【正文】 （3）可關(guān)斷器件交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，電力電子變流技術(shù)也在不斷變革。它具有結(jié)構(gòu)簡單、輸出頻率高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著低頻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、過載能力低等缺點(diǎn)。變頻器輸出電流的幅值由整流器控制，輸出頻率由逆變器根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器信號(hào)加以控制，以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。主要應(yīng)用于軋機(jī)主傳動(dòng)、礦井提升傳動(dòng)及水泥球磨機(jī)傳動(dòng)等。交交變頻調(diào)速系統(tǒng)分為有環(huán)流和無環(huán)流方式。當(dāng)前在大功率同步電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域按電力電子變換器，即晶閘管交交變頻器、晶閘管負(fù)載換流交直交變頻器、IGBT/IGCT交直交變頻器，可以將調(diào)速系統(tǒng)分為以下三大類。由此可見，、冷連軋機(jī)等傳動(dòng)，異步電機(jī)必須采取增加容量或提高電壓的方法來提高弱磁時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩。其中，MmaxN為額定頻率時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，fN為額定頻率，fmax為最高頻率。而同步電機(jī)激磁電流是單獨(dú)控制的，電機(jī)磁通不隨溫度變化，故轉(zhuǎn)矩控制精度高。（5）控制精度在異步電機(jī)的磁場定向控制系統(tǒng)中，磁通控制取決與轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，而該電阻隨溫度變化。所以，異步電機(jī)常常設(shè)計(jì)成較大的定子和轉(zhuǎn)子鐵心直徑，電機(jī)結(jié)構(gòu)短粗。（4）電機(jī)尺寸和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由于異步電機(jī)的定子電流由磁化電流和有功電流兩部分組成，因此，異步電機(jī)的定子必須具有較大的視在功率。顯然，異步電機(jī)功率因數(shù)低是一個(gè)很難克服的缺陷。而異步電機(jī)則完全不同，電機(jī)的激磁功率必須通過定子側(cè)獲得，因此，定子電流始終是滯后的。而同步電機(jī)則在其滑環(huán)上有少量的維護(hù)量，但與直流電機(jī)換向器相比，它的維護(hù)量要少的多。某厚板軋機(jī)直流傳動(dòng)年維修量145h，而采用交流傳動(dòng)后只需36h，僅僅為直流傳動(dòng)的1/4.（5）節(jié)約能源交流同步電機(jī)的效率比直流電機(jī)提高2%3%?，F(xiàn)代熱軋和冷軋機(jī)都采用了軋板精度和板形自動(dòng)控制，要求軋機(jī)傳動(dòng)的速度控制系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)達(dá)到60rad/s，而直流電機(jī)由于換向火花限制了電機(jī)電流變化率，使速度響應(yīng)僅僅達(dá)到15rad/s。（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好由于交流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大大減少，并且交流變頻同步電機(jī)沒有換向火花對(duì)過載能力的限制，電機(jī)可以具有更大的動(dòng)態(tài)加速電流。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小以某鋼廠2050mm熱連軋機(jī)為例，直流主傳動(dòng)電機(jī)2180。而交流同步電機(jī)單機(jī)容量可以突破這一限制。11第三章 同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)第三章 同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng) 交流同步電機(jī)與直流電機(jī)調(diào)速的比較交流同步電機(jī)與直流電機(jī)相比具有以下特點(diǎn)：（1）單機(jī)容量不受限制大家都知道，直流電機(jī)因?yàn)閾Q向器的換向能力限制了電機(jī)的容量和速度，直流電機(jī)的容量上限和速度的乘積約等于PNnmax=180。待轉(zhuǎn)速升至接近與同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再投入勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)牽入同步。現(xiàn)代同步電動(dòng)機(jī)一般都是做成凸極式的，大多在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)阻尼繞組，可利用異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法來起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)。加速到電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速后，再將電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行。采用變頻電源向電動(dòng)機(jī)供電，電源頻率從很低的值逐漸升高到同步電動(dòng)機(jī)的額定頻率。這種方法需要設(shè)備多，操作復(fù)雜。通常，同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有以下幾種。