步进电机及同步电机课件

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1、第六章同步电机一、三相异步电动机同步运行和同步电动机的工作原理1、理由转子电流既可感应产生，也可由传导产生2、实现方法第一节三相同步电动机1如图3、原理分析Iax=Iyb+IzcIyb=Izc=–Iby=–Icz=Iax交流电流ωt=0时iax=Imcosωt=Imcos0=Imiby=Imcos(ωt–120º)=Imcos120º=–Imicz=Imcos(ωt+120º)=Imcos120º=–Im直流电流磁场与交流电流ωt=0建立的磁场相同2转子绕组作“两并一串”联接，并且通入直流后所建立的磁动

2、势和磁场的基波分布图3注：异步电动机的同步运行可看做异步电动机的一种特殊状态，s=0，f2=0。结论：采用双边励磁的方式可以实现异步电动机的同步运行4二、同步电动机的基本结构1、定子与异步电机定子无太大区别。2、转子①种类：隐极式凸极式凸极式隐极式主要形式5②构成：采用钢板冲压叠置而成，其上套有铜线励磁绕组→磁极极性交替排列励磁绕组出线端接到集电环上，再与电刷接触磁极上有笼型绕组→阻尼绕组6三、电动势平衡方程式及相量图1、磁动势种类及特点Fa+Ff两者无相对运动负载时合成气隙磁场会发生变化2、运行分析①

3、分析方法：叠加原理←磁路线性←气隙大②电磁关系：如下图7③电动势平衡方程式电枢反应电抗Xa与漏抗Xσ合并用同步电抗Xt表示。Xt=Xσ+Xa④相矢图：如右图不计凸极效应时同步电动机矢量图83、凸极效应①分析方法：考虑到凸极效应，为了便于分析，采用所谓双反应理论，即把电枢磁动势矢量Fa分解成d分量和q分量。凸极式同步电动机的矢量图②前提：线性③电磁量的分解：9④凸极同步电动机电动势平衡方程式直轴同步电抗Xd=Xad+Xσ交轴同步电抗Xq=Xaq+Xσ凸极式同步电动机的电枢磁动势分布波及其磁密分布波10四、

4、运行特性定义：在U=UN，If=常数的情况下，Te、I、cosφ、η、n与输出功率P2之间的关系，即Te=f(P2)、I=f(P2)、cosφ=f(P2)、η=f(P2)、n=f(P2)。但仅有以上描述不足，须有以下才能全面了解同步电动机的运行特性（一）功角特性和V形曲线1、功角特性①功率与电磁转矩：P1=Pe+pcuaPe=P2+(pFe+pmech+pΔ)=P2+p0——→Te=T2+T0pcua为定子铜耗÷Ωs与n无关11②功角特性表达式：忽略定子电阻，有Pe≈P1=mUIcosφ——→mUIco

5、s(ψ–θ)=mUIcosψcosθ+mUIsinψsinθ考虑凸极效应，不计定子电阻的同步电动机电动势相量图→→附加分量基本分量12θ为功率角ψ为内功率因数角φ为功率因数角（或）称为基本分量；（或）称为附加分量；③功角特性图：当电源电压U=UN，励磁电流不变时，同步电动机的电磁功率（或电磁转矩）与功率角的关系如右图所示。13④附加分量产生的原因A.结构须为凸极式B.旋转磁极的磁回路总是经过磁阻最小的路径14⑤功率角的范围A.空载运行时P2=0理想空载电动机运行p0=0→sinθ≈0→θ≈0→B.负载运

6、行时P2↑→Pe↑→θ↑当θ=90º时电磁转矩最大值（隐极式）当P2↑→θ>90º时电机停转→θ=25º~90º15由Pe和Te的计算式→改变If，可以改变Pe和Te→负载突增时，增加If，提高电机的稳定性，避免失步2、V形曲线①定义：当电源U=UN、f=fN，在输出功率P2=不变时，调节励磁电流If，定子电流I会相应地变化，I=f(If)曲线形状像英文字母V，称为V形曲线。②产生原因：恒功率、变励磁、不计凸极效应时同步电动机的电动势相量图A.简化相量图：如右图B.电磁关系：P1=mUIcosφ=msi

7、nθ=常数→Icosφ=常数，E0sinθ=常数16在If=If1时，If↑→Φ0↑→E0↑—————→I↑，但Icosφ=常数→φ↑超前If↓→Φ0↓→E0↓—————→I↓，但Icosφ=常数→φ↑滞后结论：改变If，可改变cosφ的大小和性质E0sinθ=常数17（二）转速特性及起动步骤1、从功角特性分析同步运行原理θ=(Ωs－Ω)t+θ0平均转矩：无平均电磁转矩的情况182、起动过程①起动存在的问题：起动时转速是变化的，同步电动机在同步转速状态下才有平均电磁转矩②解决方法：采用异步起动法，依靠转

8、子磁极的笼型绕组③起动步骤：如图A.将励磁绕组接入RtB.定子接入交流电源C.转速上升到95%ns时将励磁绕组换接到励磁电源注：起动时励磁绕组既不可开路也不可短路19第二节无换向器电动机——自控式同步电动机特点：频率闭环控制的同步电动机，若是永磁铁励磁，则称为无刷直流电机一、自控式同步电动机运行方式分类1、交-直-交系统的自控式同步电动机①构成：主要由同步电动机+可控整流器+逆变器+位置检测器+控制线路等②工作原理：交流电源→直流电→交流电