第8章_同步电动机变压变频调速系统

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1、电力拖动自动控制系统—运动控制系统电气工程学院自动化杨霞2010年6月第8章同步电动机变压变频调速系统内容提要第8章同步电动机变压变频调速系统课程总结第6章基于动态模型的异步电动机调速系统第1章交流调速系统概述第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统第7章绕线转子异步电动机双馈调速系统第9章伺服系统*8.1同步电动机的稳态模型与调速方法8.2他控变频同步电动机调速系统8.3自控变频同步电动机调速系统8.4同步电动机矢量控制系统8.5同步电动机直接转矩控制系统同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾制约着同步电动机的应用。同步电动机的转速恒等于同步转

2、速，所以同步电动机的调速只能是变频调速。8.1同步电动机的稳态模型与调速方法8.5同步电动机直接转矩控制系统8.2他控变频同步电动机调速系统8.3自控变频同步电动机调速系统8.4同步电动机矢量控制系统变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了失步与起动问题，使之不再是限制同步电动机运行的障碍。随着变频技术的发展，同步电动机调速系统的应用日益广泛。同步电动机调速可分为自控式他控式两种，适用于不同的应用场合。同步电机的特点与问题优点：（1）转速与电压频率严格同步；（2）功率因数高到1.0，甚至超前；存在的问题：（1）起动困难；（2）重载时有振荡，甚至存

3、在失步危险；解决思路问题的根源：供电电源频率固定不变。解决办法：采用电压-频率协调控制，可解决由固定频率电源供电而产生的问题。例如：对于起动问题：通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上升，实现软起动。对于振荡和失步问题：由于采用频率闭环控制，同步转速可以跟着频率改变，于是就不会振荡和失步了。(1)他控变频调速系统用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统。(2)自控变频调速系统用电动机本身轴上所带转子位置检测器或电动机反电动势波形提供的转子位置信号来控制变压变频装置换相时刻的系统。同步调速系统的类型8.1同步电动机的稳态模型与调速方法8.5同步电动机直接转矩控

4、制系统8.2他控变频同步电动机调速系统8.3自控变频同步电动机调速系统8.4同步电动机矢量控制系统绪论8.1同步电动机的稳态模型与调速方法同步电动机的基本特征与调速方法，讨论同步电动机的矩角特性和稳定运行，分析同步电动机的失步与起动问题。讨论同步电动机变频调速的机械特性。8.1同步电动机的稳态模型与调速方法8.5同步电动机直接转矩控制系统8.2他控变频同步电动机调速系统8.3自控变频同步电动机调速系统8.4同步电动机矢量控制系统8.1.1同步电动机的特点同步电动机在转子侧有独立的直流励磁，或者靠永久磁钢励磁。还可能有自身短路的阻尼绕组。同步电动机的稳态转速恒等于同步

5、转速，机械特性硬同步电动机有隐极与凸极之分。隐极式电机气隙均匀；凸极式则不均匀，磁极直轴磁阻小，极间交轴磁阻大，两轴的电感系数不等，使数学模型更复杂一些。同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运行，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电机只须加大功角就能增大转矩，同步电动机比异步电动机对转矩扰动具有更强的承受能力，动态响应快。8.1.2同步电动机的分类同步电动机按励磁方式分为：可控励磁同步电动机和永磁同步电动机两种。可控励磁同步电动机：在转子侧有独立的直流励磁，可以通过调节转子的直流励磁电流，改变输入功率因数，可

6、以滞后，也可以超前。永磁同步电动机：采用了永磁材料磁极（无需直流励磁），磁能积高，体积小、重量轻；转子没有铜损和铁损，没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；结构紧凑，运行可靠。永磁同步电动机气隙磁场分布正弦波永磁同步电动机——磁极采用永磁材料，输入三相正弦波电流时，气隙磁场为正弦分布，称作正弦波永磁同步电动机，或简称永磁同步电动机缩写为PMSM。梯形波永磁同步电动机——气隙磁场呈梯形波分布，性能更接近于直流电动机。梯形波永磁同步电动机构成的自控变频同步电动机又称作无刷直流电动机，缩写为BLDM。8.1同步电

7、动机的稳态模型与调速方法8.5同步电动机直接转矩控制系统8.2他控变频同步电动机调速系统8.3自控变频同步电动机调速系统8.4同步电动机矢量控制系统8.1.3同步电动机的转矩角特性在忽略定子电阻时，同步电动机从定子侧输入的电磁功率图8-1凸极同步电动机稳定运行相量图8.1同步电动机的稳态模型与调速方法8.5同步电动机直接转矩控制系统8.2他控变频同步电动机调速系统8.3自控变频同步电动机调速系统8.4同步电动机矢量控制系统电磁功率电磁转矩第1部分由转子磁动势产生，是同步电动机的主转矩；第2部分由于磁路不对称产生，称作磁阻反应转矩。8.1同步电动机的稳态模型与调速