方法需要專門的變頻電源，會增加設(shè)備投資?，F(xiàn)代同步電動機一般都是做成凸極式的，大多在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)阻尼繞組，可利用異步電動機的啟動方法來起動同步電動機。起動時，勵磁繞組回路里串聯(lián)一個10倍于勵磁繞組電阻的電阻后再閉合，將定子投入電網(wǎng)，按異步電動機起動。待轉(zhuǎn)速升至接近與同步轉(zhuǎn)速時，再投入勵磁，使電動機牽入同步。起動時勵磁繞組不能開路，因為起動時，轉(zhuǎn)子與定子磁場的相對運動速度會很高，勵磁繞組會感應(yīng)很高的電壓，有可能破壞絕緣。11第三章 同步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)第三章 同步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng) 交流同步電機與直流電機調(diào)速的比較交流同步電機與直流電機相比具有以下特點：（1）單機容量不受限制大家都知道，直流電機因為換向器的換向能力限制了電機的容量和速度，直流電機的容量上限和速度的乘積約等于PNnmax=180。106。而交流同步電機單機容量可以突破這一限制。實際上交流電機可以充分利用電力電子器件的能力來提高供電電壓，采用先進的電機冷卻方法，變頻調(diào)速同步電機的單機容量已可以做到56MW。（2）轉(zhuǎn)動慣量小以某鋼廠2050mm熱連軋機為例，直流主傳動電機2180。4500kw（250/578（r/min）雙電樞傳動， tm2；而主傳動交流同步電機9000kw（250/578（r/min）單電樞傳動，m2，減少為直流電機的1/，使整個傳動系統(tǒng)的速度響應(yīng)時間由120ms縮短到70ms，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。（3）動態(tài)響應(yīng)好由于交流電機轉(zhuǎn)動慣量大大減少，并且交流變頻同步電機沒有換向火花對過載能力的限制，電機可以具有更大的動態(tài)加速電流。因此，交流電機較直流電機有更好的動態(tài)響應(yīng)特性?，F(xiàn)代熱軋和冷軋機都采用了軋板精度和板形自動控制，要求軋機傳動的速度控制系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)達到60rad/s，而直流電機由于換向火花限制了電機電流變化率，使速度響應(yīng)僅僅達到15rad/s。（4）維護簡單化由于交流電機無須換向器，所以維護量大大減少。某厚板軋機直流傳動年維修量145h，而采用交流傳動后只需36h，僅僅為直流傳動的1/4.（5）節(jié)約能源交流同步電機的效率比直流電機提高2%3%。 同步電機與異步電機調(diào)速比較（1）可靠性與維護量異步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常簡單，它沒有滑環(huán)和激磁繞組，因此，對于籠型異 12第三章 同步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)步電機的維護只限于軸承。而同步電機則在其滑環(huán)上有少量的維護量，但與直流電機換向器相比，它的維護量要少的多。（2）功率因數(shù)同步電機由于獨立的轉(zhuǎn)子激磁調(diào)節(jié)控制，可使其定子功率因數(shù)保持為1，即cosj=1。而異步電機則完全不同，電機的激磁功率必須通過定子側(cè)獲得，因此，定子電流始終是滯后的。為了改善電機的功率因數(shù)，可以降低電機的磁通密度，但受到了電機的材料設(shè)計限制；另一種提高功率因數(shù)的方法是降低漏抗，但這樣又增加了電流的諧波，因而又會進一步惡化功率因數(shù)。顯然，異步電機功率因數(shù)低是一個很難克服的缺陷。（3）變頻器容量由于異步電機的激磁能量是從定子側(cè)供給的，同時異步電機功率因數(shù)低于同步電機，視在功率高于同步電機，故異步電機調(diào)速的變換器容量比同步電機大30%左右。（4）電機尺寸和轉(zhuǎn)動慣量由于異步電機的定子電流由磁化電流和有功電流兩部分組成，因此，異步電機的定子必須具有較大的視在功率。