【導(dǎo)讀】為畢業(yè)設(shè)計(jì)工作檢查的主要依據(jù)。進(jìn)度表中的周次是指實(shí)際的畢。業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程中的周次。交給指導(dǎo)教師批閱。：%⑧定子槽滿率：80~85%. 計(jì)節(jié)能電機(jī)和節(jié)約材料電機(jī)的方法。水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，常用同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。低速的大型設(shè)備采用。同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出。此外，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完全決定于電源頻。這一特點(diǎn)在某些傳。動(dòng)系統(tǒng)，特別是多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性也比較高。同步電動(dòng)機(jī)一般是在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，其過(guò)載能力。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，而同步電動(dòng)機(jī)的。降為64％左右，并因帶不動(dòng)負(fù)載而停止運(yùn)轉(zhuǎn)；而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩卻下降不多，還可以通過(guò)強(qiáng)行勵(lì)磁來(lái)保證電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)、窯爐傳動(dòng)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)等。大型同步電動(dòng)機(jī)和超大型抽水蓄能電動(dòng)發(fā)電。機(jī)的變頻起動(dòng)亦屬于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速之列。近期來(lái)永磁同步電動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)

　　

【正文】 重要參數(shù)，是凸極同步電動(dòng)機(jī)對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，表征電樞漏磁效應(yīng)和交直軸電樞反應(yīng)的兩個(gè)綜合參數(shù)。在磁路不飽和的情況下 Xd 和 Xq 均為常數(shù)。由于凸極同步電動(dòng)機(jī)的直軸氣隙比交軸氣隙小，故直軸磁導(dǎo)總是大于交軸磁導(dǎo)，因而直軸同步電抗總是大于交軸同步電抗。還有就是飽和效應(yīng)一般只是在直軸磁路出現(xiàn)，使的 Xd 變小。 d 軸 Id Ia U Iq E0 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 12 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 同步電機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 在研究同步機(jī)的許多問(wèn)題時(shí)，特別是當(dāng)電機(jī)定子方面對(duì)稱時(shí)，利用 d、 q、 0坐標(biāo)系統(tǒng)分析問(wèn)題可以獲得不少方便之處。但在研究另外一些問(wèn)題，如研究同步電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行方式時(shí)，這種坐標(biāo)系統(tǒng)就不如其他一些坐標(biāo)系統(tǒng)方便。隨著研究的不斷深入，從坐標(biāo)轉(zhuǎn)換或變量置換的角度來(lái)看，現(xiàn)在已經(jīng)得到應(yīng)用的坐標(biāo)系統(tǒng)有以下幾種： 坐標(biāo)軸放在定子上的靜止坐標(biāo)系統(tǒng)，即 a、 b、 c 與α、β、 0 及 0 坐標(biāo)系統(tǒng)； 坐標(biāo)軸放在轉(zhuǎn)子上的隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)，即 d、 q、 0 及 F、 B、0 坐標(biāo)系統(tǒng)； 坐標(biāo)軸在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同步 恒速坐標(biāo)系統(tǒng)，即00c c c cd q F B、 、 及 、 、坐標(biāo)系統(tǒng) ； 坐標(biāo)軸以任意給定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的縱軸及橫軸（ d、 q）系統(tǒng)等，但應(yīng)用不多。 這些坐標(biāo)系統(tǒng)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如何選擇要看以下條件： 所需結(jié)果的準(zhǔn)確程度及計(jì)算方法的簡(jiǎn)便等； 被研究問(wèn)題的條件是穩(wěn)定的還是瞬變的，對(duì)稱的還是不對(duì)稱的，恒速的還是變速的，加速的還是震蕩的。 解決問(wèn)題時(shí)利用的工具是數(shù)值計(jì)算分析還是實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)備，是數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)還是物理模擬設(shè)備或系統(tǒng)。 為了便于進(jìn)一步利用其中的一些坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)研究同步電機(jī)的某些實(shí)際運(yùn)行問(wèn)題，本 節(jié)將對(duì)各種坐標(biāo)系統(tǒng)以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行一些必要的討論，坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換就是變量的置換，經(jīng)過(guò)變量置換后同步電機(jī)的基本方程將變?yōu)樾伦兞勘硎镜木哂胁煌问降男碌年P(guān)系式。 