电励磁同步电动机的功率因数是否可调，如何调？

同步电动机通常采取【异步启动-加入转子励磁-进入同步运行】的方式，其中多见的是利用转子中的鼠笼绕组作为异步电动机方式启动。

是的，电励磁同步电动机的功率因数是可调的，这是它相对于异步电动机的一个重要优势。

调节的方法主要就是调整转子的直流励磁电流大小。

工作原理和调节方式

基础原理：
- 电励磁同步电动机的转子磁场（主磁场）由外部直流电源通过滑环或励磁器供给的励磁电流 If 产生。
- 定子磁场（电枢反应磁场）由电网供给的交流电产生。
- 功率因数取决于定子电流是超前于电压（发出无功，呈容性）还是滞后于电压（吸收无功，呈感性），这主要由转子磁场和定子磁场的相对强弱决定。
调节功率因数的关键 - 调整励磁电流 If：
- 增大励磁电流 (If 增加)：
  - 这会增强转子磁场。
  - 为了维持气隙合成磁场的稳定（使电机同步运行），定子绕组需要产生一个与其方向相反的磁场分量来削弱过强的转子磁场。这意味着定子电流中出现一个领先于定子电压（接近90度）的无功电流分量。
  - 结果是电动机向电网发出无功功率（呈容性，功率因数超前）。
  - 这被称为过励磁状态。
- 减小励磁电流 (If 减小)：
  - 这会减弱转子磁场。
  - 为了维持气隙合成磁场，定子绕组需要产生一个与其同方向的磁场分量来补强过弱的转子磁场。这意味着定子电流中出现一个滞后于定子电压（接近90度）的无功电流分量。
  - 结果是电动机从电网吸收无功功率（呈感性，功率因数滞后）。
  - 这被称为欠励磁状态。
- 额定励磁电流 (If = I_{fn})：
  - 此时转子磁场强度设计得正好匹配额定负载下的电磁关系。
  - 定子电流主要包含与电压同相的有功电流分量，无功电流分量最小（接近零）。
  - 电动机运行在接近功率因数 cosφ ≈ 1（纯有功）的状态。此时的定子电流最小。

具体实现方法

功率因数调节是通过改变励磁电流来实现的，这通常由配套的励磁调节器（Excitation Regulator） 或 自动电压调节器（AVR - Automatic Voltage Regulator） 来完成：

手动调节：
- 直接调整整流装置（如可控硅整流器）的控制角（触发角 α 或 β），改变其输出电压，从而改变流过励磁绕组的直流电流 If 的大小。
自动调节：
- 恒功率因数控制模式 (PF Mode)：
  - 最常见的用于功率因数调节的模式。
  - 调节器实时监测电机的功率因数（通过测量定子电压和电流相位差）。
  - 将实测功率因数 PF_actual 与给定的目标功率因数设定值 PF_setpoint (例如 1.0 或 0.95 leading) 进行比较。
  - 自动调整整流装置的控制角（通常是增加或减少触发角 β 来控制励磁电流的大小），动态地增大或减小励磁电流 If，以使 PF_actual 始终跟踪 PF_setpoint。
- 恒无功功率控制模式 (Q Mode)：
  - 调节器实时监测电机向电网发出或吸收的无功功率 Q。
  - 将 Q_actual 与给定的目标无功功率设定值 Q_setpoint (例如 0 或正值表示发出无功) 进行比较。
  - 自动调整整流装置的控制角来改变 If，使 Q_actual 跟踪 Q_setpoint。这也间接控制了功率因数。

优点和应用

功率因数补偿： 这是电励磁同步电动机的最大优势之一。在过励状态下（超前功率因数），它可以像一台同步调相机（或称为无功补偿机）一样工作，向电网发出无功功率。这有助于补偿系统中其他感性负载（如异步电动机、变压器）造成的滞后功率因数，改善整个电网或工厂的功率因数，减少无功损耗，提高系统效率，避免罚款。
稳定系统电压： 发出无功功率有助于支撑电网电压。
效率优化： 在额定负载附近，可以调整到功率因数接近1，运行更经济。

需要注意

励磁电流的调节范围是有限制的。励磁电流过小（严重欠励）会导致电机失去同步（失步），损坏电机；励磁电流过大（严重过励）会使励磁绕组过热。自动调节器通常都设有相应的保护限制。
负载大小也会影响调节效果。轻载时，过励能力有限；重载时，需要更大的励磁电流才能进入过励状态。

总结

电励磁同步电动机的功率因数是高度可调的。通过控制输入转子绕组的直流励磁电流 If 的大小即可实现。增大 If（过励磁）使电动机呈容性（超前功率因数，发出无功）；减小 If（欠励磁）使电动机呈感性（滞后功率因数，吸收无功）；在额定励磁时功率因数接近1。现代的励磁调节器（或AVR） 可以方便地实现手动或自动（如恒功率因数模式或恒无功功率模式）控制，这是其在需要功率因数补偿和电压稳定的工业应用中备受欢迎的主要原因之一。它是唯一可以通过调节自身励磁电流来连续改变功率因数（从滞后到超前）的电动机类型。