电力拖动自动控制系统 教学课件 作者 李华德 第九章 同步电动机变压变频调速系统.ppt

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1、第9章　同步电动机变压变频调速系统本章介绍了实际应用中的同步电动机变压变频调速系统的基本理论、调速特性，以及技术方法。重点讨论了普通三相带有直流励磁绕组的同步电动机自控变频调速系统，以及正弦波永磁同步电动机变压变频调速系统和梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统；详细分析了按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统。19.1同步电动机变压变频调速的特点及基本类型同步电动机是交流电动机中两大机种之一，是以其转速n和供电电源频率fs之间保持严格的同步关系而得名的，只要供电电源的频率fs不变，同步电动机的转速就绝对不变。2以往，小到电子钟和记录仪表的定

2、时旋转机构，大到特大型(10MW以上)同步电动机-直流发电动机组、空气压缩机、鼓风机等设备无不利用其转速恒定的特点。同步电动机具有一个突出的优点，就是同步电动机的功率因数可以借助改变励磁电流加以调节，它不仅可以工作在感性状态下，而且也可以工作在容性状态下，实际中，常利用这个优点来改善电网的功率因数。3但是，同步电动机存在起动困难、重载时有振荡或失步等问题，因此，限制了同步电动机的应用。随着变频调速技术的发展，调节和控制同步电动机的转速成为可能，而且同时也解决了同步电动机的起动困难、重载时有振荡或失步问题。目前，同步电动机变频调速技术获得了重

3、要的应用，成为交流调速领域中不可缺少的一个分支。49.1.1同步电动机变压变频调速系统的特点与异步电动机变压变频调速系统相比，同步电动机变压变频调速系统有以下特点(1)变频电源的输出基波频率和同步电动机的转速之间严格保持同步关系，即：其转差角频率恒等于0。由于同步电动机转子极对数是固定的，由上式可见，同步电动机唯有靠变频进行调速。5(2)异步电动机靠加大转差来提高转矩，同步电动机靠加大功角来提高转矩，可知，同步电动机比异步电动机对负载扰动具有更强的承受能力，而且转速恢复响应更快。6（3）同步电动机和异步电动机的定子三相绕组是一样的，二者的转

4、子绕组却不同，同步电动机转子有直流励磁绕组，可通过调节转子励磁电流改变输入功率因数。此外，在同步电动机的转子上还有一个阻尼绕组。当同步电动机在恒频下运行时，阻尼绕组能够抑制重载下产生的振荡，但是，当在转速闭环条件下变频调速时，阻尼绕组这个作用并不大，但有加快动态响应的作用。7（4）一般同步电动机具有励磁回路，即使在较低的频率下也能正常运行，因而，同步电动机的调速范围较宽；由于异步电动机的转子电流依靠电磁感应产生，在较低频率下工作，转子中难以产生必须的电流，因而，异步电动机调速系统受工作频率限制，调速范围较窄。8（5）异步电动机的电流在相位上

5、总是滞后于变频电源的输出电压，因而对采用晶闸管的逆变器必须设置强制换流电路；同步电动机能运行在超前功率因数下，从而可利用同步电动机的反电动势实现逆变器的自然换流，不需要另设一个附加的换流电路。（6）同步电动机有隐极式和凸极式之分，隐极式同步电动机和异步电动机的气隙一样都是均匀的，而凸极式同步电动机的气隙是不均匀的，直轴磁阻小、交轴磁阻大，造成两轴的电感系数不同；可想而知，与异步电动机相比，凸极式同步电动机变频调速系统的数学模型更为复杂。99.1.2同步电动机变压变频调速系统的分类根据对同步电动机定子频率的控制方法不同，同步电动机变压变频调速

6、系统可分为：自控变频和他控变频两大类。他控变频调速就是用独立的变压变频装置给同步电动机供电。自控变频调速是根据检测到的转子位置来控制逆变器开关器件的通断，从而使逆变器的输出频率追随电动机的转速。109.2同步电动机变压变频调速系统主电路晶闸管换流原理及其方法9.2.1同步电动机交－直－交型变压变频调速系统逆变器中晶闸管的换流所谓换流，就是把正在导通的晶闸管元件切换到欲导通的晶闸管元件的过程，是通过关断和触发相应的晶闸管完成的。逆变桥晶闸管换流的可靠与否，对同步电动机调速系统的运行、起动及过载能力等方面都有重要的影响。111.反电动势自然换流

7、机理及其实现方法设在换流以前VT1、VT2导通，如图9-1a所示，电流由电源正极开始经由晶闸管VT1→A相绕组→C相绕组→晶闸管VT2→电源负极。现在要使电流由A相流通切换到B相流通，则应关断晶闸管VT1，触发晶闸管VT3使其导通。图9-1a反电动势换流关断原理图12从图9-1b中可知，如果按正常位置换流，应在k点触发晶闸管VT3进行换流，即=0的位置，当晶闸管VT3导通瞬间，VT1两端电压为零，且随着VT3的继续导通，晶闸管VT1将不承受反压而继续导通，电源电流将在三相绕组中流通，造成换流失败。图9-1b反电动势换流关断电压波形13上述换

8、流回路中包括电动机的两相绕组，必然存在着电感，因而短路电流isL不可能发生突变，换流也不可能瞬间完成，而必然经历一个过程。通常把要换流的两个晶闸管同时导通所经历的时间（用电角度表