為了提高其功率因數(shù)，異步電機盡可能將氣隙減少，但減少氣隙要求電機制造工藝具有更高的加工精度，而細長結(jié)構(gòu)的橈度也限制了氣隙的減少，使大功率變頻調(diào)速異步電機的設(shè)計和制作更加困難。所以，異步電機常常設(shè)計成較大的定子和轉(zhuǎn)子鐵心直徑，電機結(jié)構(gòu)短粗。由于同步電機激磁從轉(zhuǎn)子提供，其氣隙可以較大，制造相對容易，同步電機可以設(shè)計成細長結(jié)構(gòu)，且長度和直徑之比可以優(yōu)化設(shè)計，制造相對容易，同步電機可以設(shè)計成細長結(jié)構(gòu)，且長度和直徑之比可以優(yōu)化設(shè)計。（5）控制精度在異步電機的磁場定向控制系統(tǒng)中，磁通控制取決與轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，而該電阻隨溫度變化。為了消除這一影響，必須進行轉(zhuǎn)子參數(shù)辨識控制。而同步電機激磁電流是單獨控制的，電機磁通不隨溫度變化，故轉(zhuǎn)矩控制精度高。（6）弱磁化根據(jù)異步電機原理，異步電機弱磁恒功率運行時，其最大轉(zhuǎn)矩Mmax隨電機頻率的增加呈二次方減少，Mmax=MmaxN(fmaxfN)2。其中，MmaxN為額定頻率時的最大轉(zhuǎn)矩，fN為額定頻率，fmax為最高頻率。當(dāng)電機弱磁比達到3，即最高頻率是13第三章 同步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)額定頻率的3倍時，異步電機最大轉(zhuǎn)矩為額定頻率最大轉(zhuǎn)矩的1/9，即Mmax=19MmaxN。由此可見，、冷連軋機等傳動，異步電機必須采取增加容量或提高電壓的方法來提高弱磁時的最大轉(zhuǎn)矩。顯然，在這種場合，同步電機要優(yōu)越于異步電機。當(dāng)前在大功率同步電機調(diào)速領(lǐng)域按電力電子變換器，即晶閘管交交變頻器、晶閘管負載換流交直交變頻器、IGBT/IGCT交直交變頻器，可以將調(diào)速系統(tǒng)分為以下三大類。（1）交交變頻調(diào)速系統(tǒng)交交變頻調(diào)速系統(tǒng)由三組反并聯(lián)晶閘管可逆橋式變流器組成，具有過載能力強、效率高、輸出波形好等優(yōu)點，但同時也存在著輸出頻率低、電網(wǎng)功率因數(shù)低、旁頻諧波影響大等缺點。交交變頻調(diào)速系統(tǒng)分為有環(huán)流和無環(huán)流方式。交交變頻調(diào)速適合于低速運轉(zhuǎn)、大過載、負載劇烈變化、四象限可逆運轉(zhuǎn)等場合。主要應(yīng)用于軋機主傳動、礦井提升傳動及水泥球磨機傳動等。（2）負載換流交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)負載環(huán)流交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種電流型變頻器，由整流器、逆變器、及平波電抗器等組成，運用同步電機轉(zhuǎn)子過激磁的容性無功功率來提供晶閘管換流，故稱為負載換流。變頻器輸出電流的幅值由整流器控制，輸出頻率由逆變器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器信號加以控制，以實現(xiàn)變頻調(diào)速。由于這種調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式類似于直流電機，轉(zhuǎn)子磁極檢測器和逆變器代替了直流電機的換向器和電刷的功能，故這種電機系統(tǒng)曾被稱為“無換向器電機”。它具有結(jié)構(gòu)簡單、輸出頻率高等優(yōu)點，但也存在著低頻轉(zhuǎn)矩脈動大、過載能力低等缺點。負載換流交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)主要用于過載能力不大、高速運轉(zhuǎn)的場合。（3）可關(guān)斷器件交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，電力電子變流技術(shù)也在不斷