同步電動機的功率流程
同步電動機的損耗
同步電動機中發生的損耗可以分為以下幾類:
銅損或I2R損耗
銅損或I2R損耗發生在電動機的電樞繞組和轉子繞組中。這些損耗是由於繞組的電阻引起的。
鐵損
鐵損或鐵損耗發生在同步電動機的鐵質部件中。電動機的鐵損是由於機器的各個鐵質部件受到變化的磁場而產生的。鐵損包括渦流損耗和磁滯損耗。
磁滯損耗 - 由於任何給定的鐵質部件在磁場變化時都會受到磁極反轉,因此在同步電動機的鐵芯中會產生磁滯損耗。當磁極反轉發生時,必須消耗一定量的能量來克服磁摩擦,這被稱為磁滯損耗。磁滯損耗由下式給出:
磁滯損耗:
$$\mathrm{P_{h}=K_{h}\:B^{1.6}_{max}\:fV\:瓦特}$$
渦流損耗 - 當同步電動機的電樞和轉子鐵芯受到變化的磁場時,會在鐵芯中感應出電動勢,從而在鐵芯中迴圈渦流。由於這些渦流引起的功率損耗稱為渦流損耗,由下式給出:
渦流損耗:$$\mathrm{P_{e}=K_{e}\:B^{2}_{max}\:f^{2}t^{2}V\:瓦特}$$
機械損耗
在同步電動機中,有兩種型別的機械損耗,即摩擦損耗和風損。摩擦損耗是由於運動部件(如軸承等)的摩擦引起的,而風損是由於機器的運動部件與電機外殼內的空氣之間的摩擦引起的。
雜項損耗
同步電動機中所有無法輕易計算出的損耗都稱為雜項損耗。
同步電動機的功率流程
同步電動機的輸入功率 (Pi) 本質上是電功率。在電樞繞組的電阻中會產生電樞銅損。如果從輸入功率中減去電樞銅損,那麼我們就得到了電動機產生的機械功率 (Pm)。
此外,由於運動部件的旋轉,電動機中還會產生鐵損(即渦流損耗和磁滯損耗)和機械損耗(即摩擦損耗和風損)。因此,如果從產生的機械功率中減去鐵損和機械損耗,那麼我們就得到了同步電動機的機械輸出功率 (Po)。此輸出功率可在同步電動機的軸上獲得。
同步電動機的功率流程圖如圖 1 所示。
同步電動機的功率流程方程
考慮一個欠勵同步電動機(即 Ef<V)驅動機械負載。圖 2 顯示了電動機的單相相量圖。
由於同步電動機是欠勵的,因此它以滯後功率因數 cosφ 執行。此外,在實踐中,XS>>Ra,因此,電樞電流 (Ia) 滯後於合成電壓 (Er) 約 90°。眾所周知,同步電動機的輸入功率是電功率,而輸出功率是機械功率。因此,同步電動機的功率流程方程如下所示:單相輸入功率:
$$\mathrm{P_{i}=V\:I_{a}\:cosφ}$$
產生的機械功率:
$$\mathrm{P_{m}=\frac{VE_{f}}{X_{S}}sinδ}$$
單相電樞銅損
$$\mathrm{=I^{2}_{a}R_{a}=P_{i}-P_{m}}$$
單相輸出功率:
$$\mathrm{P_{o}=P_{m}-(鐵損和機械損耗)}$$