定子旋轉(zhuǎn)磁場的某一極性磁極，例如N極，一會(huì)鄰近且超前于轉(zhuǎn)子的S極，產(chǎn)生吸引力，牽引轉(zhuǎn)子加速；一會(huì)鄰近且超前于轉(zhuǎn)子的N極，產(chǎn)生排斥力，使轉(zhuǎn)子減速。同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入直流電流后，轉(zhuǎn)子將形成固定極性的磁極。因此要求設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須保證足夠的勵(lì)磁容量。同步電動(dòng)機(jī)比較突出的優(yōu)點(diǎn)是可以通過改變勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)無功功率，能在超前的功率因數(shù)下運(yùn)行，改善電網(wǎng)功率因數(shù)。把各條V形曲線上的功率因數(shù)相同的點(diǎn)連接起來，得到等功率因數(shù)線。gt。gt。gt。改變負(fù)載的大小，可以得到一族曲線。得到電流I與空載電動(dòng)勢E0之間的關(guān)系后，由電動(dòng)勢E0查空載特性氣隙線求出勵(lì)磁電流If，即可畫出電樞電流I與勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系曲線，即V形曲線，如圖所示 9第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 在cosj=1的點(diǎn)，電樞電流I最小；cosj1時(shí)，I都增大。以隱極同步電動(dòng)機(jī)為例。時(shí)電動(dòng)機(jī)可以穩(wěn)定無功功率的調(diào)節(jié)V形曲線特性與發(fā)電機(jī)時(shí)一樣，V形曲線特性對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的值班人員了解和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)是非常重要的。damp。當(dāng)0amp。電動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。而且電機(jī)承擔(dān)的有功功率的極限是運(yùn)行； damp。因此，保持同步是十分重要的。同步電動(dòng)機(jī)失去同步后，必須立即減小原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率，否則將使轉(zhuǎn)子達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，以致離心力過大而損壞轉(zhuǎn)子。gt。當(dāng)功角處于0到為空載轉(zhuǎn)矩因摩擦、風(fēng)阻等引起的阻力轉(zhuǎn)范圍內(nèi)時(shí)，隨著d的增大，亦增大，同步電動(dòng)機(jī)在這反而減小，電磁功率一區(qū)間能夠穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)隱極電機(jī)來說 同步電機(jī)功角特性( )有功功率的調(diào)節(jié) 功角特性=f(d)反映了同步電動(dòng)機(jī)的電磁功率隨著功角變化的情況。凸極電機(jī) 出對(duì)應(yīng)于最大電磁功率間。同步電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率P1=mUIcosj減去定子繞組的銅耗PCu=mIR2,為電磁功率Pem，即P1=Pem+PCu將（1）式兩邊各項(xiàng)均乘以機(jī)械角速度W，可得Pemp0=P2即電磁功率Pem減去同步電動(dòng)機(jī)的控制損耗p0=T0W,就是電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率P2=T2W。按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)矩的實(shí)際方向規(guī)定轉(zhuǎn)矩的參考方向，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為T=T2+T0 (1)式中，T2為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其大小等于電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；T0為空載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載越大，電樞反應(yīng)月強(qiáng)烈，B與B0之間的相角差越大，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也就越大，輸出的機(jī)械功率越大，定子繞組從電網(wǎng)輸入的電功率也越大。而圖3中的電樞直軸磁動(dòng)勢Fad雖然與勵(lì)磁磁動(dòng)勢Ff方向相反,但為增磁性質(zhì),這一點(diǎn)與發(fā)電機(jī)時(shí)的情況正好相反.,為維持氣隙磁場為一定值,若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流較小,則同步電動(dòng)機(jī)將從電網(wǎng)輸入一個(gè)滯后與勵(lì)磁電動(dòng)勢E0的感性電流Ia,使直軸電樞反應(yīng)為增磁性質(zhì)。lt。0,即電樞電流Ia超前于勵(lì)磁電動(dòng)勢E0時(shí),直軸電樞反應(yīng)是去磁性質(zhì)的。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)y0amp。00時(shí)，如前所述，可以把電樞磁動(dòng)勢Fa分解成交軸和直軸兩個(gè)分量Faq 和Fad，他們的幅值Faq、Fad與電樞磁動(dòng)勢幅值Fa及y0角的關(guān)系為5第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理Faq=Facosy0Fad=Fasiny0 電樞交軸磁動(dòng)勢分量Faq產(chǎn)生的交軸電樞反應(yīng)與前面說明的作用相同。