α、β、 0 坐標(biāo)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩矩陣為： 0 0 0 0 00 0 0 0 02 2 2 2 1 1c os 0 c os ( 0 12 0 ) c os ( 0 12 0 )3 3 3 3 3 32 2 2 1 1C si n 0 si n( 0 12 0 ) si n( 0 12 0 ) 03 3 3 331 1 1 1 1 13 3 3 3 3 3????? ? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ????????? ?? 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 13 以電流為例 可以得出： 2 ()321 ()31 ()3bcaab b cc a b ciiiii i ii i i i?????? ? ?其 反變換為 00013221322aabacai i ii i i ii i i i????? ? ? ?? ? ? ? α、β 分量與 d、 q 分量之間的關(guān)系式為： co s sinsin co sdqi i ii i i?? ?????? 0 坐標(biāo)系統(tǒng) 在這種坐標(biāo)系統(tǒng)中它的轉(zhuǎn)換矩陣為：221 1 13 3 31 1 13 3 31 1 13 3 3aaC a a?????????????其中 0120 1322ja e j? ? ? ? 為復(fù)數(shù)算子。以電流為例可得： 212201 ()31 ()31 ()3a b ca b ca b ci i a i a ii i a i a ii i i i? ? ?? ? ?? ? ? 其反變換為 0 1 220 1 220 1 2abci i i ii i a i aii i ai a i? ? ?? ? ?? ? ? 由于存在復(fù)數(shù)這種分量有時(shí)稱為復(fù)數(shù)變量，其坐標(biāo)軸線與定子沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 2 分量與α、β分 量及 d、q 分量間的關(guān)系式為： 121 ()21 ()2i i jii i ji???????? 121 ()21 ()2jdqji i ji ei i ji e????????? 0ccdq、 、 坐標(biāo)系統(tǒng) 在 此 坐 標(biāo) 系 統(tǒng) 中 的 轉(zhuǎn) 換 矩 陣 為 ： 000 0 0000 0 02 2 2c os ( 39。) c os ( 39。 120 ) c os ( 39。 120 )3 3 32 2 2si n( 39。) si n( 39。 120 ) si n( 39。 120 )3 3 31 1 13 3 3t t tC t t t? ? ?? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ??? 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 14 同樣的以電流為例可得： 00d c 0 0 0000 0 002 c os ( 39。) c os ( 39。 120 ) c os ( 39。 120 )32 si n( 39。) si n( 39。 120 ) si n( 39。 120 )31 ()3a b cq c a b ca b ci i t i t i ti i t i t i ti i i i? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 其反變換為： a 0 0 0000 0 00 0 0c os( 39。) sin( 39。)c os( 39。 12 0 ) sin( 39。 12 0 )c os( 39。 12 0 ) sin( 39。 12 0 )d c q cb d c q cc d c q ci i t i t ii i t i t ii i t i t i????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ccdq、 分量與 d、 q 分量間的關(guān)系為： dc c o s s ins in c o sdqq c d qi i ii i i??? ? ? ?? ? ? ? F、 B、 0 坐標(biāo)系統(tǒng) 此系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：222 2 23 3 32 2 23 3 31 1 13 3 3j j jj j je ae a eC e a e ae? ? ?? ? ?? ? ?????? ?????? 以電流為例得到： 2F12202 ( ) 232 ( ) 231 ()3jja b cjjB a b ca b ci i ai a i e i ei i a i ai e i ei i i i??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ?它的反變換為：a020201 ( 2 )21 ( 2 )21 ( 2 )2jjFBjjb F Bjjc F Bi i e i e ii a i e ai e ii ai e a i e i?????????? ? ?? ? ?? ? ? F、 B 分量與 d、 q 分量間的關(guān)系式為：F1 ()21 ()2dqB d qi i jii i ji???? 0ccFB、 、 坐標(biāo)系統(tǒng) 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 15 此坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換矩陣為：0 0 00 0 0( ) ( ) ( )2( ) ( ) ( )22 2 23 3 32 2 23 3 31 1 13 3 3j t j t j tj t j t j te a e a eC e a e a e? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?????????? 以電流為例 得到：0000( ) ( )2F c 1( ) ( )2202 ( ) 232 ( ) 231 ()3j t j ta b cj t j tBc a b ca b ci i ai a i e i ei i a i ai e i ei i i i????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 這也是一種復(fù)數(shù)變量，但其坐標(biāo)軸線則是以同步恒速旋轉(zhuǎn)的。其反變換為： 000000( ) ( )a0( ) ( )20( ) ( )201 ( 2 )21 ( 2 )21 ( 2 )2j t j tFc Bcj t j tb Fc Bcj t j tc Fc Bci i e i e ii a i e ai e ii ai e a i e i??????? