交流调速系统 第2版 教学课件 作者 宋书中 常晓玲 主编 第六章 同步电动机调速系统与交流伺服系统.ppt

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1、第六章同步电动机调速系统与交流伺服系统第一节同步电动机调速的基本原理第二节永磁同步电动机的调速系统第三节交流伺服系统及应用第四节负载换相的同步电动机控制系统1第一节同步电动机调速的基本原理一．同步电动机二．同步电动机的起动三．同步电动机的两种调速方法四．自控式同步电动机的起动与调速原理2一．同步电动机同步电动机由定子和转子两部分组成。定子结构与异步电动机相同，只要通入对称的交流电，就会建立旋转磁场，旋转磁场速度表达式与异步机相同。转子结构则与异步电动机不同，异步电动机的转子只有铁心和闭合绕组（或导条），没有励磁绕组，转子与旋转

2、磁场之间的转速差，使转子绕组中出现感应电流，电流受力使转子旋转；而同步电动机的转子则除了铁心和绕组之外，还另外通有直流励磁电源，使转子本身有规律排列的N、S磁极，因此，当旋转磁场旋转时，会带动转子的对应磁极一起旋转。稳定运行时，转子转速与旋转磁场相同，被称为同步电动机。3常见的旋转磁极式同步电动机，转子分隐极式和凸极式两种结构：4同步电动机在同步运行时，转子跟着旋转磁场等速旋转、空间相对位置稳定，这时的转子、定子空间角度关系如右图所示。轻载下θ角较小，满载时θ角较大。同步电动机的拖动转矩与θ角成函数关系，θ角太小或太大都会造成拖动力

3、矩不足。在额定工况下，θ角一般在300左右。5二．同步电动机的起动同步电动机运行中的突出问题之一是起动问题。解决同步电动机起动问题的常用方法：“异步起动法”－－在同步电动机的转子磁极的极靴上装设阻尼绕组，阻尼绕组所起的作用与异步电动机的笼型绕组类似，同步电动机起动时靠阻尼绕组的感应电流受力实现异步起动。在升速、降速过程中，阻尼绕组还可以起到抑制振荡的作用。同步电动机异步起动的基本步骤：起动前将励磁绕组串入一适当大小的电阻（串电阻是为了避免过高的自感电势）后闭合，使转子暂时不产生同步磁极；然后按照电动机的容量、负载性质和电源的情况，采

4、取直接起动或降压起动，将同步电动机作为一台异步电动机而起动；当电动机转速接近同步转速时，将直流电流送入励磁绕组，从而产生同步转矩将电动机牵入同步运行。6三．同步电动机的两种调速方法由于同步电动机的转子速度就是同步转速，改变同步转速的方法只有变极调速和变频调速，而变极对数调速是有级的，因此，无级调速就只有改变定子的供电频率。同步电动机的变频调速方法被分为两种：它控式变频调速自控式变频调速右图：它控式变频调速：7对它控式变频调速的评价：优点：在多台参数一致的小容量同步电动机需要同时起动、同时调速的场合，采用一台变频器控制多台小电动机，系

5、统对各台电动机的供电频率相同，供电电压也相同，易于群控。缺点：如果一台电动机出现失步，将影响整个群控系统的正常工作。下图：自控式变频调速8对自控式变频调速的评价：优点：自控式同步电动机变频调速系统，也是由变频器来拖动同步电动机，但增加了闭环自动控制功能，在同步电动机中安装了转子位置检测器BQ，根据转子的实际位置来控制变频器的供电频率，保证定子旋转磁场的转速与转子磁极的转速始终处于同步状态。避免了它控式同步电动机变频调速系统运行中会失步的缺点。9四．自控式同步电动机的起动与调速原理由同步电动机的空间矢量图可以推导起动与调速原理：FS-

6、定子电流磁场的合成旋转磁动势Fr-转子磁动势设在同步电动机起动（转子静止）时，FS与Fr的之间的空间电夹角为θ转子磁动势d轴与之间的夹角为，运转后10定子通入三相电流瞬时值为：起动后：合成矢量表达式：起动转矩与定、转子磁动势大小及其夹角的关系为：11结论：起动中只要保持，使定子磁场保持超前与转子磁场，就可以获得正向的起动转矩。如果在过渡过程中根据对转子磁场Fr的位置检测结果，通过实时控制定子电流的频率来控制定子磁场FS，使FS保持超前于Fr一个稳定的角度θ，并且，通过控制定子三相电流的幅值实现FS幅值的基本恒定，就可以对同步电动机实

7、现匀加速起动。同步电动机向上调速的原理与其起动原理相同。向下调速原理是将θ变为1800以内的负角度，使拖动转矩为负。随着转子降速的过程，定子电流的频率也要自动减慢，保持与转子同步。注意：定子的通电相序并没有改变。12第二节永磁同步电动机的调速系统一.永磁同步电动机二.正弦波永磁同步电动机调速系统三．无刷直流电动机调速系统13小功率同步电动机常直接采用永久磁铁作为转子磁极，被称为永磁同步电动机。永磁同步电动机（PermanentMagnetSynchronousMoter）具有多种结构。下图为一种简单的永磁电动机截面图。一.永磁同步电

8、动机其转子为实心铁心或由简单加工的冲制叠片组成，一层薄的永磁体被粘合剂固定在转子铁心的表面，N、S极交替放置，以产生转子磁通。14二.正弦波永磁同步电动机调速系统1．正弦波永磁同步电动机调速原理正弦波永磁同步电动机常采用转子位置定向的