同步电动机的等效电路和功率因数
同步电动机的等效电路
同步电动机是一种双励磁系统，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 显示了三相同步电动机的每相等效电路。
这里，V 是施加到电动机的每相电压，Ra 是每相的电枢电阻，$X_{s}$ 是每相的同步电抗。这两个参数（即 $R_{a}$ 和 $X_{s}$）给出了电机每相的同步阻抗 ($Z_{s}$)。
从图 1 所示的同步电机等效电路，我们可以将其电压方程写为，
$$\mathrm{\mathit{V}\:=\:\mathit{E_{b}+I_{a}Z_{s}}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow \mathit{V}\:=\:\mathit{E_{b}+I_{a}\left ( R_{a} +jX_{s} ight )}}$$
其中，粗体字母代表相量。
因此，每相的电枢电流为
$$\mathrm{I_{a}\:=\:\frac{\mathit{V-E_{b}}}{\mathit{Z_{s}}}\:=\:\frac{\mathit{V-E_{b}}}{\left ( \mathit{R_{a}+jX_{s}} ight )}\:=\:\frac{\mathit{E_{r}}}{\mathit{R_{a}+jX_{s}}}}$$
其中，$\mathit{E_{r}}$为电枢电路中的合成电压。
同步电动机的电枢电流和同步阻抗是具有幅值和相位角的相量。因此，电枢电流的大小由下式给出：
$$\mathrm{\left|I_{a} ight|\:=\:\frac{\mathit{V-E_{b}}}{\mathit{Z_{s}}}\:=\:\frac{\mathit{E_{r}}}{\mathit{Z_{s}}}}$$
并且，同步阻抗的大小由下式给出：
$$\mathrm{\left|Z_{s} ight|\:=\:\sqrt{\mathit{R_{a}^{\mathrm{2}}+X_{s}^{\mathrm{2}}}}}$$
等效电路和上述方程有助于理解同步电动机的运行，因为：
当磁场激励如下时$\mathit{E_{b}=V}$，则同步电机被称为正常激励。
当磁场激励为 $\mathit{E_{b}<V}$ 时，同步电机被称为欠激励。
当磁场激励为 $\mathit{E_{b}> V}$ 时，同步电机被称为过激励。
我们将在下一节中看到，同步电机的激励会影响其功率因数。
同步电机的功率因数
同步电机最重要的特性之一是，可以通过改变磁场激励使其以超前、滞后或单位功率因数运行。以下讨论解释了磁场激励的变化如何影响同步电动机的功率因数 −
当转子励磁电流产生所需的所有磁通量时，机器中就不需要额外的无功功率。因此，电动机将以单位功率因数运行。
当转子励磁电流小于所需电流时，即电动机励磁不足。在这种情况下，电动机将从电源中吸收无功功率以提供剩余的磁通量。因此，电动机将以滞后功率因数运行。
当转子励磁电流大于所需电流时，即电动机励磁过度。在这种情况下，电动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。