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ccFB、 分量與 ccdq、 分量間的關(guān)系式為 ：Fc1 ()21 ()2dc qcBc dc qci i jii i ji???? 自控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及硬件控制電路 自控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)也稱為無(wú)換向器電機(jī)，它是一種新型的機(jī)電一體化無(wú)極變速電 機(jī)，它由一臺(tái)帶轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)器 PS 的同步電動(dòng)機(jī) M 和一套功率半導(dǎo)體逆變器 INV所組成，如圖 1 和 2 所示。 RECREC 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 16 圖 圖 無(wú)換向器電機(jī)有兩種不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式：一種是直流無(wú)換向器電機(jī)，即自控式同步電機(jī)交 直 交變頻調(diào)速系統(tǒng)，它是由電網(wǎng)交流電經(jīng)可控整流器 REC 變成大小可調(diào)直流，然后再由晶閘管逆變器 INV 轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流，供給同步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速 。另一種是交流無(wú)換向器電機(jī)即自控式同步電機(jī)交 交變頻調(diào)速系統(tǒng)。它是利用交 交晶閘管變頻器直接把電網(wǎng) 50HZ 交流電轉(zhuǎn)換成可變頻率的交流供給同步電動(dòng)機(jī)。 所謂無(wú)換向器電機(jī)實(shí)際上就是一種通過(guò)半導(dǎo)體變流器把電網(wǎng)頻率電功率變成可變頻率電功率供給同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速的系統(tǒng)。它有別于一般的異步電機(jī)變頻調(diào)速或它控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速其變流器輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)而是受與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的位置檢測(cè)器的控制。每當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極式，變流器輸出交流電相應(yīng)的 變化一個(gè)周期，故是一種所謂的自控式變頻器，其特點(diǎn)是能保證變頻器的輸出 頻率和同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步而不會(huì)發(fā)生失步。 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 無(wú)換向器電機(jī)的電樞繞組一般為三相，晶閘管逆變器通常采用三相橋式接法，在小容量機(jī)組中也可用零式接法。三相半波接法的情況下，假設(shè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁所產(chǎn)生的磁場(chǎng) B 在電機(jī)氣隙中按正弦分布，如果定子一相繞組中通以持續(xù)的直流電流 I，則此電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 T 也將隨轉(zhuǎn)子位置的不同按正弦規(guī)律變化。 第三章 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制 17 圖 三相半波與橋式逆變電路的轉(zhuǎn)矩 但在無(wú)換向器電機(jī)中，實(shí)際上每相繞組中通過(guò)的不是持續(xù)的直流而 是只有1/3 周期的方波電流，這樣每相電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦曲線上相當(dāng)于 1/3 周期長(zhǎng)的一段，這段轉(zhuǎn)矩曲線的具體形狀與繞組開(kāi)始通電時(shí)刻的轉(zhuǎn)子相對(duì)位置有關(guān)，從中可知轉(zhuǎn)子磁極軸線從某相繞組軸線轉(zhuǎn)過(guò) 30 度的位置處觸發(fā)導(dǎo)通該相晶閘管，從產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的角度看最為有利。因?yàn)樵诖宋恢孟麻_(kāi)始繞組通電的 1/3 周期里，載流導(dǎo)體正好處于比較強(qiáng)的磁場(chǎng)中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平均值最大，脈動(dòng)較小。從時(shí)間相位上看，晶閘管觸發(fā)瞬間正好是該相感應(yīng)電勢(shì)交變過(guò)零之后的 30 度相位處，習(xí)慣上將此點(diǎn)選作晶閘管觸發(fā)相位的基準(zhǔn)點(diǎn)，定為 00 0? ? 。0? 稱為空載換流超前角。當(dāng)采用三相橋式逆變器時(shí)，由于任何瞬間在三相繞組中總有一相通過(guò)正向電流而另一相通過(guò)反向電流，這兩個(gè)電流分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況和上述三相半波接法時(shí)相同，只不過(guò)每一相正、負(fù)電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在時(shí)間上順序要相差 180 度，而電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩是這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩之和。綜上所述，從電機(jī)轉(zhuǎn)矩來(lái)看，以采用三相橋式接法、 00 0? ? 比較有利 ，此時(shí)電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平均值最大、脈動(dòng)最小。但無(wú) 換向器電機(jī)的逆變器晶閘管是利用電機(jī)反電勢(shì)自然換流，因此如果等于零則不能實(shí)現(xiàn)換流，目前使用最廣泛的是超前 60 度運(yùn)行方式。 無(wú)換向器電機(jī)的工作特性 無(wú)換向器電機(jī)的研究可以采用分析直流電機(jī)的方法，下面分析它的調(diào)速特性：在考慮到換流重疊角的情況時(shí)，三相