同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)(電力拖動自動控制系統(tǒng)第4版阮毅、陳伯時)(已修改)
2025-05-13 22:18 本頁面
【正文】 電力拖動自動控制系統(tǒng) — 運(yùn)動控制系統(tǒng) 第 8章 同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) ?同步電動機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行時 ，存在失步與起動困難兩大問題 ， 曾制約著同步電動機(jī)的應(yīng)用 。 ?同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速 ，所以同步電動機(jī)的調(diào)速只能是變頻調(diào)速 。 同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) ?變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟不僅實(shí)現(xiàn)了同步電動機(jī)的調(diào)速 ， 同時也解決了失步與起動問題 ， 使之不再是限制同步電動機(jī)運(yùn)行的障礙 。 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展 ， 同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛 。 ?同步電動機(jī)調(diào)速可分為自控式和他控式兩種 ， 適用于不同的應(yīng)用場合 。 內(nèi) 容 提 要 ?同步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型與調(diào)速方法 ?他控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ?自控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ?同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng) ?同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 與調(diào)速方法 ?同步電動機(jī)的基本特征與調(diào)速方法 ， 討論同步電動機(jī)的矩角特性和穩(wěn)定運(yùn)行 ，分析同步電動機(jī)的失步與起動問題 。 ?討論同步電動機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性 。 同步電動機(jī)的特點(diǎn) ?同步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)有獨(dú)立的直流勵磁 ，或者靠永久磁鋼勵磁 。 還可能有自身短路的阻尼繞組 。 ?同步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速 ，機(jī)械特性硬 1116 0 6 02ppfnnn???? 同步電動機(jī)的特點(diǎn) ?同步電動機(jī)有隱極與凸極之分。隱極式電機(jī)氣隙均勻；凸極式則不均勻，磁極直軸磁阻小，極間交軸磁阻大，兩軸的電感系數(shù)不等，使數(shù)學(xué)模型更復(fù)雜一些。 ?同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵磁，在極低的電源頻率下也能運(yùn)行，同步電動機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動機(jī)更寬。 同步電動機(jī)的特點(diǎn) ?異步電動機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動機(jī)比異步電動機(jī)對轉(zhuǎn)矩?cái)_動具有更強(qiáng)的承受能力，動態(tài)響應(yīng)快。 同步電動機(jī)的分類 ?同步電動機(jī)按勵磁方式分為可控勵磁同步電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)兩種。 ?可控勵磁同步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)有獨(dú)立的直流勵磁，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。 ?永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，無需直流勵磁。 永磁同步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn) ?采用了永磁材料磁極，磁能積高，體積小、重量輕； ?轉(zhuǎn)子沒有銅損和鐵損，沒有滑環(huán)和電刷的摩擦損耗，運(yùn)行效率高； ?轉(zhuǎn)動慣量小，允許脈沖轉(zhuǎn)矩大，可獲得較高的加速度，動態(tài)性能好； ?結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠。 氣隙磁場分布 ?正弦波永磁同步電動機(jī) —— 磁極采用永磁材料，輸入三相正弦波電流時，氣隙磁場為正弦分布，稱作正弦波永磁同步電動機(jī)，或簡稱永磁同步電動機(jī)縮寫為 PMSM。 ? 梯形波永磁同步電動機(jī) —— 氣隙磁場呈梯形波分布，性能更接近于直流電動機(jī)。梯形波永磁同步電動機(jī)構(gòu)成的自控變頻同步電動機(jī)又稱作無刷直流電動機(jī)，縮寫為BLDM。 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 ?在忽略定子電阻時 ， 同步電動機(jī)從定子側(cè)輸入的電磁功率 1 3 c o s 3 c o s ( )3 c o s c o s 3 s i n s i nM s s s ss s s sP P U I U IU I U I? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 圖 81 凸極同步電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行相量圖 ????s i nc o sc o ss i nssqqsssddssqssdUIxUEIxIIII????? 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 ?電磁功率 223 c os c os 3 s i n s i n3 c os 3 s i ns i n ( c os )3 c os 3 s i n113 s i n 3 ( ) c os s i n3 ( )3s i n s i n 22M s s s ss s q s s ds s sssqdsssd q ds d qssd d qP U I U IU I U IU E UUUxxEUUx x xU x xUEx x x? ? ? ???????? ? ??????????? ? ???? 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 ?電磁轉(zhuǎn)矩 ????2s i n2)(3s i n32qdmqdsdmsse xxxxUxEUT ????第 1部分由轉(zhuǎn)子磁動勢產(chǎn)生 ， 是同步電動機(jī)的主轉(zhuǎn)矩； ?第 2部分由于磁路不對稱產(chǎn)生 ， 稱作磁阻反應(yīng)轉(zhuǎn)矩 。 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 圖 82 凸極同步電動機(jī)的矩角特性 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 ?隱極同步電動機(jī) ?電磁功率 ?電磁轉(zhuǎn)矩 dqxx?3 s i nssMdUEPx??3 s i nssemdUETx ??? 同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性 圖 83 隱極同步電動機(jī)的矩角特性 2?? ?電磁轉(zhuǎn)矩最大 m a x3 ssemdUETx?? 同步電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行 圖 84 隱極同步電動機(jī)的矩角特性 02????能夠穩(wěn)定運(yùn)行 同步電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行 圖 85 隱極同步電動機(jī)的矩角特性 不能穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生失步現(xiàn)象 。 ??? ??2 同步電動機(jī)的起動 ?當(dāng)同步電動機(jī)在工頻電源下起動時，定子磁動勢以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速具有較大的滯后，不能快速跟上同步轉(zhuǎn)速； ?在一個周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均值等于零，故同步電動機(jī)不能起動。 ?同步電動機(jī)中轉(zhuǎn)子有起動繞組，使電動機(jī)按異步電動機(jī)的方式起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時再通入勵磁電流牽入同步。 同步電動機(jī)的調(diào)速 ?同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速 ?同步電動機(jī)有確定的極對數(shù) ?同步電動機(jī)的調(diào)速只能是改變電源頻率的變頻調(diào)速 。 pnfnn 1160?? 同步電動機(jī)的調(diào)速 ?忽略定子漏阻抗壓降 ， 則定子電壓 ?同步電動機(jī)變頻調(diào)速的電壓頻率特性與異步電動機(jī)變頻調(diào)速相同 。 ?基頻以下采用帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式 ， 基頻以上采用電壓恒定的控制方式 。 mNss SkNfU 1? 同步電動機(jī)的調(diào)速 圖 86 同步電動機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性 基頻以下 m a x3 ssedmEUTx ??? 常 數(shù)基頻以上 m a x13 11s N sem d mUETxn??? ? ?速系統(tǒng) ?他控變頻調(diào)速的特點(diǎn)是電源頻率與同步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速無直接的必然聯(lián)系 。 ?控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 ， 可以同時實(shí)現(xiàn)多臺同步電動機(jī)調(diào)速
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