由于交軸電樞反應(yīng)的存在，使得氣隙合成磁場Bd（Bd=Ba+B0）與主磁場B0之間有一個(gè)空間相角差。電樞反應(yīng)的性質(zhì)（交磁、去磁或增磁）取決于電樞磁動(dòng)勢Fa與主磁場B0在空間的相對(duì)位置，這一相對(duì)位置和電樞電流Ia與勵(lì)磁電動(dòng)勢E0之間的相位差角y0有關(guān)。一般情況下，電樞磁動(dòng)勢即不作用在交軸上，又不作用在直軸上，這時(shí)，可以把電樞磁動(dòng)勢Fa分解成交軸和直軸兩個(gè)分量（Fa=Faq+Fad），其中，交軸分量Faq將產(chǎn)生交軸電樞反應(yīng)，直軸分量Fad將產(chǎn)生直軸電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)將使氣隙磁場波形發(fā)生畸變，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生去磁或增磁作用，因此電樞反應(yīng)將對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。這時(shí)，電樞繞組中將流過三相對(duì)稱的負(fù)載電流，因而將產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁極同步旋轉(zhuǎn)的電樞磁動(dòng)勢及相應(yīng)的電樞磁場。4第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理第二章 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 同步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，電樞繞組中的電流很小，產(chǎn)生的電樞磁場也很小，這時(shí)電機(jī)的氣隙磁場基本上就是勵(lì)磁磁動(dòng)勢建立的主磁場。由于交流勵(lì)磁機(jī)的電樞、硅整流器和同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組均以同步速旋轉(zhuǎn)，因此，不再需要滑環(huán)和電刷裝置。為了解決這一問題，常需要采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性好，響應(yīng)速度快，適用于額定電壓為3KV、6KV、10KV的高壓電動(dòng)機(jī)以及380V的低壓電動(dòng)機(jī)。投勵(lì)時(shí)系統(tǒng)輸出最大整流電壓強(qiáng)迫勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)快速牽入同步。該系統(tǒng)適用于重載或輕載、全壓或降壓起動(dòng)。其主電路一般采用三相全控橋式整流 3第一章 同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與原理電路，給同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組供電。為保證同步電動(dòng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行，一般對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)有如下要求：，并力求簡單、經(jīng)濟(jì)以及維護(hù)方便；，大中容量同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)按功率因數(shù)恒定或輸出無功功率恒定來進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或過載時(shí)，應(yīng)能實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁；，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)快速滅磁。給同步電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁的電源裝置稱為同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。當(dāng)功率因數(shù)cosj=1時(shí)，無功電流分量等于0，電樞電流最小，這時(shí)的勵(lì)磁電流稱為正常勵(lì)磁；當(dāng)功率因數(shù)cosj1時(shí)，無功電流分量大于0，電樞電流大于正常勵(lì)磁電流，稱為欠勵(lì)。負(fù)載越大，電磁轉(zhuǎn)矩越大，功率角q越大，電動(dòng)機(jī)的輸出功率越大，同時(shí)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)輸入的電功率也就越大。這種因同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子主磁場與氣隙合成磁場之間的磁拉力而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩通常稱為同步轉(zhuǎn)矩。B0與B的軸線之間的空間電角度稱為功率角q。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，彈簧處2第一章 同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與原理于自由狀態(tài)，未被拉伸，這時(shí)B0與B的軸線重合，電磁轉(zhuǎn)矩為零；當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載后，彈簧被拉伸，B0與B的軸線之間被拉開了一個(gè)角度，從而產(chǎn)生一定的同步電磁轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上，只有在轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)才能產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高95%同步轉(zhuǎn)速時(shí)投入