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《电力拖动运动控制系统 教学课件 作者 丁学文 第7章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、同步电动机与变频调速第七章7.0概述同步电动机只能以同步速旋转，转速与频率之间有如下固定关系r/min（7-1）很久以来，同步电动机是不调速的。但是，自从有了变频技术，这个惯例就被打破了。现在，同步电动机不仅能够调速，而且已经成了异步电动机调速的有力竞争者。在很多方面两种电动机相似，前面对异步电动机的很多讨论也同样适用于同步电动机，差别较大的是凸极同步电动机与永磁同步电动机。表面磁铁永磁同步电动机按绕组分布还可以进一步细分为正弦波表面永磁同步电动机与梯形波表面永磁同步电动机。7.1同步电动机同步电动机按励磁方式可以分为直流励磁同步电动机和永磁同步电
2、动机。直流励磁同步电动机按转子结构还可分为凸极式和隐极式两种形式；永磁同步电动机按转子结构还可分为表面磁铁和内部磁铁两种形式；它的定子绕组与异步电动机相同,以同步速旋转的凸极转子上有励磁绕组,绕组中通有直流励磁电流,这个励磁电流可以通过电刷、滑环来自外部,也可以来自内部的发电整流装置。由于转子总以同步速旋转,同步旋转d-q坐标系就固定在转子上,且d轴与N极同方向,也就是按转子定向,如图所示。7.1.1直流励磁同步电动机图7-1理想化的三相二极凸极同步电动机由于转子上有独立的励磁回路,定子电流可以没有励磁分量(功率因数等于1)或者有一定的励磁分量(功
3、率因数滞后)或者有一定的负励磁分量(功率因数超前),取决于转子励磁电流所产生的气隙磁通能否感应出足够的电势去平衡定子绕组上的外施电压。因而同步电机除了作发电机、电动机使用外，另一个重要的用途是无功补偿。异步电动机则不然,定子必须为转子提供励磁(定子电流总有励磁分量),使得功率因数总是滞后。除了励磁绕组外，转子上还可能有阻尼绕组，像异步电动机转子上的鼠笼。1.等效电路可以按照与异步电动机相似的方法推导出同步电动机的每相等效电路,如图7-2所示.电机等效成变压器,转子直流励磁电流If可以折算到定子侧,用频率等于ω1的交流电流If´代替(相当于从d-q坐
4、标系变换到A-B-C坐标系),n是匝比.利用戴维南定律,图(a)可以变换成图(b),这里Uf=ω1LmnIf=ω1Ψf被定义为直流励磁电流If产生的Ψf在定子绕组中所感应出的交流速度电势。没有转差功率,稳态运行时,所有传过空气隙的功率(被速度电势Uf吸收的功率)都转换成了机械功。返回6如果电机过励磁(If大，Uf大),过多的滞后的感抗电流被送到输入端输出,即输入端功率因数超前；另一方面,如果电机欠励磁(If小,Uf小),它就从定子电流Is中吸取一部分(励磁分量)补充,即功率因数滞后。R10图7-2同步电动机每相等效电路图7-3示出了图7-2等效电路
5、的相量图，(a)电动模式，功率因数超前；(b)电动模式，功率因数滞后。图中Ψa为电枢反应磁链，Ψs为定子磁链。γγR图7-3等效电路相量图a)功率因数超前b)功率因数滞后2.转矩的产生(7-9)(7-10)推导如下：图7-3在图7-3(a)中，忽略电阻Rs，可以写出Is的表达式（7-4）或者（7-5）电动机的输入功率为（7-6）将式(7-5)代入到式(7-6)得（7-7）如果忽略不计电动机的损耗，Pin也就是输送到电动机轴上的功率（7-8）综合考虑式(7-7)和(7-8)得（7-9）（7-10）稳定运行的要求限定转矩角在γ=±π/2的范围内，在这个
6、范围之外运行不稳定。如果不考虑磁路饱和的影响，转矩曲线的幅度与励磁电流成正比。图7-4隐极同步电动机转矩-γ特性3.转矩角的物理意义式交流电动机的转矩与定子磁链、转子磁链以及它们夹角γ的正弦三者的乘积成正比.当转矩角γ=0时,定、转子磁极在同一轴线上,磁拉力最大,但无切向力,所以转矩为0.当γ角不为0时,转矩与转矩角成正弦函数关系,当γ=90º,转矩最大,当γ=180º,定、转子磁极又在同一轴线上,这时两对磁极同性相斥,斥力最大,但无切向力,转矩也为0.当γ>180º时,转矩变为负值,但仍按正弦规律变化.图7-5转矩角示意图(a)电动（b）发电4.
7、凸极同步电动机特性对于凸极同步电动机,因为在d轴和q轴方向上气隙磁阻不一样,导致d轴与q轴方向励磁电抗不一样(即Xds≠Xqs),图7-6示出了凸极同步电动机的相量图,为了简化,忽略定子电阻,d轴与Ψf同方向。定子电流Is产生的电枢反应磁链Ψa与转子磁链Ψf合成定子磁链Ψs。R9图7-6凸极同步电动机相量图（电动）(7-17)(7-18)R图7-7凸极同步电动机转矩-γ关系式(7-18)给出了同步电动机转矩Te与转矩角γ的函数关系。其中第一项是转子磁链Ψf产生的转矩，与式(7-10)相同；第二项被定义为磁阻转矩，由同步电动机凸极效应引起(即Xds≠
8、Xqs)。磁阻转矩有使转子向磁阻最小的位置转动的趋势，与励磁电流If无关。图7-7示出了凸极同步电动机的Te-γ关系曲线。
